Java基础：浅析List、Set、Map的特点和区别（整合版）

我会带着你远行 2021-12-04 09:07 533阅读 0赞

**我们知道Java集合主要分为三种类型：**

• Set（集）  
• List（列表）  
• Map（映射）

## 一、要理解集合首先要了解数组： ##

>  *  数组是大小固定的，并且同一个数组只能存放类型一样的数据（基本类型/引用类型）
>  *  而JAVA集合可以存储和操作数目不固定的一组数据。 所有的JAVA集合都位于 java.util包中,JAVA集合只能存放引用类型的的数据，不能存放基本数据类型。

正如鲁迅先生所讲"世界上本没有集合,想要的人多了,便有了集合"

几乎所有的集合都是基于数组来实现的，因为集合是对数组的封装,所以,数组永远比任何一个集合要快；但任何一个集合比数组提供的功能要多。

**1.数组和集合的区别：**

>  *  数组声明了它容纳的元素的类型，而集合不声明。这是由于集合以object形式来存储它们的元素。
>  *  一个数组实例具有固定的大小，不能伸缩。集合则可根据需要动态改变大小。
>  *  数组是一种可读/可写数据结构，我们没有办法创建一个只读数组。然而可以使用集合提供的ReadOnly方法，以只读方式来使用集合。该方法将返回一个集合的只读版本。

**2.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：**

> （1）效率高，但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。  
> （2）Java中有一个Arrays类，专门用来操作array。  
> 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。

--------------------

# 二、集合分类： #

若程序中不知道对象的数量，需要在空间不足时自动扩增容量，则需要使用容器类库，数组不适用。所以就要用到集合。  
那我们开始讨论java中的集合。  
**这里有一张图参考看一下：**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L20wXzM3NDgyMTkw_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
图片来源：([https://baijiahao.baidu.com/s?id=1620007201190925694&wfr=spider&for=pc][https_baijiahao.baidu.com_s_id_1620007201190925694_wfr_spider_for_pc])

**我们可以看到Collection下有：List、Set  
Map下面有：HashMap、HashTable、TreeMap**

## 1.Collection接口 ##

> Collection是最基本的集合接口，声明了适用于JAVA集合（只包括Set和List）的通用方法。 Set 和List  
> 都继承了Conllection。

**Collection接口的方法：**

boolean add(Object o);       //向集合中加入一个对象的引用 
     void clear();                //删除集合中所有的对象，即不再持有这些对象的引用 
     boolean isEmpty();           //判断集合是否为空 
     boolean contains(Object o);  //判断集合中是否持有特定对象的引用 
     boolean remove(Object o);    //从集合中删除一个对象的引用 
     int size();                  //返回集合中元素的数目 
     Iterartor iterator();        //返回一个Iterator对象，可以用来遍历集合中的元素 
     Object[] toArray();          //返回一个数组，该数组中包括集合中的所有元素

关于：Iterator() 和toArray() 方法都用于集合的所有的元素，前者返回一个Iterator对象，后者返回一个包含集合中所有元素的数组。

**Iterator接口声明了如下方法：**

hasNext();     //判断集合中元素是否遍历完毕，如果没有，就返回true 
     next();        //返回下一个元素 
     remove();      //从集合中删除上一个有next()方法返回的元素。

--------------------

## 2.List(列表) ##

> List的特征是其元素以线性方式存储，集合中可以存放重复对象；可以插入多个null元素；是一个有序容器,保持了每一个元素的插入顺序,插入的顺序即输出的顺序；区别于Map集合,List集合是单列集合。

**List的接口有三个实现类。**  
　　　(1)**ArrayList**(代表长度可以改变得数组,可以对元素进行随机的访问)  
　　　优点： 底层数据结构是数组，查询快，增删慢。  
　　　缺点： 线程不安全（一般不考虑到线程的安全因素，用Arraylist效率比较高）  
　　　(2) **LinkedList**(在实现中采用链表数据结构，双向链表的数据结构存储数据)  
　　　优点： 底层数据结构是链表，增删快，查询慢。  
　　　缺点： 线程不安全。  
　　　(3)**Vector**  
　　　优点： 底层数据结构是数组，查询快，增删慢。线程安全。  
　　　缺点： 效率低（相比 ArrayList 线程不安全的，性能会稍慢一些）。

