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Collection,List,Set和Map用法和区别

Collection

,

List

,

Set

Map

用法和区别

作者:

zccst

Java spring MVC

框架的调用关系是弄明白了,可是发现后面要走的路还很长,有很多东西对我还是很神秘,比如

list

,

set

,

map

等,今天就来一一解开他们的面纱。当还还有一大堆需要记忆的系统已经封装好的类、接口等等,这些内容会在以后,慢慢道来。

首先看一下他们之间的关系

Collection

接口的接口

对象的集合

List

子接口

按进入先后有序保存

可重复

│├

LinkedList

接口实现类

链表

插入删除

没有同步

线程不安全

│├

ArrayList

接口实现类

数组

随机访问

没有同步

线程不安全

│└

Vector

接口实现类

数组

同步

线程安全

Stack

Set

子接口

仅接收一次,并做内部排序

HashSet

LinkedHashSet

TreeSet

对于

List

,关心的是顺序,

它保证维护元素特定的顺序(允许有相同元素),使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置。用户能够使用索引(元素在

List

中的位置,类似于数组下标)来访问

List

中的元素。

对于

Set

,只关心某元素是否属于

Set

(不

允许有相同元素

),而不关心它的顺序。

Map

接口

键值对的集合

Hashtable

接口实现类

同步

线程安全

HashMap

接口实现类

没有同步

线程不安全

│├

LinkedHashMap

│└

WeakHashMap

TreeMap

IdentifyHashMap

对于

Map

,最大的特点是键值映射,且为一一映射,键不能重复,值可以,所以是用键来索引值。

方法

put(Object

key, Object value)

添加一个“值”

(

想要得东西

)

和与“值”相关联的“键”

(key) (

使用它来查找

)

。方法

get(Object key)

返回与给定“键”相关联的“值”。

Map

同样对每个元素保存一份,但这是基于

"

"

的,

Map

也有内置的排序,因而不关心元素添加的顺序。如果添加元素的顺序对你很重要,应该使用

LinkedHashSet

或者

LinkedHashMap.

对于效率,

Map

由于采用了哈希散列,查找元素时明显比

ArrayList

快。

但我有一个自己的原则想法:复杂的问题简单化。即把很多晦涩难懂的问题用通俗直白的话,一下子就看明白了,而不是大段大段的写。不得不指出的是现在部分所谓的“专家”往往把简单的问题复杂化,让人看了生畏,甚至望而却步,以此来显示他的高深莫测,当然也可能有别的用意,那我就不得而知了。

更为精炼的总结:

Collection

是对象集合,

Collection

有两个子接口

List

Set

List

可以通过下标

(1,2..)

