java 中一些介面和實現類的區別
阿新 • • 發佈：2019-01-29
線性表，連結串列，雜湊表是常用的資料結構，在進行Java開發時，JDK已經為我們提供了一系列相應的類來實現基本的資料結構。這些類均在java.util包中。本文試圖通過簡單的描述，向讀者闡述各個類的作用以及如何正確使用這些類。
Collection
├List
│├LinkedList
│├ArrayList
│└Vector
│ └Stack
└Set
Map
├Hashtable
├HashMap
└WeakHashMap
Collection介面
Collection是最基本的集合介面，一個Collection代表一組Object，即Collection的元素（Elements）。一些Collection允許相同的元素而另一些不行。一些能排序而另一些不行。Java SDK不提供直接繼承自Collection的類，Java SDK提供的類都是繼承自Collection的“子介面”如List和Set。
所有實現Collection介面的類都必須提供兩個標準的建構函式：無引數的建構函式用於建立一個空的Collection，有一個Collection引數的建構函式用於建立一個新的Collection，這個新的Collection與傳入的Collection有相同的元素。後一個建構函式允許使用者複製一個Collection。
如何遍歷Collection中的每一個元素？不論Collection的實際型別如何，它都支援一個iterator()的方法，該方法返回一個迭代子，使用該迭代子即可逐一訪問Collection中每一個元素。典型的用法如下：
Iterator it = collection.iterator(); // 獲得一個迭代子
while(it.hasNext()) {
Object obj = it.next(); // 得到下一個元素
}
由Collection介面派生的兩個介面是List和Set。
List介面
List是有序的Collection，使用此介面能夠精確的控制每個元素插入的位置。使用者能夠使用索引（元素在List中的位置，類似於陣列下標）來訪問List中的元素，這類似於Java的陣列。
和下面要提到的Set不同，List允許有相同的元素。
除了具有Collection介面必備的iterator()方法外，List還提供一個listIterator()方法，返回一個ListIterator介面，和標準的Iterator介面相比，ListIterator多了一些add()之類的方法，允許新增，刪除，設定元素，還能向前或向後遍歷。
實現List介面的常用類有LinkedList，ArrayList，Vector和Stack。
LinkedList類
LinkedList實現了List介面，允許null元素。此外LinkedList提供額外的get，remove，insert方法在LinkedList的首部或尾部。這些操作使LinkedList可被用作堆疊（stack），佇列（queue）或雙向佇列（deque）。
注意LinkedList沒有同步方法。如果多個執行緒同時訪問一個List，則必須自己實現訪問同步。一種解決方法是在建立List時構造一個同步的List：
List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));
ArrayList類
ArrayList實現了可變大小的陣列。它允許所有元素，包括null。ArrayList沒有同步。
size，isEmpty，get，set方法執行時間為常數。但是add方法開銷為分攤的常數，新增n個元素需要O(n)的時間。其他的方法執行時間為線性。
每個ArrayList例項都有一個容量（Capacity），即用於儲存元素的陣列的大小。這個容量可隨著不斷新增新元素而自動增加，但是增長演算法並沒有定義。當需要插入大量元素時，在插入前可以呼叫ensureCapacity方法來增加ArrayList的容量以提高插入效率。
和LinkedList一樣，ArrayList也是非同步的（unsynchronized）。
Vector類
Vector非常類似ArrayList，但是Vector是同步的。由Vector建立的Iterator，雖然和ArrayList建立的Iterator是同一介面，但是，因為Vector是同步的，當一個Iterator被建立而且正在被使用，另一個執行緒改變了Vector的狀態（例如，新增或刪除了一些元素），這時呼叫Iterator的方法時將丟擲ConcurrentModificationException，因此必須捕獲該異常。
Stack 類
Stack繼承自Vector，實現一個後進先出的堆疊。Stack提供5個額外的方法使得Vector得以被當作堆疊使用。基本的push和pop方法，還有peek方法得到棧頂的元素，empty方法測試堆疊是否為空，search方法檢測一個元素在堆疊中的位置。Stack剛建立後是空棧。
Set介面
Set是一種不包含重複的元素的Collection，即任意的兩個元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false，Set最多有一個null元素。
很明顯，Set的建構函式有一個約束條件，傳入的Collection引數不能包含重複的元素。
請注意：必須小心操作可變物件（Mutable Object）。如果一個Set中的可變元素改變了自身狀態導致Object.equals(Object)=true將導致一些問題。
Map介面
請注意，Map沒有繼承Collection介面，Map提供key到value的對映。一個Map中不能包含相同的key，每個key只能對映一個value。Map介面提供3種集合的檢視，Map的內容可以被當作一組key集合，一組value集合，或者一組key-value對映。
Hashtable類
Hashtable繼承Map介面，實現一個key-value對映的雜湊表。任何非空（non-null）的物件都可作為key或者value。
新增資料使用put(key, value)，取出資料使用get(key)，這兩個基本操作的時間開銷為常數。
