本章將簡單介紹一下常用的集合類的特點，同時並不會深入原始碼分析原理，本文目的僅僅在於對 Java 集合類有一個整體認識

關於 API，本文不涉及過多，建議直接檢視 Java 官方文件

1. 容器概述

1.1 引入原因

Java 中，陣列用來儲存一組物件，但是陣列具有固定的尺寸。於是為了解決陣列長度固定，無法應對物件數量未知的情況，引入容器/集合類。

容器用途就是儲存物件。

1.2 容器層級

容器有兩大山脈：Collection 和 Map，其層次關係大致如下。

先來個基礎的：

再來個複雜一點的：

其中：

• Collection 介面是集合類的根介面，本身沒有實現類。
• Map 是容器的另一個根介面，與 Collection 相互獨立
• Iterator 是所有容器都實現的介面，用於遍歷容器中元素。
• 另外 Collections 和 Arrays 是 Object 的直接子類，其中包含了一系列關於 容器 和 陣列 的靜態方法

1.3 型別安全

通過 泛型 指定引數型別，即指定這個容器例項可以儲存的型別。通過使用泛型，可以在編譯期防止將錯誤型別的物件放置到容器中。

保證 型別安全 僅僅是 Java 泛型的其中一個作用。後續我們會學習更多關於 泛型的知識（劇透一下，很複雜）

舉個例子：

List<String> list = new
 
 ArrayList<String>();

//先不用管 List 和 ArrayList 是啥，就先當作是一個集合就好
//通過指定泛型為 String，那麼這個集合就是用來存放 String 型別的，放入其他型別的東西都會出錯。

2. Collection

Collection 是一個介面，它下面的 List，Set，Queue 同樣也都是介面。

一個獨立元素的序列，這些元素都服從一條或多條規則。其中 List 必須按照插入的順序儲存元素；Set 不能有重複元素；Queue 按照排隊規則來確定物件的產生順序（通常與插入順序相同）

2.1 List

List 是一個介面，它承諾可以將元素維護在特定的序列中。List 介面在 Collection 的基礎上新增大量的方法，使得可以在 List 中間插入和移除元素。

• 有序
• 元素可重複

下面主要介紹 兩種 List ：ArrayList 和 LinkedList。

2.1.1 ArrayList

優點在於隨機訪問元素快，但是在中間插入和移除比較慢

原因是 ArrayList 底層是用陣列實現的，這也是為什麼讀取時和陣列效率相同，時間複雜度都是1.

2.1.2 LinkedList

優點是善於在中間插入和移除元素，提供了優化的順序訪問，相反缺點是隨機訪問較慢

原因是底層是使用鏈式儲存

同時，LinkedList 可以實現比 ArrayList 更多的功能特性：LinkedList 支援棧、佇列和雙端佇列。

2.1.3 Stack

Stack（棧）通常指 “後進先出”（LIFO）的容器，最後一個壓入棧的元素，第一個彈出棧。

可以想象為彈簧，最先放上彈簧的被放在最下面，後放上去的在上面，每次彈出來一個時，上面的（後放的）先被彈出。

Stack 是通過 LinkedList 實現的。

Stack 繼承自 Vector，而 Vector 已被棄用。

2.2 Set

Set 也是一個集合，但是它不儲存重複的元素。

Set 具有和 Collection 完全一樣的介面，因此沒有任何額外的功能，實際上 Set 就是 Collection，只不過行為不同。

繼承與多型思想的應用：表現不同的行為

下面簡單介紹兩個實現類：HashSet 和 TreeSet

2.2.1 HashSet

• 查詢速度塊。HashSet 使用了雜湊，雜湊的價值在於速度 – 雜湊使得查詢更加快速

• 儲存無序

  HashSet 底層使用雜湊函式

2.2.2 TreeSet

• 儲存有序

  TreeSet 將元素儲存在紅黑樹中，因此儲存結果有序。

2.2.3 LinkedHashSet

• 儲存有序

  通過連結串列儲存新增的順序

2.3 Queue

Queue （佇列）是典型的 先進先出 的容器，即從一端放入事物，從另一端取出，且元素放入容器的順序和取出的順序是相同的。

可以想象一個傳送帶，先放上傳送帶的物品會首先到達。

同時 Queue 中允許重複元素。

LinkedList 實現了 Queue 介面，因此 LinkedList 可以用作 Queue 的一種實現（將LinkedList 可以向上轉型為 Queue）。

相關方法介紹：

2.3.1 PriorityQueue

• 先入先出描述的是下一個元素應該是等待時間最長的元素

• PriorityQueue（優先順序佇列）描述的是下一個元素應該是優先順序最高的元素。

當我們在 PriorityQueue 上呼叫 offer() 插入元素的時候，這個元素會在佇列中自動被排序，預設情況是自然排序。當然我們可以通過自定義 Comparator 來修改這個順序。