--------------------

## 3.Set(集合) ##

> Set是最简单的一种集合。集合中的对象不按特定的方式排序，且没有重复对象；只允许一个 null 元素 。

**Set接口有三个实现类**  
　　　(1) HashSet  
　　　为快速查找而设计的Set,依赖hashCode()和equals()方法保证元素的唯一性。  
　　　HashSet类按照哈希算法来存取集合中的对象，存取速度比较快 如果没有其他限制，这就是我们的默认选择，因为他对速度进行了优化。它不保证 set 元素的迭代顺序。  
　　　(2)TreeSet  
　　　底层为树结构，通过 Comparator 或者 Comparable 接口保证元素处于排序状态。  
　　　TreeSet类还实现了SortedSet接口，能够对集合中的对象进行排序。  
　　　(3)LinkedHashSet  
　　　具有HsahSet的查询速度，内部使用链表维护元素的顺序（插入的次序）在使用迭代器遍历Set时，结果会按元素插入的次序显示。元素也必须定义hashCode（）方法。

--------------------

## 4.Map(映射) ##

> Map 是一种把键对象和值对象映射的集合，它的每一个元素都包含一对键对象和值对象。Map没有继承于Collection接口，Map本身是一个接口 ，它存储的数据是没有顺序的，可能会持有相同的值对象但键对象必须是唯一的,这是双列集合的特点 ；Map 里你可以拥有随意个 null 值但最多只能有一个 null 键 。

**Map接口有6个实现类。**  
　　　(1) HashMap  
　　　HashMap 底层基于拉链式的散列结构，并在 JDK 1.8 中引入红黑树优化过长链表的问题。插入和查询"键值对"的开销是固定的。可以通过构造器设置容量和负载因子，以调整容器性能。  
　　　基于这样结构，HashMap 可提供高效的增删改查操作。  
　　　(2) LinkedHashMap  
　　　类似于HashMap，但是迭代遍历时，取得的"键值对"的顺序是其插入次序，或是最近最少使用的（LRU）的次序。  
　　　只比HashMap慢一点，通过维护一条双向链表，实现了散列数据结构的有序遍历。；而在迭代访问时反而更快，因为他使用链表维护内部次序。  
　　　(3)TreeMap  
　　　是SortedMap现阶段的唯一实现。基于红黑树实现。按 key 排序，默认的排序方式是升序自定义排序需要由Comparable或Comparator决定。  
　　　TreeMap的特点在于，所得到的结果是经过排序的。  
　　　(4)Hashtable  
　　　内部存储的键值对是无序的是按照哈希算法进行排序，与 HashMap 最大的区别就是线程安全。键或者值不能为 null，为 null 就会抛出空指针异常。  
　　　(5) WeakHashMap  
　　　弱键（weak key）映射，允许释放映射所指的对象；这是为解决某类特殊问题而设计的。如果映射之外没有引用指向某个"键"，则此"键"可以被垃圾回收器回收。  
　　　(6) ConcurrentHashMap  
　　　一种线程安全的Map。  
　　　(7) IdentityHashMap  
　　　使用"=="代替"equals()"对键进行比较的散列映射，专门解决特殊问题而设计出的。

