Java集合

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Java集合

作为一个Developer，Java集合类是我们在工作中运用最多的、最频繁的类。相比于数组(Array)来说，集合类的长度可变，更加适合于现代开发需求；

Java集合就像一个容器，可以存储任何类型的数据，也可以结合泛型来存储具体的类型对象。在程序运行时，Java集合可以动态的进行扩展，随着元素的增加而扩大。在Java中，集合类通常存在于java.util包中。

Java集合主要由2大体系构成，分别是Collection体系和Map体系，其中Collection和Map分别是2大体系中的顶层接口。

Collection主要有三个子接口，分别为List(列表)、Set(集)、Queue(队列)。其中，List、Queue中的元素有序可重复，而Set中的元素无序不可重复；

List中主要有ArrayList、LinkedList两个实现类；Set中则是有HashSet实现类；而Queue是在JDK1.5后才出现的新集合，主要以数组和链表两种形式存在。

Map同属于java.util包中，是集合的一部分，但与Collection是相互独立的，没有任何关系。Map中都是以key-value的形式存在，其中key必须唯一，主要有HashMap、HashTable、TreeMap三个实现类。

1 List

在Collection中，List集合是有序的，Developer可对其中每个元素的插入位置进行精确地控制，可以通过索引来访问元素，遍历元素。

在List集合中，我们常用到ArrayList和LinkedList这两个类。

其中，ArrayList底层通过数组实现，随着元素的增加而动态扩容。而LinkedList底层通过链表来实现，随着元素的增加不断向链表的后端增加节点。

ArrayList是Java集合框架中使用最多的一个类，是一个数组队列，线程不安全集合。

它继承于AbstractList，实现了List, RandomAccess, Cloneable, Serializable接口。 (1)ArrayList实现List，得到了List集合框架基础功能； (2)ArrayList实现RandomAccess，获得了快速随机访问存储元素的功能，RandomAccess是一个标记接口，没有任何方法； (3)ArrayList实现Cloneable，得到了clone()方法，可以实现克隆功能； (4)ArrayList实现Serializable，表示可以被序列化，通过序列化去传输，典型的应用就是hessian协议。

它具有如下特点：

容量不固定，随着容量的增加而动态扩容（阈值基本不会达到）有序集合（插入的顺序==输出的顺序）插入的元素可以为null 增删改查效率更高（相对于LinkedList来说）线程不安全

数据结构：（JDK1.7）

LinkedList是一个双向链表，每一个节点都拥有指向前后节点的引用。相比于ArrayList来说，LinkedList的随机访问效率更低。

它继承AbstractSequentialList，实现了List, Deque, Cloneable, Serializable接口。 (1)LinkedList实现List，得到了List集合框架基础功能； (2)LinkedList实现Deque，Deque 是一个双向队列，也就是既可以先入先出，又可以先入后出，说简单些就是既可以在头部添加元素，也可以在尾部添加元素； (3)LinkedList实现Cloneable，得到了clone()方法，可以实现克隆功能； (4)LinkedList实现Serializable，表示可以被序列化，通过序列化去传输，典型的应用就是hessian协议。

数据结构：（JDK1.7）

1.1 List常用方法 A:添加功能 boolean add(E e):向集合中添加一个元素 void add(int index, E element):在指定位置添加元素 boolean addAll(Collection c):从集合中删除一个指定的集合元素。 C:修改功能 E set(int index, E element):把指定索引位置的元素修改为指定的值，返回修改前的值。 D:获取功能 E get(int index)：获取指定位置的元素 Iterator iterator():就是用来获取集合中每一个元素。 E:判断功能 boolean isEmpty()：判断集合是否为空。 boolean contains(Object o)：判断集合中是否存在指定的元素。 boolean containsAll(Collection c)：判断集合中是否存在指定的一个集合中的元素。 F:长度功能 int size():获取集合中的元素个数 G:把集合转换成数组 Object[] toArray():把集合变成数组。 1.2 ArrayList基本操作 public class ArrayListTest { public static void main(String[] agrs){ //创建ArrayList集合： List list = new ArrayList(); System.out.println("ArrayList集合初始化容量："+list.size()); //添加功能： list.add("Hello"); list.add("world"); list.add(2,"!"); System.out.println("ArrayList当前容量："+list.size()); //修改功能： list.set(0,"my"); list.set(1,"name"); System.out.println("ArrayList当前内容："+list.toString()); //获取功能： String element = list.get(0); System.out.println(element); //迭代器遍历集合：(ArrayList实际的跌倒器是Itr对象) Iterator iterator = list.iterator(); while(iterator.hasNext()){ String next = iterator.next(); System.out.println(next); } //for循环迭代集合： for(String str:list){ System.out.println(str); } //判断功能： boolean isEmpty = list.isEmpty(); boolean isContain = list.contains("my"); //长度功能： int size = list.size(); //把集合转换成数组： String[] strArray = list.toArray(new String[]{}); //删除功能： list.remove(0); list.remove("world"); list.clear(); System.out.println("ArrayList当前容量："+list.size()); } } 1.3 LinkedList基本操作 public class LinkedListTest { public static void main(String[] agrs){ List linkedList = new LinkedList(); System.out.println("LinkedList初始容量："+linkedList.size()); //添加功能： linkedList.add("my"); linkedList.add("name"); linkedList.add("is"); linkedList.add("jiaboyan"); System.out.println("LinkedList当前容量："+ linkedList.size()); //修改功能: linkedList.set(0,"hello"); linkedList.set(1,"world"); System.out.println("LinkedList当前内容："+ linkedList.toString()); //获取功能： String element = linkedList.get(0); System.out.println(element); //遍历集合：(LinkedList实际的跌倒器是ListItr对象) Iterator iterator = linkedList.iterator(); while(iterator.hasNext()){ String next = iterator.next(); System.out.println(next); } //for循环迭代集合： for(String str:linkedList){ System.out.println(str); } //判断功能： boolean isEmpty = linkedList.isEmpty(); boolean isContains = linkedList.contains("jiaboyan"); //长度功能： int size = linkedList.size(); //删除功能： linkedList.remove(0); linkedList.remove("jiaboyan"); linkedList.clear(); System.out.println("LinkedList当前容量：" + linkedList.size()); } } 1.4 ArrayList和LinkedList比较

