一文快速了解Java集合框架

Bertha 。 2022-03-19 04:26 296阅读 0赞

### 1. 简介 ###

JDK1.2 引入了 Java 集合框架，包含一组数据结构。与数组不同，这些数据结构的存储空间会随着元素添加动态增加。其中，一些支持添加重复元素另一些不支持，一些支持 null，一些能自动升序打印元素。

所有这些数据结构在 java.util 包里，包含了 Collection、List、Set、Map、SortedMap 接口。这些接口的实现类有 LinkedList、TreeSet、ArrayList、HashMap 等。除了这些数据结构，java.util 包还提供了 Date、GregorianCalender、StringTokenizer、Random 这样的工具类。

### 2. 分类 ###

可以按照接口、实现、算法三个方面对集合框架中的数据结构进行分类：

*  接口：Collection、List、Map 组成了集合框架中所有具体实现类的接口，它们定义了子类必须实现的方法，非常好记。比如向集合添加元素，会用到 Collection 中定义的 add() 方法
 *  实现：所有实现了上述3个接口的类，都被称作集合框架，实际上就是数据结构。比如 LinkedList、TreeSet 等
 *  算法：集合框架提供了很多可以直接调用的算法，比如求最大最小值、排序、填充等

### 3. 优缺点 ###

有以下4个优点

*  减少工作量的同时增加了软件的可用性：不需要每个程序员动手实现排序、查找、找出元素在数据结构中出现的次数
 *  执行速度更快更持久：集合框架的底层数据结构分为两类，基于节点的和基于数组的，前者在频繁添加时效率更高，后者在频繁读取时速度更快。一些数据结构是 synchronized 线程安全的，但会影响速度有，另一些则不是线程安全的。程序员在选用数据结构前要清楚地了解这些因素
 *  互操作与转换：由于实现了 Collection 接口，数据结构之间是可以相互转换的。可以 clone，可以把现有的结构转成 synchronized 版本，还可以在把基于链表的数据结构转为基于数组的结构

有以下2个缺点

*  当心类型转换：在集合框架类之间进行转换时要大大地小心，尤其要考虑泛型类型的兼容性
 *  运行时类型检查：集合框架在运行时会抛出异常，需要编程时多加注意

### 4. 继承体系 ###

java.util 中的数据结构继承体系分为两大类，一类实现了 Collection 接口，一类实现了 Map 接口。

[![Collection 继承体系][Collection]][Collection _Collection]Collection 继承体系（图片来自Wikipedia）

[![Map 继承体系][Map]][Map _Map]

Map 继承体系（图片来自Wikipedia）

集合框架核心接口及实现类：

*  Collection：根接口，大部分数据结构都实现了 Collection 接口中的方法
 *  Set：实现 Set 接口的数据结构不允许重复的元素，例如 HashSet、LinkedHashSet
 *  SortedSet：实现 SortedSet 接口的数据结构默认可按升序打印元素，例如 TreeSet
 *  List：实现 List 接口的数据结构允许重复元素，可通过 index 访问元素，例如 LinkedList、ArrayList、Vector
 *  Map：实现 Map 接口的数据结构存储键值对，不允许重复的 key，例如 HashMap、LinkedHashMap、Hashtable
 *  SortedMap：继承了 Map 接口，存储键值对，不允许重复的 key，默认可按 key 升序打印元素，例如 TreeMap

SortedSet 与 SortedMap 默认的排序是自然序，可通过 Comparator 或 Comparable 接口实现自定义排序。

在接口与具体的实现类之间还有一些抽象类，如下图：

[![e54c687933871c26c726a5fe22df9fcc.png][]][e54c687933871c26c726a5fe22df9fcc.png 1]

这些抽象类为集合增加了很多功能：

*  HashSet：实现 Set 接口，不允许重复的元素，底层数据结构 hash table
 *  LinkedHashSet：实现 Set 接口，不允许重复的元素，底层数据结构 hash table 与双链表
 *  TreeSet：实现 NavigableSet 接口，不允许重复的元素，底层数据结构红黑树
 *  ArrayList：实现 List 接口，允许重复元素，底层数据结构可变数组
 *  LinkedList：实现 List 接口，允许重复元素，底层数据结构双链表
 *  Vector：实现 List 接口，允许重复元素，底层数据结构可变数组
 *  HashMap：实现 Map 接口，不允许重复的 key，底层数据结构 hash table
 *  LinkedHashMap：实现 Map 接口，不允许重复的 key，底层数据结构 hash table 与双链表
 *  HashTable：实现 Map 接口，不允许重复的 key，底层数据结构 hash table
 *  TreeMap：实现 SortedMap 接口，不允许重复的 key，底层数据结构红黑树

[Collection]: http://incdn1.b0.upaiyun.com/2019/01/6228294319552bf1de846f3f201067e2.png
[Collection _Collection]: http://www.importnew.com/31223.html/1024px-java-util-collection_hierarchy-svg
[Map]: http://incdn1.b0.upaiyun.com/2019/01/2c3d0d7188afaf9b7f0f0846273c6eaa.png
[Map _Map]: http://www.importnew.com/31223.html/1280px-java-util-map_hierarchy-svg
[e54c687933871c26c726a5fe22df9fcc.png]: /images/20220319/b65f1b84c5a0473cb005582cc59522e8.png
[e54c687933871c26c726a5fe22df9fcc.png 1]: http://www.importnew.com/31223.html/ss38