Java 集合框架（常用数据结构）

早在Java 2中之前，Java就提供了特设类。比如：向量（Vector）、栈（Stack）、字典（Dictionary）、哈希表（Hashtable）这些类（数据结构）用来存储和操作对象组。虽然这些类都非常有用，但是它们缺少一个核心的，统一的主题。集合框架是为表示和操作集合而规定的一种统一的标准的体系结构。除了集合，该框架（framework）也定义了几个Map接口和类。Map里存储的是键/值对。尽管Map不是collections，但是它们完全整合在集合中。

所有的集合框架都包含如下内容：

• 接口：是代表集合的抽象数据类型。接口允许集合独立操纵其代表的细节。在面向对象的语言，接口通常形成一个层次。
• 实现（类）：是集合接口的具体实现。从本质上讲，它们是可重复使用的数据结构。
• 算法：是实现集合接口的对象里的方法执行的一些有用的计算，例如：搜索和排序。这些算法被称为多态，那是因为相同的方法可以在相似的接口上有着不同的实现。

集合框架的类和接口均在java.util包中。

下图是简化的集合框架关系图：

集合接口

整个集合框架就围绕一组标准接口而设计。你可以直接使用这些接口的标准实现，诸如： LinkedList， HashSet， 和 TreeSet等，除此之外你也可以通过这些接口实现自己的集合。具体接口及其概述如下：

名称	概述
Collection	Collection 是最基本的集合接口，一个 Collection 代表一组 Object，Java不提供直接继承自Collection的类，只提供继承于的子接口(如List和set)。
List	List接口是一个有序的Collection，使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置，能够通过索引(元素在List中位置，类似于数组的小标)来访问List中的元素，而且允许有相同的元素。
Set	Set 具有与 Collection 完全一样的接口，只是行为上不同，Set 不保存重复的元素。
SortedSet	继承于Set保存有序的集合。
Map	将唯一的键映射到值。
Map.Entry	描述在一个Map中的一个元素（键/值对）。是一个Map的内部类。
SortedMap	继承于Map，使Key保持在升序排列。
Enumeration	这是一个传统的接口和定义的方法，通过它可以枚举（一次获得一个）对象集合中的元素。这个传统接口已被迭代器取代。

更多参见：在线文档-jdk-zh。

集合实现类

集合类型	描述
ArrayList	一种可以动态增长和缩减的索引序列
LinkedList	一种可以在任何位置进行高效地插入和删除操作的有序序列
ArrayDeque	一种用循环数组实现的双端队列
HashSet	一种没有重复元素的无序集合
TreeSet	一种有序集
EnumSet	一种包含枚举类型值的集
LinkedHashSet	一种可以记住元素插入次序的集
PriorityQueue	一种允许高效删除最小元素的集合
HashMap	一种储存键/值关联的数据结构
TreeMap	一种键值有序排列的映射表
EnumMap	一种键值属于枚举类型的映射表
WeakHashMap	一种其值诶用武之地后可以被垃圾回收器回收的映射表
LinkedHashMap	一种可以记住键/值项添加次序的映射表
IdentityHashMap	一种用==，而不是用equals比较键值的映射表

另外还有一组名字以Abstract开头的类，例如，AbstractQueue，这些类是为类库实现者而设计的，用来实现自己的数据结构。

常用数据结构

• 向量（Vector）

Vector类实现了一个动态数组。和ArrayList和相似，但是Vector是同步访问的（同步操作会耗费大量时间，建议在不需要同步时使用ArrayList），而且Vector包含了许多传统的方法，这些方法不属于集合框架。Vector主要用在事先不知道数组的大小，或者只是需要一个可以改变大小的数组的情况。需要注意的是向量中的数据被转化为Object对象，取出元素使用时要强制转化为原来的类型。

Vector类支持4种构造方法:

Vector();  //默认大小为10

Vector(int size);   //创建指定大小的向量

Vector(int size,int incr);  //指定大小和增量，增量表示向量每次增加的元素数目

Vector(Collection c);   //创建一个包含集合c元素的向量

常用方法：

| 方法 | 描述 |
|------|------|
|  boolean	add(E e) | 将指定元素添加到此向量的末尾。 |
| void	add(int index, E element) | 在此向量的指定位置插入指定的元素。  |
|  E	remove(int index) |移除此向量中指定位置的元素。 | 
| boolean	remove(Object o) | 移除此向量中指定元素的第一个匹配项，不包含则元素保持不变。 |
|  E	set(int index, E element)  | 用指定的元素替换此向量中指定位置处的元素。 |
| void	setElementAt(E obj, int index) | 将此向量指定 index 处的组件设置为指定的对象。 |
|  E get(int index) | 返回向量中指定位置的元素。 |
| int	indexOf(Object o) | 返回此向量中第一次出现的指定元素的索引，不包含则返回 -1。 |
|  boolean	isEmpty() | 测试此向量是否不包含组件。 |
| void	clear() | 从此向量中移除所有元素。 |
| int	capacity() | 返回此向量的当前容量。 |
| boolean	contains(Object o) | 如果此向量包含指定的元素，则返回 true。 |
| void	setSize(int newSize) | 设置此向量的大小。 |
|  void	trimToSize()  | 对此向量的容量进行微调，使其等于向量的当前大小。 |
>
>Vector还定义了很多其他方法，具体可以看：[Java Vector 类](http://www.runoob.com/java/java-vector-class.html)。

