Java常用集合与原理解析

目录

• 迭代器
• 集合框架中的接口
• 具体集合
• 散列码
• 树集
• 队列
• 优先队列
• 映射
• 基本映射
• 映射视图
• 弱散列映射
• 链接散列集合映射
• 枚举集与映射
• 标识散列映射

Java 最初版本只为常用的数据结构提供了很少的一组类：Vector、Stack、Hashtable、BitSet 与 Enumeration 接口

迭代器

public interface Collection<E>
{
    boolean add(E element);
    Iterator<E> iterator();
    ...
}

// ITerator 接口包含4个方法
public interface Iterator<E>
{
    E next();
    boolean hasNext();
    void remove();
    default void forEachRemainint(Consumer<? super E> action);
}

通过反复调用 next 方法，可以朱哥访问集合中的每个元素。但是，如果到达了集合的末尾，next 方法将抛出一个 NoSuchElementException。因此，需要在调用 next 之前调用 hasNext 方法。

Collection<String> c = ...;
// 普通循环
Iterator<String> iter = c.iterator();
while(iter.hasNext())
{
    String element = iter.next();
    // do something with element
}
// 此外，使用 for-each 循环可以更简练的表示同样的操作。编译器简单地将其转换为带有迭代器的循环
for(String element : c)
{
    // do something with element
}
// 也可以不写循环，而是调用方法并提供一个Lambda表达式
Iterator<String> iter = c.iterator();
iterator.forEachRemaining(element -> /* do something with it */ );

Java 集合类库中的迭代器查找操作与位置变更更紧密耦合，查找元素的唯一方法是调用 next，而在执行查找操作的同时，迭代器的位置就会随之向前移动。
因此，可以认为 Java迭代器位于两个元素之间。当调用 next 时，迭代器就越过下一个元素，并返回刚刚越过的那个元素的引用。

Iterator 接口的 remove 方法会删除上次调用 next 方法时返回的元素。 next 方法和 remove 方法调用之间存在依赖性。如果调用 remove 之前没有调用 next，将会抛出一个 IllegalStateException 异常。

// 如果想删除两个相邻的元素，不能直接这样调用
it.remove();
it.remove()； // ERROR
// 实际上，需要先next越过将要删除的元素
it.remove();
it.next();
it.remove(); // OK

集合框架中的接口

集合有两个基本接口： Collection 和 Map

List 是一个有序集合。可以采用两种方式访问元素：迭代器访问，或者使用一个整数索引来访问。后面这种方法称为随机访问，因此这样可以按任意顺序访问元素。与之不同，使用迭代器访问时，必须顺序地访问元素。

**纰漏**：集合框架在这个地方设计得不好。实际上有两种有序集合，其性能开销有很大差异。
1. 数组支持的有序集合，可以快速地随机访问，因此适合使用List方法并提供一个整数索引访问
2. 链表尽管也是有序的，但是随机访问**很慢**，所以最好使用迭代器进行遍历、

为了避免对链表完成随机访问操作， Java 1.4 引入了一个*标记接口*`RandomAccess`，这个接口不包含任何方法，不过可以用来测试一个特定的集合是否支持高效的随机访问：
`  if(c instanceof RandomAccess) { /* use random access algorithm */ }`
`  else { /* use qequential access algorithm */ }`

Set 接口等同于 Collection 接口，不过其方法的行为有更严谨的定义。

具体集合

散列码

散列码可以用于快速第查找对象

在 Java 中，散列表用链表数组实现。每个列表被称为桶。 在 Java 8 中，桶满时会从链表变为平衡二叉树，以提高性能。标准类库使用的桶数是 2 的幂，默认值为 16（为表大小提供的任何值都将自动地转换为 2 的下一个幂值）。

如果散列表太满，就需要再散列。此时，就需要创建一个桶数更多的表，并将所有的元素插入到这个新表中，然后丢弃原来的表。装填因子（默认0.75）可以确定何时对散列表进行散列，新表的桶数是原来的两倍。

树集

树集是一个有序集合，可以以任意顺序将元素插入到集合中。

每次将一个元素添加到树中，都会将其放置在正确的排序位置上。因此，迭代器总是以有序的顺序访问每个元素。
将一个元素添加到树中要比添加到散列表中慢。但是，检查数组或链表中的重复元素时，树会快很多。

注： 要使用树集，必须能够比较元素。这些元素必须实现 Comparable 接口，或者构造集时必须提供一个 Comparator。

队列

队列允许高校地在尾部添加元素，并在头部删除元素。不支持在队列中间添加元素

Java 6 中引入了 Deque 接口，ArrayDeque 和 LinkedList 类实现了这个接口。

优先队列

优先队列中的元素可以按照任意的顺序插入，但会按照有序的顺序进行检索。

无论何时调用 remove 方法，总会获得当前优先队列中最小的元素。优先队列并没有对所有元素进行排序，而是使用了一个高效地数据结构——堆。堆是一个可以自组织的二叉树，其添加与删除操作可以让最小的元素移动到根，而无需花费时间对元素进行排序。

映射

映射数据结构用于存放键/值对，知道某些关键信息，可以查找与之关联的元素。

基本映射

Java类库我映射提供了两个通用的实现：HashMap和TreeMap。

映射视图

集合框架不认为映射本身是一个集合。（其他数据结构框架认为映射是一个键/值对集合，或者是按键索引的值集合）。不过，可以得到视图——实现了 Collection 接口或某个子接口的对象。

keySet()、values()、entrySet()

注： keySet 不是 HashSet 或 TreeSet，而是实现了 Set 接口的另外某个类的对象。

可以在集视图中删除元素，它们将从该映射中删除，但是不能添加任何元素

弱散列映射

WeakHashMap类使用弱引用保存键。WeakReference 对象将包含另一个对象的引用，在这里，就是一个散列表键。正常情况下，如果垃圾回收器发现某个特定的对象已经没有他人引用，就会将其回收。
然而，如果某个对象只能由 WeakReference 引用，垃圾回收器也会将其回收，但会将这个对象的弱引用放进一个队列。WeakHashMap 将周期性地检查队列，以便找出新添加的弱引用。一个若引用进入队列意味着这个键不再被他人使用，并且已经回收。于是，WeakHashMap 将删除相关联的映射。

链接散列集合映射

LinkedHashMap和LinkedHashSet会记住插入元素项的顺序。

枚举集与映射

EnumSet是一个枚举类型元素集的高效实现。内部用位序列实现。

EnumMap是一个键类型为枚举类型的映射

标识散列映射

IdentityHashMap类有特殊用途。该类中，键的散列值由 System.identityHashCode 计算，是根据对象的内存地址计算散列码所使用的方法。因此在比较对象时采用==，不同的键对象即使内容相同，也被视为不同的对象。

在实现对象遍历算法（如对象串行化）时，这个类十分有用，可以用来跟踪哪些对象已经遍历过。

到此这篇关于Java常用集合与原理解析的文章就介绍到这了,更多相关Java集合与原理内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！