Java中有哪些集合框架

本篇文章为大家展示了Java 中有哪些集合框架，内容简明扼要并且容易理解，绝对能使你眼前一亮，通过这篇文章的详细介绍希望你能有所收获。

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1. 为什么要使用集合

当我们在学习一个东西的时候，最好是明白为什么要使用这个东西，不要为了用而用，知其然而知其所以然。

集合，故名思议，是用来存储元素的，而数组也同样具有这个功能，那么既然出现了集合，必然是因为「数组的使用存在一定的缺陷」。

上篇文章已经简单提到过，数组一旦被定义，就无法再更改其存储大小。举个例子，假设有一个班级，现在有 50 个学生在这个班里，于是我们定义了一个能够存储 50  个学生信息的数组：

1)如果这个班里面来了 10 个转班生，由于数组的长度固定不变，那么显然这个数组的存储能力无法支持 60 个学生;再比如，这个班里面有 20  个学生退学了，那么这个数组实际上只存了 30  个学生，造成了内存空间浪费。总结来说，「由于数组一旦被定义，就无法更改其长度，所以数组无法动态的适应元素数量的变化」。

2)数组拥有 length 属性，可以通过这个属性查到数组的存储能力也就是数组的长度，但是无法通过一个属性直接获取到数组中实际存储的元素数量。

3)因为「数组在内存中采用连续空间分配的存储方式」，所以我们可以根据下标快速获的取对应的学生信息。比如我们在数组下标为 2 的位置存入了某个学生的学号  111，那显然，直接通过下标 2 就能获取学号 111。但是「如果反过来我们想要查找学号 111  的下标呢」?数组原生是做不到的，这就需要使用各种查找算法了。

4)另外，假如我们想要存储学生的姓名和家庭地址的一一对应信息，数组显然也是做不到的。

5)如果我们想在这个用来存储学生信息的数组中存储一些老师的信息，数组是无法满足这个需求的，它只能存储相同类型的元素。

为了解决这些数组在使用过程中的痛点，集合框架应用而生。简单来说，集合的主要功能就是两点：

• 存储不确定数量的数据(可以动态改变集合长度)

• 存储具有映射关系的数据

• 存储不同类型的数据

不过，需要注意的是，「集合只能存储引用类型(对象)，如果你存储的是 int 型数据(基本类型)，它会被自动装箱成 Integer  类型。而数组既可以存储基本数据类型，也可以存储引用类型」。

2. 集合框架体系速览

与现代的数据结构类库的常见情况一样，Java 集合类也将接口与实现分离，这些接口和实现类都位于 java.util  包下。按照其存储结构集合可以分为两大类：

• 单列集合 Collection

• 双列集合 Map

Collection 接口

「单列集合」 java.util.Collection：元素是孤立存在的，向集合中存储元素采用一个个元素的方式存储。

来看 Collection 接口的继承体系图：

Collection 接口中定义了一些单列集合通用的方法：

public boolean add(E e); // 把给定的对象添加到当前集合中 public void clear(); // 清空集合中所有的元素 public boolean remove(E e); // 把给定的对象在当前集合中删除 public boolean contains(E e); // 判断当前集合中是否包含给定的对象 public boolean isEmpty(); // 判断当前集合是否为空 public int size(); // 返回集合中元素的个数 public Object[] toArray(); // 把集合中的元素，存储到数组中

Collection 有两个重要的子接口，分别是 List 和 Set，它们分别代表了有序集合和无序集合：

1)List 的特点是「元素有序、可重复」，这里所谓的有序意思是：「元素的存入顺序和取出顺序一致」。例如，存储元素的顺序是 11、22、33，那么我们从  List 中取出这些元素的时候也会按照 11、22、33 这个顺序。List 接口的常用实现类有：

• 「ArrayList」：底层数据结构是数组，线程不安全

• 「LinkedList」：底层数据结构是链表，线程不安全

除了包括 Collection 接口的所有方法外，List 接口而且还增加了一些根据元素索引来操作集合的特有方法：

public void add(int index, E element); // 将指定的元素，添加到该集合中的指定位置上public E  get(int index); // 返回集合中指定位置的元素public E remove(int index); // 移除列表中指定位置的元素,  返回的是被移除的元素public E set(int index, E element); // 用指定元素替换集合中指定位置的元素