PriorityQueue 保證我們呼叫 peek、poll 等方法時，返回的是佇列中優先順序最高的元素。

3. Map

Map 就是一組成對的 “鍵值對” 物件，允許使用鍵來查詢值。Map 可以將物件對映到其他物件上，在實際開發中使用非常廣。

主要方法介紹：

3.1 HashMap

• 查詢速度很快

• 儲存無序

  原因在於，底層使用了 雜湊函式

• 鍵可以是 null，鍵值不可重複（重複會覆蓋舊的）

3.2 TreeMap

• 按照比較結果的升序儲存鍵

  紅黑樹儲存

3.3 LinkedHashMap

• 按照插入順序儲存鍵

• 保留了 HashMap 的查詢速度

  底層使用了雜湊函式 ，同時用一個連結串列儲存插入順序。

4. 迭代器

4.1 概念

Java 中的迭代器（Iterator）：

• 是一個輕量級物件：建立代價小
• 工作是遍歷並選擇序列中的物件，不關注容器中元素的數量
• 只能單向移動

4.2 用處：

• 使用方法 iterator() 要求容器返回一個 Iterator，此時 Iterator 將準備好返回第一個元素
• 使用 next() 獲得序列下一個元素
• 使用 hasNext() 檢查序列中是否還有元素
• 使用 remove() 將迭代器最近返回的元素刪除

4.3 ListIterator

ListIterator 是 Iterator 的子型別，只能用於各種 List 類的訪問。

ListIterator 可以雙向移動，它可以產生相對於迭代器在列表中指向的當前位置的前一個（previous()方法）和後一個元素的索引（next() 方法）。

4.4 Iterator 與 foreach

foreach 除了可以作用於陣列，還可以應用於所有的 Collection 物件。這是因為 Collection 繼承了 Iterable 的介面。該介面包含一個能夠產生 iterator 的 iterator() 物件，並且 Iterable 介面被 foreach 用來在序列中移動。

public class IterableClass implements Iterable<String> {
    protected String[] words=("Hello Java").split(" ");

    public Iterator<String> iterator(){
        return new Iterator<String>(){
            private int index=0;
            public boolean hasNext() {
                return index<words.length;
            }
            public String next() {
                return words[index++];
            }
            public void remove() {
            }
        };
    }
    public static void main(String[] args){
        for(String s : new iterableClass())
            System.out.println(s + "");
    }
}

//輸出：
//Hello Java

5. Collections 和 Arrays

Collections 和 Arrays 都是 Object 的直接子類，裡面封裝了一系列關於集合和陣列的靜態方法。

部分方法如下：

• Collections.addAll()：用於將一些列元素加入到 Collection

  public static <T> boolean addAll(Collection<? super T> c, T... elements)

• Arrays.asList()：將陣列（可變引數列表）寫入到一個列表，並將該列表返回

  public static <T> List<T> asList(T... a)

  底層表示為陣列，因此不能修改尺寸。如果呼叫add() 或 delete()，有可能改變陣列尺寸，因此會報錯。

• Arrays.toString()：產生陣列的可打印表示。

總結

Java 提供大量持有物件的方式：

1. 陣列是將數字和物件聯絡起來，它儲存明確的物件，查詢物件時候不需要對查詢結果進行轉換，它可以是多維的，可以儲存基本型別的資料，但是陣列一旦生成，其容量不能改變。所以陣列是不可以直接刪除和新增元素。
2. Collection 儲存單一的元素，而 Map 儲存相關聯的值鍵對，有了 Java 泛型，可以指定容器存放物件型別，不會將錯誤型別的物件放在容器中，取元素時候也不需要轉型。而且 Collection 和 Map 都可以自動調整其尺寸。容器不可以持有基本型別。
3. 像陣列一樣，List 也建立數字索引和物件的關聯，因此，陣列和 List 都是排好序的容器，List 可以自動擴容
4. 如果需要大量的隨機訪問就要使用 ArrayList，如果要經常從中間插入和刪除就要使用 LinkedList。
5. 各種 Queue 和 Stack 由 LinkedList 支援
6. Map 是一種將物件（而非數字）與物件相關聯的設計。HashMap 用於快速訪問，TreeMap 保持鍵始終處於排序狀態，所以不如 HashMap 快，而 LinkedHashMap 保持元素插入的順序，但是也通過雜湊提供了快速訪問的能力
7. Set 不接受重複的元素，HashSet 提供最快的訪問能力，TreeSet 保持元素排序狀態，LinkedHashSet 以插入順序儲存元素。
8. 不應使用過時的 Vector、HashTable
   回顧一下開篇的簡圖：

可以發現其實只有四種容器 – List、Set、Queue、Map。常用的用紅色標出，綠色標識介面，其他標識普通的類。

使用時需要注意容器類之間方法的獨立性：有些相同，而有些相差很遠。

上述即為本章的全部，共勉。