基于Java回顾之集合的总结概述
Java中的集合主要集中在2部分，一部分是java.util包中，一部分是java.util.concurrent中，后者是在前者的基础上，定义了一些实现了同步功能的集合。
这篇文章主要关注java.util下的各种集合对象。Java中的集合对象可以粗略的分为3类：List、Set和Map。对应的UML图如下（包括了java.util下大部分的集合对象）：
Collection概述
Java集合中的List和Set都从Collection出来，它是一个学习集合很不错的入口，它包含了集合中通常需要有的操作：
添加元素：add/addAll
清空集合：clear
删除元素：remove/removeAll
判断集合中是否包含某元素：contains/containsAll
判断集合是否为空：isEmpty
计算集合中元素的个数：size
将集合转换为数组：toArray
获取迭代器：iterator
我们来看一个简单的例子，下面的代码会返回一个集合，集合中的元素是随机生成的整数：
private static Collection initCollection()
{
Collection<Integer> collection = new ArrayList<Integer>();
Random r = new Random();
for (int i = 0 ; i < 5; i++)
{
collection.add(new Integer(r.nextInt(100)));
}
return collection;
}
在对集合进行操作的过程中，遍历是一个经常使用的操作，我们可以使用两种方式对集合进行遍历：
1） 使用迭代器对集合进行遍历。正如上面描述Collection接口时所说，所有集合都会有一个迭代器，我们可以用它来遍历集合。
private static void accessCollectionByIterator(Collection<Integer> collection)
{
Iterator<Integer> iterator = collection.iterator();
System.out.println("The value in the list:");
while(iterator.hasNext())
{
System.out.println(iterator.next());
}
}
2）使用foreach遍历集合。
private static void accessCollectionByFor(Collection<Integer> collection)
{
System.out.println("The value in the list:");
for(Integer value : collection)
{
System.out.println(value);
}
}
List
Java中的List是对数组的有效扩展，它是这样一种结构，如果不使用泛型，它可以容纳任何类型的元素，如果使用泛型，那么它只能容纳泛型指定的类型的元素。和数组相比，List的容量是可以动态扩展的。
List中的元素是可以重复的，里面的元素是“有序”的，这里的“有序”，并不是排序的意思，而是说我们可以对某个元素在集合中的位置进行指定。
List中常用的集合对象包括：ArrayList、Vector和LinkedList，其中前两者是基于数组来进行存储，后者是基于链表进行存储。其中Vector是线程安全的，其余两个不是线程安全的。
List中是可以包括null的，即使是使用了泛型。
ArrayList可能是我们平时用到的最多的集合对象了，在上述的示例代码中，我们也是使用它来实例化一个Collection对象，在此不再赘述。
Vector
Vector的示例如下，首先我们看如何生成和输出Vector：
private static void vectorTest1()
{
List<Integer> list = new Vector<Integer>();
for (int i = 0 ; i < 5; i++)
{
list.add(new Integer(100));
}
list.add(null);
System.out.println("size of vector is " + list.size());
System.out.println(list);
}
它的元素中，既包括了重复元素，也包括了null，输出结果如下：
size of vector is 6
[100, 100, 100, 100, 100, null]
下面的示例，演示了Vector中的一些常用方法：
private static void vectorTest2()
{
Vector<Integer> list = new Vector<Integer>();
Random r = new Random();
for (int i = 0 ; i < 10; i++)
{
list.add(new Integer(r.nextInt(100)));
}
System.out.println("size of vector is " + list.size());
System.out.println(list);
System.out.println(list.firstElement());
System.out.println(list.lastElement());
System.out.println(list.subList(3, 8));
List<Integer> temp = new ArrayList<Integer>();
for(int i = 4; i < 7; i++)
{
temp.add(list.get(i));
}
list.retainAll(temp);
System.out.println("size of vector is " + list.size());
System.out.println(list);
}
它的输出结果如下：
size of vector is 10
[39, 41, 20, 9, 29, 32, 54, 12, 94, 82]
[9, 29, 32, 54, 12]
size of vector is 3
[29, 32, 54]
LinkedList
LinkedList使用链表来存储数据，它的示例代码如下：
LinkedList示例
private static void linkedListTest1()
{
LinkedList<Integer> list = new LinkedList<Integer>();
Random r = new Random();
for (int i = 0 ; i < 10; i++)
{
list.add(new Integer(r.nextInt(100)));
}
list.add(null);
System.out.println("size of linked list is " + list.size());
System.out.println(list);
System.out.println(list.element());
System.out.println(list.getFirst());
System.out.println(list.getLast());
