java整体集合框架

1、关于集合的两道面试题

先来看几道题目：

1、创建一个不可变的的集合：

public static void main(String[] args) {  
    Set<String> set = new HashSet<String>();  
    set.add("Java");  
    set.add("JEE");  
    set.add("Spring");  
    set.add("Hibernate");  
    set = Collections.unmodifiableSet(set);  
    set.add("Ajax"); // not allowed.
}

可以看到，创建不可变集合主要是调用了Collections的unmodifiableSet()方法，而Collections类通过装饰模式实现了对一般集合的封装。

2、去除List集合中的重复元素，且保持原有的顺序

public static void main(String args[]) {  
        List<String> list=new ArrayList();  
        list.add("A");  
        list.add("B");  
        list.add("C");  
        list.add("A");  
// List中允许元素重复
for(int i=0;i<list.size();i++)   
               System.out.print(" "+list.get(i));// A B C A
// 去除重复的元素且保持原有元素的顺序
        List list2=new testD().function(list);  
for(int i=0;i<list2.size();i++)   
               System.out.print(" "+list2.get(i));// A B C 

}  
public <e> List<e> function (List<e> list) {  
return new ArrayList<e>(new LinkedHashSet<e>(list));  
}

上面的代码代码通过把原有列表传入一个LinkedHashSet来去除重复的元素。在这个情况里，LinkedHashSet可以保持元素原来的顺序。如果这个顺序是不需要的话，那么上面的LinkedHashSet可以用HashSet来替换。

2、集合框架类图及集合对比

其实如上的两道题目并不难，只是没有对集合了解的更深。下面就来大概的看一下集合吧。集合的继承类如下所示。

如上的集合可以归纳为三大类，即List、Set和Map。同时还有一些辅助的工具类，像Collections、Arrays等方便了集合的操作，各个集合的比较情况如下图。

其实对于集合的操作，无外乎就是

1. 增加：向一个集合中添加一个元素、将一个集合中的所有元素插入到当前集合中
2. 删除：删除指定的一个元素、删除集合中所有的元素
3. 修改：修改指定的一个元素
4. 查找：查当前集合的大小、查找两个集合中的共同元素等
5. 其它：如将一个集合中的元素转换为数组表示形式、判断一个集合是否为空等

3、Iterable、Iterator、Collection接口

从Java集合框架图可以看出，所有的类都直接或间接继承了Iterable接口，源代码如下：

package java.lang;  
import java.util.Iterator;  

/**
 * Implementing this interface allows an object to be the target of
 * the "foreach" statement.
 */
public interface Iterable<T> {  
    Iterator<T> iterator(); // 返回一个在一组 T 类型的元素上进行迭代的迭代器
}

Iterable接口在java.lang包下，其中定义了一个获取Iterator的实例方法。

Iterator类的源代码如下：

public interface Iterator<E> {  
boolean hasNext();  // 是否含有下一个元素
    E next();           // 获取集合的下一个元素
void remove();      // 从集合中移除当前元素
}

Iterator模式是用于遍历集合类的标准访问方法。它可以把访问逻辑从不同类型的集合类中抽象出来，从而避免向客户端暴露出集合的内部结构。例如，如果没有使用Iterator，遍历一个数组的方法是使用索引：

for(int i=0; i<集合的大小;i++){  
// 省略操作代码
}

当访问一个链表（LinkedList）时又必须使用while循环：

while((e=e.next())!=null) {   
// 省略操作代码
}

以上两种方法遍历办法都必须事先知道集合的内部存储结构，访问代码和集合本身是紧耦合，无法将访问逻辑从集合类中分离出来，每一种集合对应一种遍历方法，客户端代码无法复用。 而且如果以后需要把ArrayList更换为LinkedList，则原来的客户端代码必须要进行重写。 为解决以上问题，Iterator模式总是用同一种逻辑来遍历集合：

for(Iterator it = c.iterater();it.hasNext(); ) {   
// ... 
}

设计的巧妙之处在于客户端自身不维护遍历集合的"指针",所有的内部状态（如当前元素位置，是否有下一个元素）都由Iterator来维护，而这个Iterator由集合类通过工厂方法生成，因此，它知道如何遍历整个集合。值得提醒的是，这个工厂方法就是我们前面提到的iterator()方法，因为所有的类都继承了Iterable接口，所以他的实现类必须要实现iterator()方法。

