Java集合框架概述

集合框架主要分为集合类和映射类：集合类存储的是一组纯数据，比如一组对象。映射类存储的是键-值对的映射关系，但是可以通过相应的方法获得键值对的键集合视图、值集合视图和键值对集合视图。对应这两个类，集合框架的顶层接口分别为Collection和Map接口。

集合类的继承层次为：

映射类的继承层次为：

以上实线表示继承（extends），虚线表示实现（implement）。集合类和映射类的继承层次加在一起，构建了完整的集合框架。

集合框架的设计理念：提供一套“小而美”的API。API需要对程序员友好，增加新功能时能让程序员们快速上手。

为实现这个设计理念，需要实现以下几点：
一、保证最顶层的核心接口足够小：最顶层的接口（也就是Collection与Map接口）只需要实现一个集合应该具备的基本操作即可。最顶层的接口并不会区分该集合是否可变（mutability）,是否可更改（modifiability）,是否可改变大小（resizability）这些细微的差别。一些操作是可选的，在实现时抛出UnsupportedOperationException即可表示集合不支持该操作。集合的实现者必须在文档中声明那些操作是不支持的。

核心接口Collection接口的方法内容如下：

核心接口Map接口的方法内容如下：

 注意：Map接口中有一个内部类，接口Entry，该接口表示键值对对象。

二、根据需要扩展核心接口：在实际应用中对于具体的集合可能会有特别的操作需求，那么只需要扩展（extends）核心接口即可。

核心接口Collection主要的子接口有：

1、List接口：核心接口Collection接口中的数据元素是无序存储的。List接口直接继承了Collection接口，增加了有关元素位置的操作，允许有重复的元素。实现该接口的集合类是一个以列表形式存储数据的集合，可以对插入列表的每个元素的位置进行精确控制。所以该接口中增加了很多包含参数index的方法。

2、Set接口：直接继承于Collection接口，扩展的地方是要求元素不能重复。如果向实现Set接口的集合类中插入已经存在的元素，会插入失败。如果进一步要求对存储的元素进行排序，那么可以继续扩展Set接口，得到继承于Set接口的SortedSet接口。

3、Queue接口：直接继承于Collection接口。它与别的接口不一样的地方在于：Queue主要用于存储数据，而不是处理数据（A collection designed for holding elements prior to processing）。是一种在处理元素前用于保存元素的 collection。队列为Collection接口中的插入、提取和检查操作都提供了第二种形式：一种抛出异常（操作失败时），另一种返回一个特殊值（null 或 false，具体取决于操作）。比如说Collection接口中插入操作为add(E e)，而Queue额外提供了插入方法offer(E e)。队列通常（但并非一定）以 FIFO（先进先出）的方式排序各个元素，不过优先级队列和 LIFO 队列（或堆栈）例外。对此也要求要扩展相应的方法。

核心接口Map的主要子接口有：

1、SortedMap接口：如果我不仅想要存储键值对，还希望集合中的键值对按照键进行排序，那么可以直接扩展Map接口，得到SortedMap接口。

三、实现接口的骨干方法：有了以上的接口层次，如果我想设计一个集合，直接实现这些接口即可。但是重写所有的抽象方法的代码量仍然是比较大的，JDK为了方便设计集合，已经提前实现了这些接口的主要操作，也就是对应的Abstract类。比如实现了Collection接口的主要方法的AbstractCollection抽象类，实现了Map接口的主要方法的AbstractMap抽象类，实现了List接口的AbstractList抽象类等等。如果想设计自定义的集合类，直接继承这些抽象类即可。

四、提供集合框架的具体实现类：

集合类体系的具体实现类主要有：

List接口的具体实现：

1、ArrayList类：继承自AbstractList类，实现的是List接口。长度可以动态改变（就地扩容）的数组线性表类，因为是基于数组实现的，所以优点是：随机访问速度极快（O(1)），但是缺点是：不适合频繁的插入和删除操作（O(n)）。特点：用默认的构造器初始化得到的ArrayList长度为10，就地扩容时容量变为：“原容量*3/2+1”。ArrayList是线程不安全的。