System.out.println(list.peek());
System.out.println(list.peekFirst());
System.out.println(list.peekLast());
System.out.println(list.poll());
System.out.println(list.pollFirst());
System.out.println(list.pollLast());
System.out.println(list.pop());
list.push(new Integer(100));
System.out.println("size of linked list is " + list.size());
System.out.println(list);
}
这里列出了LinkedList常用的各个方法，从方法名可以看出，LinkedList也可以用来实现栈和队列。
输出结果如下：
size of linked list is 11
[17, 21, 5, 84, 19, 57, 68, 26, 27, 47, null]
null
null
null
size of linked list is 8
[100, 84, 19, 57, 68, 26, 27, 47]
Set
Set 和List类似，都是用来存储单个元素，单个元素的数量不确定。但Set不能包含重复元素，如果向Set中插入两个相同元素，那么后一个元素不会被插入。
Set可以大致分为两类：不排序Set和排序Set，不排序Set包括HashSet和LinkedHashSet，排序Set主要指TreeSet。其中HashSet和LinkedHashSet可以包含null。
HashSet
HashSet是由Hash表支持的一种集合，它不是线程安全的。
我们来看下面的示例，它和Vector的第一个示例基本上是相同的：
private static void hashSetTest1()
{
Set<Integer> set = new HashSet<Integer>();
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
set.add(new Integer(100));
}
set.add(null);
System.out.println("size of set is " + set.size());
System.out.println(set);
}
这里，HashSet中既包含了重复元素，又包含了null，和Vector不同，这里的输出结果如下：
size of set is 2
[null, 100]
对于HashSet是如何判断两个元素是否是重复的，我们可以深入考察一下。Object中也定义了equals方法，对于HashSet中的元素，它是根据equals方法来判断元素是否相等的，为了证明这一点，我们可以定义个“不正常”的类型：
定义MyInteger对象
class MyInteger
{
private Integer value;
public MyInteger(Integer value)
{
this.value = value;
}
public String toString()
{
return String.valueOf(value);
}
public int hashCode()
{
return 1;
}
public boolean equals(Object obj)
{
return true;
}
}
可以看到，对于MyInteger来说，对于任意两个实例，我们都认为它是不相等的。
下面是对应的测试方法：
private static void hashSetTest2()
{
Set<MyInteger> set = new HashSet<MyInteger>();
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
set.add(new MyInteger(100));
}
System.out.println("size of set is " + set.size());
System.out.println(set);
}
它的输出结果如下：
size of set is 3
[100, 100, 100]
可以看到，现在HashSet里有“重复”元素了，但对于MyInteger来说，它们不是“相同”的。
TreeSet
TreeSet是支持排序的一种Set，它的父接口是SortedSet。
我们首先来看一下TreeSet都有哪些基本操作：
private static void treeSetTest1()
{
TreeSet<Integer> set = new TreeSet<Integer>();
Random r = new Random();
for (int i = 0 ; i < 5; i++)
{
set.add(new Integer(r.nextInt(100)));
}
System.out.println(set);
System.out.println(set.first());
System.out.println(set.last());
System.out.println(set.descendingSet());
System.out.println(set.headSet(new Integer(50)));
System.out.println(set.tailSet(new Integer(50)));
System.out.println(set.subSet(30, 60));
System.out.println(set.floor(50));
System.out.println(set.ceiling(50));
}
它的输出结果如下：
[8, 42, 48, 49, 53]
[53, 49, 48, 42, 8]
[8, 42, 48, 49]
[53]
[42, 48, 49, 53]
TreeSet中的元素，一般都实现了Comparable接口，默认情况下，对于Integer来说，SortedList是采用升序来存储的，我们也可以自定义Compare方式，例如以降序的方式来存储。
下面，我们首先重新定义Integer：
定义MyInteger2对象
class MyInteger2 implements Comparable
{
public int value;
public MyInteger2(int value)
{
this.value = value;
}
public int compareTo(Object arg0)
{
MyInteger2 temp = (MyInteger2)arg0;
if (temp == null) return -1;
if (temp.value > this.value)
{
return 1;
}
else if (temp.value < this.value)
{
return -1;
}
return 0;
}
public boolean equals(Object obj)
{
return compareTo(obj) == 0;
}
public String toString()
{