Hashtable通過initial capacity和load factor兩個引數調整效能。通常預設的load factor 0.75較好地實現了時間和空間的均衡。增大load factor可以節省空間但相應的查詢時間將增大，這會影響像get和put這樣的操作。
使用Hashtable的簡單示例如下，將1，2，3放到Hashtable中，他們的key分別是”one”，”two”，”three”：
Hashtable numbers = new Hashtable();
numbers.put(“one”, new Integer(1));
numbers.put(“two”, new Integer(2));
numbers.put(“three”, new Integer(3));
要取出一個數，比如2，用相應的key：
Integer n = (Integer)numbers.get(“two”);
System.out.println(“two = ” + n);
由於作為key的物件將通過計算其雜湊函式來確定與之對應的value的位置，因此任何作為key的物件都必須實現hashCode和equals方法。hashCode和equals方法繼承自根類Object，如果你用自定義的類當作key的話，要相當小心，按照雜湊函式的定義，如果兩個物件相同，即obj1.equals(obj2)=true，則它們的hashCode必須相同，但如果兩個物件不同，則它們的hashCode不一定不同，如果兩個不同物件的hashCode相同，這種現象稱為衝突，衝突會導致操作雜湊表的時間開銷增大，所以儘量定義好的hashCode()方法，能加快雜湊表的操作。
如果相同的物件有不同的hashCode，對雜湊表的操作會出現意想不到的結果（期待的get方法返回null），要避免這種問題，只需要牢記一條：要同時複寫equals方法和hashCode方法，而不要只寫其中一個。
Hashtable是同步的。
HashMap類
HashMap和Hashtable類似，不同之處在於HashMap是非同步的，並且允許null，即null value和null key。，但是將HashMap視為Collection時（values()方法可返回Collection），其迭代子操作時間開銷和HashMap的容量成比例。因此，如果迭代操作的效能相當重要的話，不要將HashMap的初始化容量設得過高，或者load factor過低。
WeakHashMap類
WeakHashMap是一種改進的HashMap，它對key實行“弱引用”，如果一個key不再被外部所引用，那麼該key可以被GC回收。
總結
如果涉及到堆疊，佇列等操作，應該考慮用List，對於需要快速插入，刪除元素，應該使用LinkedList，如果需要快速隨機訪問元素，應該使用ArrayList。
如果程式在單執行緒環境中，或者訪問僅僅在一個執行緒中進行，考慮非同步的類，其效率較高，如果多個執行緒可能同時操作一個類，應該使用同步的類。
要特別注意對雜湊表的操作，作為key的物件要正確複寫equals和hashCode方法。
儘量返回介面而非實際的型別，如返回List而非ArrayList，這樣如果以後需要將ArrayList換成LinkedList時，客戶端程式碼不用改變。這就是針對抽象程式設計。
Collection
├List
│├LinkedList
│├ArrayList
│└Vector
│ └Stack
└Set
Map
├Hashtable
├HashMap
└WeakHashMap
Collection介面
Collection是最基本的集合介面，一個Collection代表一組Object，即Collection的元素（Elements）。一些Collection允許相同的元素而另一些不行。一些能排序而另一些不行。Java SDK不提供直接繼承自Collection的類，Java SDK提供的類都是繼承自Collection的“子介面”如List和Set。
所有實現Collection介面的類都必須提供兩個標準的建構函式：無引數的建構函式用於建立一個空的Collection，有一個Collection引數的建構函式用於建立一個新的Collection，這個新的Collection與傳入的Collection有相同的元素。後一個建構函式允許使用者複製一個Collection。
如何遍歷Collection中的每一個元素？不論Collection的實際型別如何，它都支援一個iterator()的方法，該方法返回一個迭代子，使用該迭代子即可逐一訪問Collection中每一個元素。典型的用法如下：
Iterator it = collection.iterator(); // 獲得一個迭代子
while(it.hasNext()) {
Object obj = it.next(); // 得到下一個元素
}
由Collection介面派生的兩個介面是List和Set。
List介面
List是有序的Collection，使用此介面能夠精確的控制每個元素插入的位置。使用者能夠使用索引（元素在List中的位置，類似於陣列下標）來訪問List中的元素，這類似於Java的陣列。
和下面要提到的Set不同，List允許有相同的元素。
除了具有Collection介面必備的iterator()方法外，List還提供一個listIterator()方法，返回一個ListIterator介面，和標準的Iterator介面相比，ListIterator多了一些add()之類的方法，允許新增，刪除，設定元素，還能向前或向後遍歷。
實現List介面的常用類有LinkedList，ArrayList，Vector和Stack。
LinkedList類
LinkedList實現了List介面，允許null元素。此外LinkedList提供額外的get，remove，insert方法在LinkedList的首部或尾部。這些操作使LinkedList可被用作堆疊（stack），佇列（queue）或雙向佇列（deque）。
注意LinkedList沒有同步方法。如果多個執行緒同時訪問一個List，則必須自己實現訪問同步。一種解決方法是在建立List時構造一個同步的List：