来取得值,值可以重复

Set

只能通过游标来取值,并且值是不能重复的

ArrayList

,

Vector

,

LinkedList

List

的实现类

ArrayList

是线程不安全的,

Vector

是线程安全的,这两个类底层都是由数组实现的

LinkedList

是线程不安全的,底层是由链表实现的

Map

是键值对集合

HashTable

HashMap

Map

的实现类

HashTable

是线程安全的,不能存储

null

HashMap

不是线程安全的,可以存储

null

所以,如果你是想在一个很短的时间来弄明白这些问题,比如

1~2

分钟。没有也不想花大量时间于此,那么建议你现在就可以收兵走人了。

如果你想对此做一个详细的了解,请继续看下去。

众所周知,

Java

来源于

C++

,屏蔽了其底层实现,简化了对底层实现的管理,使开发者专注于上层功能的实现。在

C/C++

里关于数据的存储需要程序员非常清楚,而

Java

程序员可以完全不管这些,那么,

Java

是怎么管理的呢?其实

Java

还是需要面临这些问题,只不过经过封装后,变得面目全非。所以对于像我这种从

C/C++

转向

Java

的人还需要一段时间适应,

Collection

、

List

、

Set

、

Map

等概念还需要一个接受的过程。其实到后来发现,不管是什么语言,其底层存储不外乎数组、线性表、栈、队列、串、树和图等数据结构。想明白了这些,一切都敞亮了。

一、容器(

Collection

接口

容器(

Collection

)是最基本的集合接口,一个容器(

Collection

)保存一组对象(

Object

),即对象是容器的元素(

Elements

)。一些

Collection

允许相同的元素而另一些不行。一些能排序而另一些不行。

Java SDK

不提供直接继承自

Collection

的类,

Java SDK

提供的类都是继承自

Collection

子接口

List

Set

。

所有实现

Collection

接口的类都必须提供两个标准的构造函数:无参数的构造函数用于创建一个空的

Collection

,有一个

Collection

参数的构造函数用于创建一个新的

Collection

,这个新的

Collection

与传入的

Collection

有相同的元素。后一个构造函数允许用户复制一个

Collection

。

如何遍历

Collection

中的每一个元素?不论

Collection

的实际类型如何,它都支持一个

iterator()

的方法,该方法返回一个迭代子,使用该迭代子即可逐一访问

Collection

中每一个元素。典型的用法如下:

Iterator it = collection.iterator(); //

获得一个迭代子

while(it.hasNext()) {

Object obj = it.next(); //

得到下一个元素

}

Collection

接口派生的两个接口是

List

Set

。

List

按对象进入的顺序保存对象,不做排序或编辑操作。

Set

对每个对象只接受一次,并使用自己内部的排序方法

(

通常,你只关心某个元素是否属于

Set,

而不关心它的顺序

--

否则应该使用

List)

。

1

,

List

接口

List

是有序的

Collection

,次序是

List

最重要的特点:它保证维护元素特定的顺序。使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置。用户能够使用索引(元素在

List

中的位置,类似于数组下标)来访问

List

中的元素,这类似于

Java

的数组。和下面要提到的

Set

不同,

List

允许有相同的元素。

除了具有

Collection

接口必备的

iterator()

方法外,

List

还提供一个

listIterator()

方法,返回一个

ListIterator

接口,和标准的

Iterator

接口相比,

ListIterator

多了一些

add()

之类的方法,允许添加,删除,设定元素,

还能向前或向后遍历。

实现

List

接口的常用类有

LinkedList

,

ArrayList

,

Vector

Stack

。其中,最常用的是

LinkedList

ArrayList

两个。

LinkedList

LinkedList

实现了

List

接口,允许

null

元素。此外

LinkedList

提供额外的

addFirst(),

addLast(), getFirst(), getLast(), removeFirst(), removeLast(), insertFirst(),

insertLast()

方法在

LinkedList

的首部或尾部,这些方法(没有在任何接口或基类中定义过)使

LinkedList

可被用作堆栈(

stack

),队列(

queue

)或双向队列(

deque

)。

注意

LinkedList

没有同步方法。如果多个线程同时访问一个

List

,则必须自己实现访问同步。一种解决方法是在创建

List

时构造一个同步的

List

List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));

特点:对顺序访问进行了优化,向

List

中间插入与删除的开销并不大。随机访问则相对较慢。

(

使用

ArrayList

代替。

)

ArrayList

ArrayList

是由数组实现的

List

,并且实现了可变大小的数组。它允许所有元素,包括

null

。

ArrayList

没有同步。

size

,

isEmpty

,

get

,

set

方法运行时间为常数。但是

add

方法开销为分摊的常数,添加

n

个元素需要

O(n)

的时间。其他的方法运行时间为线性。

每个

ArrayList

实例都有一个容量(

Capacity

),即用于存储元素的数组的大小。这个容量可随着不断添加新元素而自动增加,但是增长算法并没有定义。当需要插入大量元素时,在插入前可以调用

ensureCapacity

方法来增加

ArrayList

的容量以提高插入效率。

LinkedList

一样,

ArrayList

也是非同步的(

unsynchronized

)。

特点:允许对元素进行快速随机访问,但是向

List

中间插入与移除元素的速度很慢。

ListIterator

只应该用来由后向前遍历

ArrayList,

而不是用来插入和移除元素。因为那比

LinkedList

开销要大很多。

Vector

Vector

非常类似

ArrayList

,但是

Vector

是同步的。由

Vector

创建的

Iterator

,虽然和

ArrayList

创建的

Iterator

是同一接口,但是,因为

Vector

是同步的,当一个

Iterator

被创建而且正在被使用,另一个线程改变了

Vector

的状态(例如,添加或删除了一些元素),这时调用

Iterator

的方法时将抛出

ConcurrentModificationException

,因此必须捕获该异常。

Stack

类:

Stack

继承自

Vector

,实现一个后进先出的堆栈。

Stack

提供

5

个额外的方法使得

Vector

得以被当作堆栈使用?;镜?/p>

push

pop

方法,还有

peek

方法得到栈顶的元素,

empty

方法测试堆栈是否为空,

search

方法检测一个元素在堆栈中的位置。

Stack

刚创建后是空栈。

2

,

Set

接口

Set

具有与

Collection

完全一样的接口,因此没有任何额外的功能,不像前面有几个不同的

List

。实际上

Set

就是

Collection

,只是行为不同。(这是继承与多态思想的典型应用:表现不同的行为)。其次,

Set

是一种不包含重复的元素的

Collection

,加入

Set

的元素必须定义

equals()

方法以确保对象的唯一性

即任意的两个元素

e1

e2

都有

e1.equals(e2)=false

),与

List

不同的是,

Set

接口不保证维护元素的次序。最后,

Set

最多有一个

null

元素。

很明显,

Set

的构造函数有一个约束条件,传入的

Collection

参数不能包含重复的元素。

请注意:必须小心操作可变对象(

Mutable Object

)。如果一个

Set

中的可变元素改变了自身状态导致

Object.equals(Object)=true

将导致一些问题。

HashSet

为快速查找设计的

Set

。存入

HashSet

的对象必须定义

hashCode()

。

LinkedHashSet

类:具有

HashSet

的查询速度,且内部使用链表维护元素的顺序

(

插入的次序

)

。于是在使用迭代器遍历

Set

时,结果会按元素插入的次序显示。

TreeSet

保存次序的

Set,

底层为树结构。使用它可以从

Set

中提取有序的序列。

二、

Map

接口

请注意,

Map

没有继承

Collection

接口,

Map

提供

key

value

的映射,你可以通过“键”查找“值”。一个

Map

中不能包含相同的

key

,每个

key

只能映射一个

value

。

Map

接口提供

3

种集合的视图,

Map

的内容可以被当作一组

key

集合,一组

value

集合,或者一组

key-value

映射。

方法

put(Object key,

Object value)

添加一个“值”

(

想要得东西

)

和与“值”相关联的“键”

(key) (

使用它来查找

)

。方法

get(Object key)

返回与给定“键”相关联的“值”??梢杂?/p>

containsKey()

containsValue()

测试

Map

中是否包含某个“键”或“值”。

标准的

Java

类库中包含了几种不同的

Map

HashMap, TreeMap, LinkedHashMap, WeakHashMap, IdentityHashMap

。它们都有同样的基本接口

Map

,但是行为、效率、排序策略、保存对象的生命周期和判定“键”等价的策略等各不相同。

Map

同样对每个元素保存一份,但这是基于

"

"

的,

Map

也有内置的排序,因而不关心元素添加的顺序。如果添加元素的顺序对你很重要,应该使用

LinkedHashSet

或者

LinkedHashMap.

执行效率是

Map

的一个大问题??纯?/p>

get()

要做哪些事,就会明白为什么在

ArrayList

中搜索“键”是相当慢的。而这正是

HashMap

提高速度的地方。

HashMap

使用了特殊的值,称为“散列码”

(hash code)

,来取代对键的缓慢搜索?!吧⒘新搿笔恰跋喽晕ㄒ弧庇靡源矶韵蟮?/p>

int

值,它是通过将该对象的某些信息进行转换而生成的(在下面总结二:需要的注意的地方有更进一步探讨)。所有

Java

对象都能产生散列码,因为

hashCode()

是定义在基类

Object

中的方法

。

HashMap

就是使用对象的

hashCode()