2、Vector类：继承自AbstractList类，实现的是List接口。与ArrayList基本相同，区别就是：①扩容方案是变为原来的容量的两倍。②是线程安全的。所以一般在多线程中使用Vector代替ArrayList。

3、LinkedList类：继承自AbstractSequentialList类，实现的是List和Queue接口。是一个以链表形式实现的集合类。因为是基于双向循环链表实现，所以优点是：插入和删除操作效率高（O(1)），缺点是：随机访问速度慢，因为需要遍历链表（O(n)）。

Set接口的具体实现：

1、HashSet类：继承自AbstractSet类，实现的是Set接口。受哈希表支持，基于hash算法来存储无重复的数据的类。其实HashSet底层是基于HashMap实现的。HashMap存储的是键值对，要求键不能重复，如果单独看键，将值设定为固定值，其实HashMap的键就是Set集合！不保证集合的迭代顺序，特别是不保证集合的迭代顺序永久不变（因为可以会发生再哈希resize）。

2、LinkedHashSet类： 继承自HashSet类，实现的是Set接口。通过查看LinkedHashSet的源码可以发现,其底层是基于LinkedHashMap来实现的。对于LinkedHashSet而言，它和HashSet主要区别在于LinkedHashSet中存储的元素是在哈希算法的基础上增加了链式表的结构。

3、TreeSet类：继承自AbstractSet类，实现的是SortedSet接口。TreeSet是一种排序二叉树。存入Set集合中的值，会按照值的大小进行相关的排序操作。底层算法是基于红黑树来实现的。TreeSet和HashSet的主要区别在于TreeSet中的元素会按照相关的值进行排序，都是受哈希表的支持。

哈希表的内容参照之前的博客 >Queue接口的具体实现：1、PriorityQueue类：表示一个基于优先级堆的无界优先级队列。优先级队列是无界的，但是有一个内部容量，控制着用于存储队列元素的数组大小。它通常至少等于队列的大小。随着不断向优先级队列添加元素，其容量会自动增加。

映射类体系的具体实现类主要有：

1、HashMap类：继承AbstractMap类，实现了Map接口。HashMap基于hash表实现，若key的hash值相同则使用链表方式进行保存（拉链法）。新建一个HashMap时,默认的话会初始化一个大小为16，负载因子为0.75的空的HashMap。HashMap至多允许一个key为null，允许多个value为null。

2、LinkedHashMap类：继承自HashMap，实现了Map接口。同样也是基于hash算法实现，但是LinkedHashMap与HashMap的不同之处在于，LinkedHashMap并不是一个”链表的数组“，而是一个双重链表。该类线程不安全，如果你想在多线程中使用，那么需要使用Collections.synchronizedMap方法进行外部同步。

3、HashTable类：继承于Dictionary类，实现了Map接口。此类实现一个哈希表，该哈希表将键映射到相应的值。HashTable不允许任何null元素，它是线程安全的。

4、TreeMap类：继承AbstractMap类，实现了SortedMap接口。基于红黑树实现了键值对的排序。该类线程不安全，如果在多线程中使用，则应该使用 Collections.synchronizedMap 方法来“包装”该映射。

补充：1、Collection接口中有将集合类转化为数组的方法toArray()，所以任何集合类都可以通过该方法实现集合和数组的交互。

2、Map接口有获取键集合视图的方法keySet()，有获取值集合视图的方法values()，有获取键值对集合视图的方法entrySet()，通过这三个方法可以实现映射类和集合类的交互。

总结：集合框架就是由一系列接口、接口的骨干实现抽象类以及具体实现类组成的模板。最顶层的接口包含核心方法，根据实际需求衍生了子接口以及子接口的子接口。为方便实现接口，对这些接口进行了初步实现，得到了骨干实现抽象类。最后封装好了完善的具体实现类，用作不同的存储和操作需求。

集合框架分为两个大枝，集合类体系和映射类体系，二者可以（转化）交互。集合类也可以与数组（转化）交互。

以上就是我个人的集合框架学习总结，over.

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原标题：Java集合框架概述

关键词：JAVA