List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));
ArrayList類
ArrayList實現了可變大小的陣列。它允許所有元素，包括null。ArrayList沒有同步。
size，isEmpty，get，set方法執行時間為常數。但是add方法開銷為分攤的常數，新增n個元素需要O(n)的時間。其他的方法執行時間為線性。
每個ArrayList例項都有一個容量（Capacity），即用於儲存元素的陣列的大小。這個容量可隨著不斷新增新元素而自動增加，但是增長演算法並沒有定義。當需要插入大量元素時，在插入前可以呼叫ensureCapacity方法來增加ArrayList的容量以提高插入效率。
和LinkedList一樣，ArrayList也是非同步的（unsynchronized）。
Vector類
Vector非常類似ArrayList，但是Vector是同步的。由Vector建立的Iterator，雖然和ArrayList建立的Iterator是同一介面，但是，因為Vector是同步的，當一個Iterator被建立而且正在被使用，另一個執行緒改變了Vector的狀態（例如，新增或刪除了一些元素），這時呼叫Iterator的方法時將丟擲ConcurrentModificationException，因此必須捕獲該異常。
Stack 類
Stack繼承自Vector，實現一個後進先出的堆疊。Stack提供5個額外的方法使得Vector得以被當作堆疊使用。基本的push和pop方法，還有peek方法得到棧頂的元素，empty方法測試堆疊是否為空，search方法檢測一個元素在堆疊中的位置。Stack剛建立後是空棧。
Set介面
Set是一種不包含重複的元素的Collection，即任意的兩個元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false，Set最多有一個null元素。
很明顯，Set的建構函式有一個約束條件，傳入的Collection引數不能包含重複的元素。
請注意：必須小心操作可變物件（Mutable Object）。如果一個Set中的可變元素改變了自身狀態導致Object.equals(Object)=true將導致一些問題。
Map介面
請注意，Map沒有繼承Collection介面，Map提供key到value的對映。一個Map中不能包含相同的key，每個key只能對映一個value。Map介面提供3種集合的檢視，Map的內容可以被當作一組key集合，一組value集合，或者一組key-value對映。
Hashtable類
Hashtable繼承Map介面，實現一個key-value對映的雜湊表。任何非空（non-null）的物件都可作為key或者value。
新增資料使用put(key, value)，取出資料使用get(key)，這兩個基本操作的時間開銷為常數。
Hashtable通過initial capacity和load factor兩個引數調整效能。通常預設的load factor 0.75較好地實現了時間和空間的均衡。增大load factor可以節省空間但相應的查詢時間將增大，這會影響像get和put這樣的操作。
使用Hashtable的簡單示例如下，將1，2，3放到Hashtable中，他們的key分別是”one”，”two”，”three”：
Hashtable numbers = new Hashtable();
numbers.put(“one”, new Integer(1));
numbers.put(“two”, new Integer(2));
numbers.put(“three”, new Integer(3));
要取出一個數，比如2，用相應的key：
Integer n = (Integer)numbers.get(“two”);
System.out.println(“two = ” + n);
由於作為key的物件將通過計算其雜湊函式來確定與之對應的value的位置，因此任何作為key的物件都必須實現hashCode和equals方法。hashCode和equals方法繼承自根類Object，如果你用自定義的類當作key的話，要相當小心，按照雜湊函式的定義，如果兩個物件相同，即obj1.equals(obj2)=true，則它們的hashCode必須相同，但如果兩個物件不同，則它們的hashCode不一定不同，如果兩個不同物件的hashCode相同，這種現象稱為衝突，衝突會導致操作雜湊表的時間開銷增大，所以儘量定義好的hashCode()方法，能加快雜湊表的操作。
如果相同的物件有不同的hashCode，對雜湊表的操作會出現意想不到的結果（期待的get方法返回null），要避免這種問題，只需要牢記一條：要同時複寫equals方法和hashCode方法，而不要只寫其中一個。
Hashtable是同步的。
HashMap類
HashMap和Hashtable類似，不同之處在於HashMap是非同步的，並且允許null，即null value和null key。，但是將HashMap視為Collection時（values()方法可返回Collection），其迭代子操作時間開銷和HashMap的容量成比例。因此，如果迭代操作的效能相當重要的話，不要將HashMap的初始化容量設得過高，或者load factor過低。
WeakHashMap類
WeakHashMap是一種改進的HashMap，它對key實行“弱引用”，如果一個key不再被外部所引用，那麼該key可以被GC回收。
總結
如果涉及到堆疊，佇列等操作，應該考慮用List，對於需要快速插入，刪除元素，應該使用LinkedList，如果需要快速隨機訪問元素，應該使用ArrayList。
如果程式在單執行緒環境中，或者訪問僅僅在一個執行緒中進行，考慮非同步的類，其效率較高，如果多個執行緒可能同時操作一個類，應該使用同步的類。
要特別注意對雜湊表的操作，作為key的物件要正確複寫equals和hashCode方法。
儘量返回介面而非實際的型別，如返回List而非ArrayList，這樣如果以後需要將ArrayList換成LinkedList時，客戶端程式碼不用改變。這就是針對抽象程式設計。