进行快速查询的。此方法能够显著提高性能。

Hashtable

Hashtable

继承

Map

接口,实现一个

key-value

映射的哈希表。任何非空(

non-null

)的对象都可作为

key

或者

value

。

添加数据使用

put(key, value)

,取出数据使用

get(key)

,这两个基本操作的时间开销为常数。

Hashtable

通过初始化容量

(initial

capacity)

和负载因子

(load factor)

两个参数调整性能。通常缺省的

load factor 0.75

较好地实现了时间和空间的均衡。增大

load factor

可以节省空间但相应的查找时间将增大,这会影响像

get

put

这样的操作。

使用

Hashtable

的简单示例如下,将

1

,

2

,

3

放到

Hashtable

中,他们的

key

分别是

”one”

,

”two”

,

”three”

Hashtable numbers = new Hashtable();

numbers.put(“one”, new Integer(1));

numbers.put(“two”, new Integer(2));

numbers.put(“three”, new Integer(3));

要取出一个数,比如

2

,用相应的

key

Integer n = (Integer)numbers.get(“two”);

System.out.println(“two = ” + n);

由于作为

key

的对象将通过计算其散列函数来确定与之对应的

value

的位置,因此任何作为

key

的对象都必须实现

hashCode

方法和

equals

方法。

hashCode

方法和

equals

方法继承自根类

Object

,如果你用自定义的类当作

key

的话,要相当小心,按照散列函数的定义,如果两个对象相同,即

obj1.equals(obj2)=true

,则它们的

hashCode

必须相同,但如果两个对象不同,则它们的

hashCode

不一定不同,如果两个不同对象的

hashCode

相同,这种现象称为冲突,冲突会导致操作哈希表的时间开销增大,所以尽量定义好的

hashCode()

方法,能加快哈希表的操作。

如果相同的对象有不同的

hashCode

,对哈希表的操作会出现意想不到的结果(期待的

get

方法返回

null

),要避免这种问题,只需要牢记一条:要同时复写

equals

方法和

hashCode

方法,而不要只写其中一个。

Hashtable

是同步的。

HashMap

HashMap

Hashtable

类似,也是基于散列表的实现。不同之处在于

HashMap

是非同步的,并且允许

null

,即

null value

null key

。将

HashMap

视为

Collection

时(

values()

方法可返回

Collection

),插入和查询“键值对”的开销是固定的,但其迭代子操作时间开销和

HashMap

的容量成比例。因此,如果迭代操作的性能相当重要的话,不要将

HashMap

的初始化容量

(initial capacity)

设得过高,或者负载因子

(load factor)

过低。

LinkedHashMap

类:类似于

HashMap

,但是迭代遍历它时,取得“键值对”的顺序是其插入次序,或者是最近最少使用

(LRU)

的次序。只比

HashMap

慢一点。而在迭代访问时发而更快,因为它使用链表维护内部次序。

WeakHashMap

类:弱键(

weak key

Map

是一种改进的

HashMap

,它是为解决特殊问题设计的,对

key

实行

弱引用

,如果一个

key

不再被外部所引用(没有

map

之外的引用),那么该

key

可以被垃圾收集器

(GC)

回收。

TreeMap

基于红黑树数据结构的实现。查看“键”或“键值对”时,它们会被排序

(

次序由

Comparabel

Comparator

决定

)

。

TreeMap

的特点在于,你得到的结果是经过排序的。

TreeMap

是唯一的带有

subMap()

方法的

Map

,它可以返回一个子树。

IdentifyHashMap

使用

==

代替

equals()

对“键”作比较的

hash

map

。专为解决特殊问题而设计。

总结一:比较

1

,数组

(Array)

,数组类

(Arrays)

Java

所有“存储及随机访问一连串对象”的做法,

array

是最有效率的一种。但缺点是容量固定且无法动态改变。

array

还有一个缺点是,无法判断其中实际存有多少元素,

length

只是告诉我们

array

的容量。

Java

中有一个数组类

(Arrays)

,专门用来操作

array

。数组类

(arrays)

中拥有一组

static

函数。

equals()

:比较两个

array

是否相等。

array

拥有相同元素个数,且所有对应元素两两相等。

fill()