以后如果要访问集合时，就可以通过控制Iterator，向它发送"向前"，"向后"，"取当前元素"的命令，来间接遍历整个集合。

public class testSet {  
public static void main(String args[]) {  
// HashSet<String> ct = new HashSet<>();
// Set<String> ct=new HashSet<>();
// List<String> ct=new ArrayList<>();
        List<String> ct=new LinkedList<>();  

        ct.add("abc");  
        ct.add("def");  

for(Iterator<String> myitr = ct.iterator();myitr.hasNext();){  
            System.out.println(myitr.next());  
        }  

        Iterator<String> iter = ct.iterator();  
while (iter.hasNext()) {  
            System.out.println(iter.next());  
        }  

for (String str : ct) {  
            System.out.println(str);  
        }  
    }  
}

使用了3种方法进行集合的遍历，输出的结果都是一致的，如下：

abc
       def
       abc
       def
       abc
       def

每一种集合类返回的Iterator具体类型可能不同，Array可能返回ArrayIterator，Set可能返回SetIterator，Tree可能返回TreeIterator，但是它们都实现了Iterator接口，因此，客户端不关心到底是哪种Iterator，它只需要获得这个Iterator接口即可，这就是面向对象所带来的好处。

继续看Collection接口，源代码如下：

public interface Collection<E> extends Iterable<E> {  
// 查找操作
int size();  
    Iterator<E> iterator();  

// 判断
boolean isEmpty();  
boolean contains(Object o);  
boolean containsAll(Collection<?> c);  

// 增加操作
boolean add(E e);  
boolean addAll(Collection<? extends E> c);  

// 删除操作
boolean remove(Object o);  
boolean removeAll(Collection<?> c);// Removes all of this collection's elements that are also contained in the specified collection (optional operation).
boolean retainAll(Collection<?> c);// Retains only the elements in this collection that are contained in the specified collection (optional operation).
void clear();  

// 集合转换
    Object[] toArray();  
    <T> T[] toArray(T[] a);  

// 提供equals()和hashCode()
boolean equals(Object o);  
int hashCode();  
}

Collection接口针对集合定义了一些基本的操作，所以任何一个具体的集合实现类都有含有这些方法。但是由于抽象层次较高，所以一般一个具体的集合实现类，如ArrayList、HashMap等都不会直接继承这个接口，而是继承这个接口的一些子类来实现。所以说每个集合的具体实现类都直接或间接继承了这个接口。

有一类重要的方法还需要说明一下：

boolean add(E e);  
boolean addAll(Collection<? extends E> c);  

boolean remove(Object o);  
boolean removeAll(Collection<?> c);

拿add(E e)方法来举例，这个方法将在集合中添加一个新的元素。方法会返回一个boolean，但是返回值不是表示添加成功与否。仔细阅读doc可以看到，Collection规定：如果一个集合拒绝添加这个元素，无论任何原因，都必须抛出异常。这个返回值表示的意义是add()方法执行后，集合的内容是否改变了（就是元素有无数量，位置等变化），这是由具体类实现的。即：如果方法出错，总会抛出异常；返回值仅仅表示该方法执行后这个Collection的内容有无变化。

观察发现传入的参数有许多都是Collection<?>类型的，这就为各个集合的具体实现类实现相互的操作提供了便利。举个例子：

LinkedList<String> list=new LinkedList<>();  

list.add("xy");  
list.add("mn");  

Collection<String> ct=new HashSet<String>();  
ct.add("abc");  
ct.add("def");  
ct.addAll(list);  

Iterator<String> iter=ct.iterator();  
while(iter.hasNext()){  
    System.out.println(iter.next());  
}

将LinkedList集合中的元素添加到HashSet中，只需要调用addAll()方法即可。最后结果输出如下：
mn
abc
def
xy