2)Set 接口在方法签名上与 Collection  接口其实是完全一样的，只不过在方法的说明上有更严格的定义，最重要的特点是他「拒绝添加重复元素，不能通过整数索引来访问」，并且「元素无序」。所谓无序也就是元素的存入顺序和取出顺序不一致。其常用实现类有：

• 「HashSet」：底层基于 HashMap 实现，采用 HashMap 来保存元素

• 「LinkedHashSet」：LinkedHashSet 是 HashSet 的子类，并且其底层是通过 LinkedHashMap 来实现的。

至于为什么要定义一个方法签名完全相同的接口，我的理解是为了让集合框架的结构更加清晰，将单列集合从以下两点区分开来：

• 可以添加重复元素(List)和不可以添加重复元素(Set)

• 可以通过整数索引访问(List)和不可以通过整数索引(Set)

这样当我们声明单列集合时能够更准确的继承相应的接口。

Map 接口

「双列集合」  java.util.Map：元素是成对存在的。每个元素由键(key)与值(value)两部分组成，通过键可以找对所对应的值。显然这个双列集合解决了数组无法存储映射关系的痛点。另外，需要注意的是，「Map  不能包含重复的键，值可以重复;并且每个键只能对应一个值」。

来看 Map 接口的继承体系图：

Map 接口中定义了一些双列集合通用的方法：

public V put(K key, V value); // 把指定的键与指定的值添加到 Map 集合中。 public V remove(Object key); // 把指定的键所对应的键值对元素在 Map 集合中删除，返回被删除元素的值。 public V get(Object key); // 根据指定的键，在 Map 集合中获取对应的值。 boolean containsKey(Object key); // 判断集合中是否包含指定的键。 public Set keySet(); // 获取 Map 集合中所有的键，存储到 Set 集合中。

Map 有两个重要的实现类，HashMap 和 LinkedHashMap ：

① 「HashMap」：可以说 HashMap 不背到滚瓜烂熟不敢去面试，这里简单说下它的底层结构，后面会开文详细讲解。JDK 1.8 之前  HashMap 底层由数组加链表实现，数组是 HashMap 的主体，链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的(“拉链法” 解决冲突)。JDK1.8  以后在解决哈希冲突时有了较大的变化，当链表长度大于阈值(默认为  8)时，将链表转化为红黑树，以减少搜索时间(注意：将链表转换成红黑树前会判断，如果当前数组的长度小于  64，那么会选择先进行数组扩容，而不是转换为红黑树)。

② 「LinkedHashMap」：HashMap 的子类，可以保证元素的存取顺序一致(存进去时候的顺序是多少，取出来的顺序就是多少，不会因为 key  的大小而改变)。

LinkedHashMap 继承自 HashMap，所以它的底层仍然是基于拉链式散列结构，即由数组和链表或红黑树组成。另外，LinkedHashMap  在上面结构的基础上，增加了一条双向链表，使得上面的结构可以保持键值对的插入顺序。同时通过对链表进行相应的操作，实现了访问顺序相关逻辑。

OK，我们已经知道，Map中存放的是两种对象，一种称为 key(键)，一种称为 value(值)，它俩在 Map 中是一一对应关系，这一对对象又称做  Map 中的一个 「Entry」(项)。Entry 将键值对的对应关系封装成了对象，即键值对对象。Map 中也提供了获取所有 Entry 对象的方法：

public Set> entrySet(); // 获取 Map 中所有的 Entry 对象的集合。

同样的，Map 也提供了获取每一个 Entry 对象中对应键和对应值的方法，这样我们在遍历 Map  集合时，就可以从每一个键值对(Entry)对象中获取对应的键与对应的值了：

public K getKey(); // 获取某个 Entry 对象中的键。 public V getValue(); // 获取某个 Entry 对象中的值。

下面我们结合上述所学，来看看 Map 的两种遍历方式：

1)「遍历方式一：根据 key 找值方式」

• 获取 Map 中所有的键，由于键是唯一的，所以返回一个 Set 集合存储所有的键。方法提示：keyset()

• 遍历键的 Set 集合，得到每一个键。

• 根据键，获取键所对应的值。方法提示：get(K key)

public static void main(String[] args) {     // 创建 Map 集合对象      HashMap map = new HashMap();     // 添加元素到集合      map.put(1, "小五");     map.put(2, "小红");     map.put(3, "小张");      // 获取所有的键  获取键集     Set keys = map.keySet();     // 遍历键集 得到 每一个键     for (Integer key : keys) {         // 获取对应值         String value = map.get(key);         System.out.println(key + "：" + value);     }   }