• 哈希表（Hashtable）

Hashtable（确实是小写的t）是原始的java.util的一部分， 是一个Dictionary具体的实现 。然而，Java 2 重构的Hashtable实现了Map接口，因此，Hashtable现在集成到了集合框架中。它和HashMap类很相似，但是它支持同步（同样建议不需要同步时使用HashMap）。像HashMap一样，Hashtable在哈希表中存储键/值对。当使用一个哈希表，要指定用作键的对象，以及要链接到该键的值。然后，该键经过哈希处理，所得到的散列码被用作存储在该表中值的索引。

Hashtable定义了四个构造方法:

Hashtable();   //默认的初始容量 (11) 和加载因子 (0.75)

Hashtable(int initialCapacity);    //指定初始容量和默认的加载因子 (0.75)

Hashtable(int initialCapacity, float loadFactor);    //

Hashtable(Map m);  //以M中元素为初始化元素，哈希表的容量为M的两倍。

如果散列表的装载因子是0.75，那么当散列表的容量被使用了75%时，就会自动将容量增加到原始容量的2倍。通常，默认加载因子（0.75）在时间和空间成本上寻求一种折中，装载因子过高虽然减少了空间开销，但同时也增加了查找某个条目的时间。

常用方法：

| 方法 | 描述 |
|-----|------|
|  V put(K key, V value) | 将指定 key 映射到此哈希表中的指定 value。 |
|  V remove(Object key) | 从哈希表中移除该键及其相应的值。|
| V	get(Object key) | 返回指定键所映射到的值，不包含则返回 null。 |
| void	clear() | 将此哈希表清空，使其不包含任何键。 |
|  boolean	containsValue(Object value) | 如果此 Hashtable 将一个或多个键映射到此值，则返回 true。 |
|  boolean	isEmpty() | 测试此哈希表是否没有键映射到值。 |
| int size() | 返回此哈希表中的键的数量。 |
| void	rehash() | 增加此哈希表的容量并在内部对其进行重组，以便更有效地容纳和访问其元素。 |
>
>Hashtable中还定义了一些其他方法，具体可以看：[Java HashTable 接口](http://www.runoob.com/java/java-hashTable-class.html)。

• 栈（Stack）

栈是Vector的一个子类，它实现了一个标准的后进先出的栈。堆栈只定义了默认构造函数，用来创建一个空栈。 堆栈除了包括由Vector定义的所有方法，也定义了自己的一些方法，如下：

| 方法 | 描述 |
|------|------|
| boolean empty() | 测试堆栈是否为空。 |
| Object peek( ) | 查看堆栈顶部的对象，但不从堆栈中移除它。 |
| Object pop( ) | 移除堆栈顶部的对象，并作为此函数的值返回该对。 |
| Object push(Object element) | 把项压入堆栈顶部。 | 
| int search(Object element) | 返回对象在堆栈中的位置，以 1 为基数。 |
>但是Deque **接口**及其实现提供了 LIFO 堆栈操作的更完整和更一致的 set，应该优先使用此 set，而非此类。
>
>注：Java 中 Queue 是接口， Deque 是其子接口，LinkedList 和 PriorityQueue 是其实现类，而 ArrayDeque 是 Deque 接口的实现类。具体方法可以查看：[JDK 1.6 在线中文手册](http://www.runoob.com/manual/jdk1.6/)。

• 链表（LinkedList）

LinkedList是一个双端链表，存放在结点中的数据都被看作是一个Object对象。由于任何类都是Object类的间接子类，因此，可以把任何一个对象作为链表结点中的数据。需要注意的是get()方法返回的类型是Object，要类型转换回原来的类型。
构造方法：

LinkedList();   //构造一个空列表

LinkedList(Collection<? extends E> c); //包含指定 collection 中的元素

常用方法：

| 方法 | 描述 |
|------|-----|
| boolean add(E e) | 将指定元素添加到此列表的**结尾**。 |
| void add(int index, E element) | 在此列表中指定的位置插入指定的元素。 |
| E remove(int index) | 移除此列表中指定位置处的元素。 |
|  E remove() | 获取并移除此列表的头（第一个元素）。 |
| boolean remove(Object o) | 移除首次出现的指定元素，不包含则不作更改。|
| E set(int index, E element) | 将此列表中指定位置的元素替换为指定的元素。 |
|  E get(int index) | 返回此列表中指定位置处的元素。**效率低**，并非随机访问。 |
| int indexOf(Object o) | 返回此列表中首次出现的指定元素的索引，不存在则返回-1. |
| boolean contains(Object o) | 至少包含一个指定元素，则返回 true。 |
| int size() | 返回此列表的元素数。 |
| void clear() | 从此列表中移除所有元素。 |
| Object clone() | 返回此 LinkedList 的浅表副本。（这些元素本身没有复制。） |
| Object[] toArray() | 此方法返回一个新数组，调用者可以随意修改。 |
>LinkedList也实现了Deque接口，List接口和Queue接口，存在方法支持其用作堆栈、队列或双端队列，这里不做展开，具体方法可以查看：[JDK 1.6 在线中文手册](http://www.runoob.com/manual/jdk1.6/)。

参考资料

• 实验楼：JDK 核心 API
• Java核心技术 卷Ⅰ基础知识 原书第8版
• 菜鸟教程：Java 集合框架、Java 数据结构
• Java2实用教程 （第三版）_ 耿祥义，张跃平