return String.valueOf(value);
}
}
下面是测试代码：
private static void treeSetTest2()
{
TreeSet<Integer> set1 = new TreeSet<Integer>();
TreeSet<MyInteger2> set2 = new TreeSet<MyInteger2>();
Random r = new Random();
for (int i = 0 ; i < 5; i++)
{
int value = r.nextInt(100);
set1.add(new Integer(value));
set2.add(new MyInteger2(value));
}
System.out.println("Set1 as below:");
System.out.println(set1);
System.out.println("Set2 as below:");
System.out.println(set2);
}
代码的运行结果如我们所预期的那样，如下所示：
Set1 as below:
[13, 41, 42, 45, 61]
Set2 as below:
[61, 45, 42, 41, 13]
Map
Map中存储的是“键值对”，和Set类似，Java中的Map也有两种：排序的和不排序的，不排序的包括HashMap、Hashtable和LinkedHashMap，排序的包括TreeMap。
非排序Map
HashMap和Hashtable都是采取Hash表的方式进行存储，HashMap不是线程安全的，Hashtable是线程安全的，我们可以把HashMap看做是“简化”版的Hashtable。
HashMap是可以存储null的，无论是对Key还是对Value。Hashtable是不可以存储null的。
无论HashMap还是Hashtable，我们观察它的构造函数，就会发现它可以有两个参数：initialCapacity和loadFactor，默认情况下，initialCapacity等于16，loadFactor等于0.75。这和Hash表中可以存放的元素数目有关系，当元素数目超过initialCapacity*loadFactor时，会触发rehash方法，对hash表进行扩容。如果我们需要向其中插入过多元素，需要适当调整这两个参数。
我们首先来看HashMap的示例：
private static void hashMapTest1()
{
Map<Integer,String> map = new HashMap<Integer, String>();
map.put(new Integer(1), "a");
map.put(new Integer(2), "b");
map.put(new Integer(3), "c");
System.out.println(map);
System.out.println(map.entrySet());
System.out.println(map.keySet());
System.out.println(map.values());
}
这会输出HashMap里的元素信息，如下所示。
{1=a, 2=b, 3=c}
[1=a, 2=b, 3=c]
[1, 2, 3]
[a, b, c]
下面的示例是对null的演示：
private static void hashMapTest2()
{
Map<Integer,String> map = new HashMap<Integer, String>();
map.put(null, null);
map.put(null, null);
map.put(new Integer(4), null);
map.put(new Integer(5), null);
System.out.println(map);
System.out.println(map.entrySet());
System.out.println(map.keySet());
System.out.println(map.values());
}
执行结果如下：
{null=null, 4=null, 5=null}
[null=null, 4=null, 5=null]
[null, 4, 5]
[null, null, null]
接下来我们演示Hashtable，和上述两个示例基本上完全一样（代码不再展开）：
Hashtable示例
private static void hashTableTest1()
{
Map<Integer,String> table = new Hashtable<Integer, String>();
table.put(new Integer(1), "a");
table.put(new Integer(2), "b");
table.put(new Integer(3), "c");
System.out.println(table);
System.out.println(table.entrySet());
System.out.println(table.keySet());
System.out.println(table.values());
}
private static void hashTableTest2()
{
Map<Integer,String> table = new Hashtable<Integer, String>();
table.put(null, null);
table.put(null, null);
table.put(new Integer(4), null);
table.put(new Integer(5), null);
System.out.println(table);
System.out.println(table.entrySet());
System.out.println(table.keySet());
System.out.println(table.values());
}
执行结果如下：
{3=c, 2=b, 1=a}
[3=c, 2=b, 1=a]
[3, 2, 1]
[c, b, a]
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
at java.util.Hashtable.put(Unknown Source)
at sample.collections.MapSample.hashTableTest2(MapSample.java:61)
at sample.collections.MapSample.main(MapSample.java:11)
可以很清楚的看到，当我们试图将null插入到hashtable中时，报出了空指针异常。
排序Map
排序Map主要是指TreeMap，它对元素增、删、查操作时的时间复杂度都是O（log（n））。它不是线程安全的。
它的特点和TreeSet非常像，这里不再赘述。
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栏 目：JAVA代码
本文标题：基于Java回顾之集合的总结概述
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