java 容器

如上图：java完整容器的结构图

个人觉得java的容器结构是比较复杂的，想弄懂Java的容器，那么这个图会有很大的帮助！

图中短虚线部分为接口，长虚线部分为抽象类，实线部分为实现类，其中实线加粗为常用类。

Java SE5以后的版本新增了一些容器，主要是针对于多线程机制的

值得注意的是Java SE5之后新增了Queue接口继承于Collection，以及实现PriorityQueue和各种风格的BlockingQueue。

做为容器家族的长老级人物，个人觉得研究一下Collection还是有必要的，下面是Collection中的方法摘要，其中包括继承自Object的方法（注：Collection并没有显示的继承于Object，而继承于Iterable，同时Iterable也非继承于Object，网上有说自动继承于Object，同时给出了 权威的出处，一时间找不到了）

方法摘要
 boolean add(E e)
          确保此 collection 包含指定的元素（可选操作）。
 boolean addAll(Collection<? extends E> c)
          将指定 collection 中的所有元素都添加到此 collection 中（可选操作）。
 void clear()
          移除此 collection 中的所有元素（可选操作）。
 boolean contains(Object o)
          如果此 collection 包含指定的元素，则返回 true。
 boolean containsAll(Collection<?> c)
          如果此 collection 包含指定 collection 中的所有元素，则返回 true。
 boolean equals(Object o)
          比较此 collection 与指定对象是否相等。
 int hashCode()
          返回此 collection 的哈希码值。
 boolean isEmpty()
          如果此 collection 不包含元素，则返回 true。
 Iterator<E> iterator()
          返回在此 collection 的元素上进行迭代的迭代器。
 boolean remove(Object o)
          从此 collection 中移除指定元素的单个实例，如果存在的话（可选操作）。
 boolean removeAll(Collection<?> c)
          移除此 collection 中那些也包含在指定 collection 中的所有元素（可选操作）。
 boolean retainAll(Collection<?> c)
          仅保留此 collection 中那些也包含在指定 collection 的元素（可选操作）。
 int size()
          返回此 collection 中的元素数。
 Object[] toArray()
          返回包含此 collection 中所有元素的数组。
<T> T[] toArray(T[] a)
          返回包含此 collection 中所有元素的数组；返回数组的运行时类型与指定数组的运行时类型相同。  
      值得注意的是，其实不包括访问元素的get()方法，主要是因为Collection包括Set，而Set是自己维护内部顺序的（这使得随机访问是没有意义的）。因此，如果想检查Collection中的元素，那就必须使用迭代器。

      提到迭代器让我想起了一个问题，如上文的addAll方法，继承于Collection的容器可以将另一种继承于Collection的容器向上转型，然后通过迭代器来遍历，添加到该容器，这是一种适配器的设计模式。这样就方便了不同Collection子集的数据传递。

     看看这个标题又想起一个问题，面试的时候经常为问到Collection与Collections的区别，大三来IBM实习的时候就被问到了，其实很简单，Collection我就不说了，Collections就类似于Arrays，是容器的一个工具类。

Map是Java容器的又一长老，映射表（也称为关联数组），基本思想是维护一对键-值对，通过键来查找值。

标准Java类库中包含Map的几种基本实现，包括：HashMap,TreeMap,LinkedHashMap,WeakHashMap,ConcurrentHashMap,IdentityHashMap，他们之间各自有一个自己的特性。