（1）元素新增性能比较：

查看了网上很多的例子，很多都说，在新增操作时，ArrayList效率不如LinkedList，因为ArrayList底层是数组实现，在动态扩容时，性能有所损耗，而LinkedList不存在数组扩容机制，所以LinkedList效率更高。那么结果究竟怎样，来看下面的数据！

public class ListTest { //迭代次数 public static int ITERATION_NUM = 100000; public static void main(String[] agrs) { insertPerformanceCompare(); } //新增性能比较： public static void insertPerformanceCompare() { Thread.sleep(5000); System.out.println("LinkedList新增测试开始"); long start = System.nanoTime(); List linkedList = new LinkedList(); for (int x = 0; x < ITERATION_NUM; x++) { linkedList.add(x); } long end = System.nanoTime(); System.out.println(end - start); System.out.println("ArrayList新增测试开始"); start = System.nanoTime(); List arrayList = new ArrayList(); for (int x = 0; x < ITERATION_NUM; x++) { arrayList.add(x); } end = System.nanoTime(); System.out.println(end - start); } }

结果：

结果与预想的有些不太一样，ArrayList的新增性能并不低。

究其原因，可能是经过JDK近几年的更新发展，对于数组复制的实现进行了优化，以至于ArrayList的性能也得到了提高。

（2）元素获取比较：

由于LinkedList是链表结构，没有角标的概念，没有实现RandomAccess接口，不具备随机元素访问功能，所以在get方面表现的差强人意，ArrayList再一次完胜。

public class ListTest { //迭代次数，集合大小： public static int ITERATION_NUM = 100000; public static void main(String[] agrs) { getPerformanceCompare(); } //获取性能比较： public static void getPerformanceCompare() { Thread.sleep(5000); //填充ArrayList集合： List arrayList = new ArrayList(); for (int x = 0; x < ITERATION_NUM; x++) { arrayList.add(x); } //填充LinkedList集合： List linkedList = new LinkedList(); for (int x = 0; x < ITERATION_NUM; x++) { linkedList.add(x); } //创建随机数对象： Random random = new Random(); System.out.println("LinkedList获取测试开始"); long start = System.nanoTime(); for (int x = 0; x < ITERATION_NUM; x++) { int j = random.nextInt(x + 1); int k = linkedList.get(j); } long end = System.nanoTime(); System.out.println(end - start); System.out.println("ArrayList获取测试开始"); start = System.nanoTime(); for (int x = 0; x < ITERATION_NUM; x++) { int j = random.nextInt(x + 1); int k = arrayList.get(j); } end = System.nanoTime(); System.out.println(end - start); } }

结果：

从结果中可以看到，ArrayList在随机访问方面表现的十分优秀，比LinkedList强了很多，基本上保持在10多倍以上。

LinkedList为什么这么慢呢？这主要是LinkedList的代码实现所致，每一次获取都是从头开始遍历，一个个节点去查找，每查找一次就遍历一次，所以性能自然得不到提升。

1.5 ArrayList源码分析（基于JDK1.7.0_45）

接下来，我们几对ArrayList的源码进行一个解析，其中笔者提出了几个问题？

(1)ArrayList构造

(2)增删改查实现

(3)迭代器-modCount

(4)为什么数组对象要使用transient修饰符

(5)System.arraycopy（）参数含义 Arrays.copyOf（）参数含义

我们通过这这几个问题，来一步步的学习ArrayList！

ArrayList构造器：

在JDK1.7版本中，ArrayList的无参构造方法并没有生成容量为10的数组；

elementData对象是ArrayList集合底层保存元素的实现；

size属性记录了ArrayList集合中实际元素的个数；

public class ArrayList extends AbstractList implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable { //实现Serializable接口，生成的序列版本号： private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L; //ArrayList初始容量大小：在无参构造中不使用了 private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; //空数组对象：初始化中默认赋值给elementData private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {}; //ArrayList中实际存储元素的数组： private transient Object[] elementData; //集合实际存储元素长度： private int size; //ArrayList有参构造：容量大小 public ArrayList(int initialCapacity) { //即父类构造：protected AbstractList() {}空方法 super(); //如果传递的初始容量小于0 ，抛出异常 if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity); //初始化数据：创建Object数组 this.elementData = new Object[initialCapacity]; } //ArrayList无参构造： public ArrayList() { //即父类构造：protected AbstractList() {}空方法 super(); //初始化数组：空数组，容量为0 this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; } //ArrayList有参构造：Java集合 public ArrayList(Collection

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