--------------------

## 5.什么场景下使用list，set，map呢？ ##

> 如果你经常会使用索引来对容器中的元素进行访问，那么 List 是你的正确的选择。如果你已经知道索引了的话，那么 List 的实现类比如  
> ArrayList 可以提供更快速的访问,如果经常添加删除元素的，那么肯定要选择LinkedList。
> 
> 如果你想容器中的元素能够按照它们插入的次序进行有序存储，那么还是 List，因为 List 是一个有序容器，它按照插入顺序进行存储。
> 
> 如果你想保证插入元素的唯一性，也就是你不想有重复值的出现，那么可以选择一个 Set 的实现类，比如  
> HashSet、LinkedHashSet 或者 TreeSet。所有 Set  
> 的实现类都遵循了统一约束比如唯一性，而且还提供了额外的特性比如 TreeSet 还是一个 SortedSet，所有存储于 TreeSet  
> 中的元素可以使用 Java 里的 Comparator 或者 Comparable 进行排序。LinkedHashSet  
> 也按照元素的插入顺序对它们进行存储。
> 
> 如果你以键和值的形式进行数据存储那么 Map 是你正确的选择。你可以根据你的后续需要从 Hashtable、HashMap、TreeMap  
> 中进行选择。

## 6.区别 ##

**（1）ArrayList和LinkedList区别：**

> a.ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构，LinkedList基于链表的数据结构。  
> b.对于随机访问get和set，ArrayList觉得优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针。  
> c.对于新增和删除操作add和remove，LinedList比较占优势，因为ArrayList要移动数据。

**（2）Vector和ArrayList 区别：**

> a.Vector的方法都是同步的(Synchronized),是线程安全的(thread-safe)，而ArrayList的方法不是，由于线程的同步必然要影响性能，因此,ArrayList的性能比Vector好。
> 
> b.当Vector或ArrayList中的元素超过它的初始大小时,Vector会将它的容量翻倍,而ArrayList只增加50%的大小，这样,ArrayList就有利于节约内存空间。

**（3）HashSet和TreeSet的区别：**

> a.TreeSet 是二叉树实现的,Treeset中的数据是自动排好序的，不允许放入null值。 b2.HashSet  
> 是哈希表实现的,HashSet中的数据是无序的，可以放入null，但只能放入一个null，两者中的值都不能重复，就如数据库中唯一约束。  
> c.HashSet要求放入的对象必须实现HashCode()方法，放入的对象，是以hashcode码作为标识的，而具有相同内容的  
> String对象，hashcode是一样，所以放入的内容不能重复。但是同一个类的对象可以放入不同的实例 。

**（4）HashSet与HashMap的区别：**

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>HashMap</th> 
   <th>HashSet</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>实现了Map接口</td> 
   <td>实现Set接口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>存储键值对</td> 
   <td>仅存储对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>调用put（）向map中添加元素</td> 
   <td>调用add（）方法向Set中添加元素</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>HashMap使用键（Key）计算Hashcode</td> 
   <td>HashSet使用成员对象来计算hashcode值，对于两个对象来说hashcode可能相同，所以equals()方法用来判断对象的相等性，如果两个对象不同的话，那么返回false</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>HashMap相对于HashSet较快，因为它是使用唯一的键获取对象</td> 
   <td>HashSet较HashMap来说比较慢</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**（5）TreeSet和TreeMap的关系**  
与HashSet完全类似，TreeSet里面绝大部分方法都市直接调用TreeMap方法来实现的。

相同点：

> a.TreeMap和TreeSet都是非同步集合，因此他们不能在多线程之间共享，不过可以使用方法Collections.synchroinzedMap()来实现同步。  
> b.运行速度都要比Hash集合慢，他们内部对元素的操作时间复杂度为O(logN)，而HashMap/HashSet则为O(1)。  
> c. TreeMap和TreeSet都是有序的集合，也就是说他们存储的值都是拍好序的。

不同点：

> 最主要的区别就是TreeSet和TreeMap分别实现Set和Map接口  
> TreeSet只存储一个对象，而TreeMap存储两个对象Key和Value（仅仅key对象有序）  
> TreeSet中不能有重复对象，而TreeMap中value可以存在重复对象。  
> TreeMap的底层采用红黑树的实现，完成数据有序的插入，排序。