1. HashMap：HashMap采用特殊的形式进行存储，这种形式被称为散列码，通过HashMap的实现可以看出，HashMap保存了一个数组，在插入数据的时候，同一个Key可以有一个固定的HashCode，通过这个HashCode将<K,V>这样的键值对映射到数组对应的位置，当然在采用这种散列码映射的时候难免会产生冲突，所以数组的每一个位置相当于指向了一个链表，当多个Key映射到同一个hashCode的时候，就要通过equals和==来比较key，所以这样在查找时的效率是相当快的。可以通过构造器设置容量和负载因子，以调整容器的性能。从迭代方法上来说，HashMap有两种迭代方式，一种是根据HashMap内部的HashIterator进行迭代，也就是对HashMap.Entry进行迭代；而另一种方法HashMap提供了一个KeySet功能，让使用者可以通过遍历Key来进行迭代。
2. LinkedHashMap：类似于HashMap，但是迭代便利他时，取得“键值对”的顺序是插入次序，或者是最近最少使用（LRU）次序。只比HashMap慢一点；而在迭代访问时HashMap相当于是对数组的遍历，而LinkedHashMap是对一个链表的遍历，因为它使用链表来维护内部次序。从内部结构来说LinkedHashMap继承于HashMap又重新实现了自己的Entry和Iterator，这样就具有了上面的功能。
3. TreeMap：基于AVL Tree（也叫平衡树或者红黑树）的实现。查看“键”或“键值对”时，他们会被排序（次序由Comparable或Comparator决定）。TreeMap的特点在于，所得到的结果是经过排序的。TreeMap是唯一的带有subMap（）方法的Map，它可以返回一个子树。
4. WeakHashMap, 弱键(weak key)映射，允许释放映射所指的对象；这是为解决某类特殊问题而设计的。如果映射之外没有引用指向某个“键”，则此“键”可被垃圾回收器回收。
5. ConcurrentHashMap，一种线程安全的Map，他不涉及同步加锁。
6. IdentityHashMap，使用==代替equals对“键”进行比较的散列映射。

Set，大概看了一些Set的实现类，如HashSet，TreeSet，发现Set其实是基于Map来搭建的，如果你了解了Map的结构那你就知道Set是怎么回事儿了，看了jdk的源码就会知道，原来所谓的Set都是由Map构成的，只不过Map是通过<Key,Value>的形式存储，而Set中的Value都指向同一个对象，jdk中给他起名叫PRESENT（替代者），这样就不会造成太大的空间浪费了。

HashSet的实现

public class HashSet<E>
    extends AbstractSet<E>
    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
    static final long serialVersionUID = -5024744406713321676L;

    private transient HashMap<E,Object> map; //内部结构的维护使用的HashMap

    // Dummy value to associate with an Object in the backing Map
    private static final Object PRESENT = new Object();

    /**
     * Constructs a new, empty set; the backing <tt>HashMap</tt> instance has
     * default initial capacity (16) and load factor (0.75).
     */
    public HashSet() {
    map = new HashMap<E,Object>();
    }……

而LinkedHashSet继承自HashSet，

再看一下TreeSet

public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E>
    implements NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
    /**
     * The backing map.
     */
    private transient NavigableMap<E,Object> m;

    // Dummy value to associate with an Object in the backing Map
    private static final Object PRESENT = new Object();

    /**
     * Constructs a set backed by the specified navigable map.
     */
    TreeSet(NavigableMap<E,Object> m) {
        this.m = m;
    }

List和存储顺序

从List接口展开的实现类有ArrayList，LinkedList，Vector和Stack，其中Vector和Stack被称为遗留类，是用于支持遗留代码，向前兼容，你不应该再去使用这样的东西，但Vector在处理并发的时候加了同步，而ArrayList没有这个功能，以前因为同步的问题总觉得ArrayList并不能完全的替代Vector，但后来才知道Jdk早就提供了一个CopyOnWriteArrayList，专门用于处理并发，所以Vector确实不应该再用了。

关于ArrayList:ArrayList底层是由数组来实现的，默认会初始化一个初度为10的Object数组，随着数据的增加，创建一个新的数组然后将就数据拷贝过来，长度变换规律如下：

public void ensureCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;
    int oldCapacity = elementData.length;
    if (minCapacity > oldCapacity) {
        int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;
        if (newCapacity < minCapacity)
            newCapacity = minCapacity; // minCapacity is usually close to size, so this is a win: elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
        }
    }
}

新的容量=（旧容量×3）/2+1；有兴趣也可以看一下Vector的实现。

关于LinkedList:LisnedList底层采用双向链表的链式结构，学过数据结构的都知道，这样的链式结构相对于ArrayList来说优点是插入删除快，缺点是搜索相对较慢。