:将值填入

array

中。

sort()

:用来对

array

进行排序。

binarySearch()

:在排好序的

array

中寻找元素。

System.arraycopy()

array

的复制。

若编写程序时不知道究竟需要多少对象,需要在空间不足时自动扩增容量,则需要使用容器类库,

array

不适用。

2

,容器类与数组的区别

容器类仅能持有对象引用(指向对象的指针),而不是将对象信息

copy

一份至数列某位置。一旦将对象置入容器内,便损失了该对象的型别信息。

3

,容器

(Collection)

Map

的联系与区别

Collection

类型,每个位置只有一个元素。

Map

类型,持有

key-value

(pair)

,像个小型数据库。

Collections

是针对集合类的一个帮助类。提供了一系列静态方法实现对各种集合的搜索、排序、线程完全化等操作。相当于对

Array

进行类似操作的类——

Arrays

。

如,

Collections.max(Collection coll);

coll

中最大的元素。

Collections.sort(List list);

list

中元素排序

List

,

Set

,

Map

将持有对象一律视为

Object

型别。

Collection

、

List

、

Set

、

Map

都是接口,不能实例化。继承自它们的

ArrayList, Vector, HashTable, HashMap

是具象

class

,这些才可被实例化。

vector

容器确切知道它所持有的对象隶属什么型别。

vector

不进行边界检查。

总结二:需要注意的地方

1

、

Collection

只能通过

iterator()

遍历元素,没有

get()

方法来取得某个元素。

2

、

Set

Collection

拥有一模一样的接口。但排除掉传入的

Collection

参数重复的元素。

3

、

List

,可以通过

get()

方法来一次取出一个元素。使用数字来选择一堆对象中的一个,

get(0)...

。

(add/get)

4

、

Map

put(k,v) /

get(k)

,还可以使用

containsKey()/containsValue()

来检查其中是否含有某个

key/value

。

HashMap

会利用对象的

hashCode

来快速找到

key

。

哈希码

(hashing)

就是将对象的信息经过一些转变形成一个独一无二的

int

值,这个值存储在一个

array

中。我们都知道所有存储结构中,

array

查找速度是最快的。所以,可以加速查找。发生碰撞时,让

array

指向多个

values

。即,数组每个位置上又生成一个梿表。

5

、

Map

中元素,可以将

key

序列、

value

序列单独抽取出来。

使用

keySet()

抽取

key

序列,将

map

中的所有

keys

生成一个

Set

。

使用

values()

抽取

value

序列,将

map

中的所有

values

生成一个

Collection

。

为什么一个生成

Set

,一个生成

Collection

?那是因为,

key

总是独一无二的,

value

允许重复。

总结三:如何选择

从效率角度:

在各种

Lists

,对于需要快速插入,删除元素,应该使用

LinkedList

(可用

LinkedList

构造堆栈

stack

、队列

queue

),如果需要快速随机访问元素,应该使用

ArrayList

。最好的做法是以

ArrayList

作为缺省选择。

Vector

总是比

ArrayList

慢,所以要尽量避免使用。

在各种

Sets

中,

HashSet

通常优于

HashTree

(插入、查找)。只有当需要产生一个经过排序的序列,才用

TreeSet

。

HashTree

存在的唯一理由:能够维护其内元素的排序状态。

在各种

Maps

HashMap

用于快速查找。

最后,当元素个数固定,用

Array

,因为

Array

效率是最高的。

所以结论:最常用的是

ArrayList

,

HashSet

,

HashMap

,

Array

。

更近一步分析:

如果程序在单线程环境中,或者访问仅仅在一个线程中进行,考虑非同步的类,其效率较高,如果多个线程可能同时操作一个类,应该使用同步的类。

要特别注意对哈希表的操作,作为

key

的对象要同时正确复写

equals

方法和

hashCode

方法。

尽量返回接口而非实际的类型,如返回

List

而非

ArrayList

,这样如果以后需要将

ArrayList

换成

LinkedList

时,客户端代码不用改变。这就是针对抽象编程。

注:本文参考部分网络文献。

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