java常用集合的区别与联系以及应用场景

╰+哭是因爲堅強的太久メ 2024-02-05 14:55 15阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  Java集合三大类
 *   *  （1）List概述
     *  （2）Set概述
     *  （3）Map概述
 *  集合间的区别与联系
 *   *  List，Set和Map的区别
     *  ArrayList、Vector和LinkedList的区别
     *  HashSet、LinkedHashSet和TreeSet的区别
     *  HashSet与HashMap的区别
     *  HashMap与HashTable有什么区别？对比Hashtable VS HashMap
     *  TreeSet和TreeMap的联系和区别
     *   *  相同点：
         *  不同点：
 *  List,Set和Map的联系和使用场景
 *   *  Collection集合适用场景分析
     *  ArrayList和LinkedList的使用场景
     *  Set和Map的使用场景
     *  Hashtable和HashMap的使用场景

## Java集合三大类 ##

Java中的集合包括三大类：Set(集)、List(列表)和Map(映射)，它们都处于java.util包中，Set、List和Map都是接口，它们有各自的实现类。  
Set的实现类主要有HashSet和TreeSet，List的实现类主要有ArrayList，  
Map的实现类主要有HashMap和TreeMap。  
Collection是最基本的集合接口，声明了适用于JAVA集合的通用方法，  
List 和 Set都继承自collection接口。

### （1）List概述 ###

*  允许重复的对象。
 *  可以插入多个null元素。
 *  是一个有序容器，保持了每个元素的插入顺序，输出的顺序就是插入的顺序。
 *  常用的实现类有 ArrayList、LinkedList 和 Vector。ArrayList 最为流行，它提供了使用索引的随意访问，而 LinkedList 则对于经常需要从 List 中添加或删除元素的场合更为合适。

### （2）Set概述 ###

*  不允许重复对象
 *  无序容器，你无法保证每个元素的存储顺序，TreeSet通过 Comparator 或者 Comparable 维护了一个排序顺序。
 *  只允许一个 null 元素
 *  Set 接口最流行的几个实现类是 HashSet、LinkedHashSet 以及 TreeSet。最流行的是基于 HashMap 实现的 HashSet；TreeSet 还实现了 SortedSet 接口，因此 TreeSet 是一个根据其 compare() 和 compareTo() 的定义进行排序的有序容器。

### （3）Map概述 ###

*  Map不是collection的子接口或者实现类。Map是一个接口。
 *  Map的每个 Entry 都持有两个对象，也就是一个键一个值，Map可能会持有相同的值对象但键对象必须是唯一的。
 *  TreeMap也通过Comparator或者Comparable维护了一个排序顺序。
 *  Map里你可以拥有随意多个null 值但最多只能有一个null键。
 *  Map接口最流行的几个实现类是 HashMap、LinkedHashMap、Hashtable 和 TreeMap。（HashMap、TreeMap最常用）

## 集合间的区别与联系 ##

### List，Set和Map的区别 ###

List：有序，可以存在重复元素
         集合中的对象按索引位置排序，可以有重复对象，
    	 允许按照对象在集合中的索引位置检索对象。
    	 
    Set：无序，不允许存在重复的元素
        集合中的对象不按特定方式排序，排序方式有默认排序和定制排序，
    	定制排序需要实现Comparator接口。
    	与list对比，检查元素效率低下，删除和插入的效率高，插入和删除不会引起元素的位置变化。
    Map：集合中的元素都包含一对键对象和值对象，键对象不可以重复，值对象可以重复。

### ArrayList、Vector和LinkedList的区别 ###

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![在这里插入图片描述][e0e130f36569471b8403357b12a861c7.png]

面试题：

Q：ArrayList和LinkedList区别？
    
    A：
    （1）数据结构不同。ArrayList 底层数据结构是动态数组，LinkedList 底层数据结构是双向链表
    （2）内存开销不同。如果列表很大很大，ArrayList 和 LinkedList 在内存的使用上也有所不同。
    LinkedList 的每个元素都有更多开销，因为要存储上一个和下一个元素的地址。ArrayList 没有这样的开销。
    （3）作用不同。ArrayList 只能用作列表；LinkedList 可以用作列表或者队列，因为它还实现了 Deque 接口。
    （4）效率不同。当通过索引随机访问集合时（get和set操作，即查询和修改操作），ArrayList 比 LinkedList 的效率高，
    因为 ArrayList 由于时数组结构，通过索引查询的时间复杂度是O(1)；而 LinkedList 是链表结构，通过索引查询是通过node(index)
    方法遍历查找，时间复杂度是O(n)。不走索引都需要遍历集合，效率基本相同。当对集合进行增加和删除操作时（add和remove操作），
    LinkedList 一般比 ArrayList 的效率高，增加元素时，LinkedList 需要根据增加的节点位置操作链表连接节点，中间节点也是需要循
    环获取到的，而 ArrayList 如果超过数组长度需要进行动态扩容，在不触发 ArrayList 的动态扩容情况下，ArrayList 的效率甚至要
    高于 LinkedList ；但是若触发 ArrayList 的动态扩容，LinkedList 效率要高于 ArrayList 。删除元素时， LinkedList 除了
    有单独的方法移除头尾节点，其它节点都需要循环集合定位到该元素，再断连即可，ArrayList 如果是通过索引（remove(int index)方
    法）查询到元素，直接获取即可；如果是通过元素值（remove(object o)方法）查询该元素，也需要循环获取元素，然后删除元素后再通过
    System.arraycopy()方法将该元素的后面的元素往前移动一位；所以单就删除动作来说LinkedList 效率要高于 ArrayList。
    