**（6）HashMap和HashTable的区别：**

> a.HashMap是非线程安全的，Hashtable是线程安全的，所以Hashtable重量级一些，因为使用了synchronized关键字来保证线程安全。  
> b.HashMap允许key和value都为null，而Hashtable都不能为null。 Hashtable继承自 JDK 1.0 的Dictionary 虚拟类，而HashMap是 JDK 1.2 引进的 Map 接口的一个实现。  
> c.Hashtable和HashMap扩容的方法不一样，Hashtable中数组默认大小11，扩容方式是old\*2+1。  
> d.HashMap中数组的默认大小是16，而且一定是2的指数，增加为原来的2倍。  
> e.两者通过hash值散列到hash表的算法不一样，Hashtable是古老的除留余数法，直接使用Object的hashcode，而后者是强制容量为2的幂，重新根据hashcode计算hash值，在使用hash和（hash表长度– 1）进行与运算，也等价取膜，但更加高效，取得的位置更加分散，偶数，奇数保证了都会分散到。前者就不能保证。  
> f. HashMap的迭代器(Iterator)是fail-fast迭代器，而Hashtable的enumerator迭代器不是fail-fast的。所以当有其它线程改变了HashMap的结构（增加或者移除元素），将会抛出ConcurrentModificationException，但迭代器本身的remove()方法移除元素则不会抛出ConcurrentModificationException异常。

List 和 Map 区别？

> 一个是存储单列数据的集合，另一个是存储键和值这样的双列数据的集合，List 中存储的数据是有顺序，并且允许重复；Map  
> 中存储的数据是没有顺序的，其 key 是不能重复的，它的值是可以有重复的。

**Collection 和 Map 的区别:**

> 4.1、Collection 和 Map 的区别 容器内每个为之所存储的元素个数不同。 Collection类型者，每个位置只有一个元素。 Map类型者，持有 key-value pair，像个小型数据库。

**各自旗下的子类关系**

> Collection
> 
>  *  List：将以特定次序存储元素。所以取出来的顺序可能和放入顺序不同。
>     
>      *  ArrayList / LinkedList / Vector
>  *  Set ： 不能含有重复的元素
>     
>      *  HashSet / TreeSet
> 
> Map
> 
>  *  HashMap
>  *  HashTable
>  *  TreeMap

**其他特征**

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 ##

> 1.  如果涉及到堆栈，队列等操作，应该考虑用List，对于需要快速插入，删除元素，应该使用LinkedList，如果需要快速随机访问元素，应该使用ArrayList。
> 2.  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。
> 3.  在除需要排序时使用TreeSet,TreeMap外,都应使用HashSet,HashMap,因为他们 的效率更高。
> 4.  要特别注意对哈希表的操作，作为key的对象要正确复写equals和hashCode方法。

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。  
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。  
**注意：**

> 1、Collection没有get()方法来取得某个元素。只能通过iterator()遍历元素。  
> 2、Set和Collection拥有一模一样的接口。  
> 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、一般使用ArrayList。用LinkedList构造堆栈stack、队列queue。 5、Map用 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。 6、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。

参考博客：

*  [Java中List Set和Map之间的区别\_动力节点Java学院整理][Java_List Set_Map_Java]
 *  [List、Set、Map的特点及区别详解(Java基础)][List_Set_Map_Java]
 *  [浅谈集合List,Set以及Map集合的特点及区别][List_Set_Map]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L20wXzM3NDgyMTkw_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20211204/9d2ddcefeebb4b059b78d5c31e8586a2.png
[https_baijiahao.baidu.com_s_id_1620007201190925694_wfr_spider_for_pc]: https://baijiahao.baidu.com/s?id=1620007201190925694&wfr=spider&for=pc
[Java_List Set_Map_Java]: https://www.jb51.net/article/112985.htm
[List_Set_Map_Java]: https://blog.csdn.net/he_zhen_/article/details/87020557
[List_Set_Map]: https://blog.csdn.net/qq_42894060/article/details/82251908