这里面不知道大家有没有注意一个细节，keySet 方法的返回结果是 Set。Map 由于没有实现 Iterable 接口，所以不能直接使用迭代器或者  for each 循环进行遍历，但是转成 Set 之后就可以使用了。至于迭代器是啥请继续往下看。

2)「遍历方式二：键值对方式」

• 获取 Map 集合中，所有的键值对 (Entry) 对象，以 Set 集合形式返回。方法提示：entrySet()。

• 遍历包含键值对 (Entry) 对象的 Set 集合，得到每一个键值对 (Entry) 对象。

• 获取每个 Entry 对象中的键与值。方法提示：getkey()、getValue()

// 获取所有的 entry 对象 Set> entrySet = map.entrySet();  // 遍历得到每一个 entry 对象 for (Entry entry : entrySet) {     Integer key = entry.getKey();     String value = entry.getValue();       System.out.println(key + ":" + value); }

3. 迭代器 Iterator什么是 Iterator

在上一章数组中我们讲过 for each 循环：

for(variable : collection) {     // todo }

collection 这一表达式必须是一个数组或者是一个实现了 Iterable 接口的类对象。可以看到 Collection 这个接口就继承了  Itreable 接口，所以所有实现了Collection 接口的集合都可以使用 for each 循环。

我们点进 Iterable 中看一看：

它拥有一个 iterator 方法，返回类型是 Iterator，这又是啥，我们再点进去看看：

又是三个接口，不过无法再跟下去了，我们去 Collection 的实现类中看看，有没有实现 Itreator 这个接口，随便打开一个，比如  ArrayList ：

从源码可知：Iterator 接口在 ArrayList 中是以「内部类」的方式实现的。并且，Iterator 实际上就是在遍历集合。

所以总结来说：我们可以通过 Iterator 接口遍历 Collection 的元素，这个接口的具体实现是在具体的子类中，以内部类的方式实现。

这里提个问题，「为什么迭代器不封装成一个类，而是做成一个接口」?假设迭代器是一个类，这样我们就可以创建该类的对象，调用该类的方法来实现  Collection的遍历。

但事实上，Collection  接口有很多不同的实现类，在文章开头我们就说过，这些类的底层数据结构大多是不一样的，因此，它们各自的存储方式和遍历方式也是不同的，所以我们不能用一个类来规定死遍历的方法。我们提取出遍历所需要的通用方法，封装进接口中，让  Collection 的子类根据自己自身的特性分别去实现它。

看完上面这段分析，我们来验证一下，看看 LinkedList 实现的 Itreator 接口和 ArrayList 实现的是不是不一样：

显然，这两个虽然同为 Collection 的实现类，但是它们具体实现 Itreator 接口的内部过程是不一样的。

Iterator 基本使用

OK，我们已经了解了 Iterator 是用来遍历 Collection 集合的，那么具体是怎么遍历的呢?

答：「迭代遍历」!

解释一下迭代的概念：在取元素之前先判断集合中有没有元素，如果有，就把这个元素取出来，再继续判断，如果还有就再继续取出来。一直到把集合中的所有元素全部取出。这种取出方式就称为迭代。因此Iterator  对象也被称为「迭代器」。

也就是说，想要遍历 Collection 集合，那么就要获取该集合对应的迭代器。如何获取呢?其实上文已经出现过了，Collection 实现的  Iterable 中就有这样的一个方法：iterator

再来介绍一下 Iterator 接口中的常用方法：

public E next(); // 返回迭代的下一个元素。 public boolean hasNext(); // 如果仍有元素可以迭代，则返回 true

举个例子：

public static void main(String[] args) {     Collection coll = new ArrayList();      // 添加元素到集合     coll.add("A");     coll.add("B");     coll.add("C");     // 获取 coll 的迭代器     Iterator it = coll.iterator();     while(it.hasNext()){ // 判断是否有迭代元素         String s = it.next(); // 获取迭代出的元素         System.out.println(s);     } }

当然，用 for each 循环可以更加简单地表示同样的循环操作：

Collection coll = new ArrayList(); ... for(String element : coll){     System.out.println(element); }

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