    Q：LinkedList为什么查改慢，增删快？
    
    A：
    查改慢：因为查改都需要先定位到元素，由于LinkedList 是链表结构，查询元素是通过node(index)方法遍历集合查找，
    时间复杂度是O(n)。
    
    （1）假如集合size=100，要取index=40的元素，根据源码，100>>1=50,40<50，需要从前往后循环，循环40遍取出node.item.
    （2）但是如果取最前面和最后面的元素可以通过getFirst和getLast方法获取，比较快，此时时间复杂度是O(1)
    
    增删快：增加元素时，LinkedList 需要根据增加的节点位置操作链表连接节点，中间节点也是需要循环获取到的；
    删除元素时， LinkedList 除了有单独的方法移除头尾节点，其它节点都需要循环集合定位到该元素，再断连即可，
    单单就增加和删除的动作来看，只需要链接新的元素，而不必修改列表中剩余的元素，无论列表尺寸如何变化，其代价大致相同。

> 原文链接：https://blog.csdn.net/qq\_46601365/article/details/130367911

补充：  
（1）List：列表  
最重要的特点就是:它保证维护元素特定的顺序，List为Collection添加了很多方法，使得能够向List中间插入语移除元素。  
（2）ArrayList: 动态数组  
即由数组实现的List，允许对元素进行快速随机访问，查找元素的效率较高，插入元素和删除元素效率低，因为会引起其他元素位置发生变化  
（3）LinkedList: 链表，队列，堆栈  
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，随机访问则行对较慢，（使用ArrayList代替）还有下列方法：addFirst(),addLast(),getFirst(),getLast(),removeFirst(),romoveLast().这些方法使得LinkedList可以当作堆栈，队列和双向队列使用。

### HashSet、LinkedHashSet和TreeSet的区别 ###

Set：`常用于集合元素去重 。 无序,唯一`  
HashSet：`常用于集合元素去重`

底层数据结构是哈希表(数据无序,唯一)
    可以放入null，但只能放入一个null，两者中的值都不能重复，如数据库中唯一约束
    依赖两个方法：hashCode()和equals()来保证元素的唯一性
    以哈希表的形式存放元素，插入删除速度很快
    只是通用的存储数据的集合

LinkedHashSet：`常用于集合元素去重与排序`

底层数据结构是链表和哈希表。(FIFO插入有序,唯一)
    由链表保证元素有序
    由哈希表保证元素唯一
    用于保证FIFO即有序的集合(先进先出)

TreeSet

底层数据结构是红黑树。(唯一，有序)
    Treeset中的数据是自动排好序的，不允许放入null值。
    通过自然排序和比较器排序保证元素有序
    根据比较的返回值是否是0来决定来保证元素唯一性
    主要用于排序

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### HashSet与HashMap的区别 ###

![在这里插入图片描述][196d1ae10c4649e6af096d2bf5331e9a.png]

### HashMap与HashTable有什么区别？对比Hashtable VS HashMap ###

两者都是用key-value方式获取数据。Hashtable是原始集合类之一（也称作遗留类）。HashMap作为新集合框架的一部分在Java2的1.2版本中加入。它们之间有一下区别：  
　　● HashMap和Hashtable大致是等同的，除了非同步和空值（HashMap允许null值作为key和value，而Hashtable不可以）。  
　　● HashMap没法保证映射的顺序一直不变，但是作为HashMap的子类LinkedHashMap，如果想要预知的顺序迭代（默认按照插入顺序），你可以很轻易的置换为HashMap，如果使用Hashtable就没那么容易了。  
　　● HashMap不是同步的，而Hashtable是同步的。  
　　● 迭代HashMap采用快速失败机制，而Hashtable不是，所以这是设计的考虑点。

### TreeSet和TreeMap的联系和区别 ###

与HashSet完全类似，TreeSet里面绝大部分方法都是直接调用TreeMap方法来实现的。

#### 相同点： ####

*  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。
 *  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)。
 *  TreeMap和TreeSet都是有序的集合，也就是说他们存储的值都是排好序的。

#### 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。  
    什么时候用Set什么时候用Map呢？

![在这里插入图片描述][8d76d44e747546ff9be32ab64a3e3eaa.png]

## List,Set和Map的联系和使用场景 ##

### Collection集合适用场景分析 ###

![在这里插入图片描述][ec283666fec1480ab644bc24df9124f5.png]

### ArrayList和LinkedList的使用场景 ###

*  若经常使用索引对容器中的元素进行访问，那么使用List 。如果知道索引，那么 List 的实现类比如 ArrayList 可以提供更快速的访问，因为LinkedList要移动指针。如果经常添加、删除元素的，选LinkedList。
 *  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。
 *  ArrayList是基于数组的，LinkedList是基于链表的。

### Set和Map的使用场景 ###

*  如果希望保证插入元素的唯一性，不希望出现重复值，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。
 *  如果是希望以键值的形式进行数据存储，那么用Map。根据需要选择Hashtable、HashMap或TreeMap。

### Hashtable和HashMap的使用场景 ###

基本的不同点是Hashtable同步，HashMap不是的。  
　　所以无论什么时候有多个线程访问相同实例的可能时，就应该使用Hashtable，反之使用HashMap。非线程安全的数据结构能带来更好的性能。  
　　如果在将来有一种可能，你需要按顺序获得键值对的方案时，HashMap是一个很好的选择。  
　　因为有HashMap的一个子类 LinkedHashMap。所以如果你想可预测的按顺序迭代（默认按插入的顺序），  
　　你可以很方便用LinkedHashMap替换HashMap，反观要是使用的Hashtable就没那么简单了。  
　　同时如果有多个线程访问HashMap，Collections.synchronizedMap（）可以代替，总的来说HashMap更灵活。

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