Java 容器 - 概述

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本系列旨在归纳总结 Java 容器相关类的知识，并深入分析常用容器类的源代码。本文简单描述了 Java 容器相关概念。

前言

一个程序在运行过程中会根据某些条件创建多个对象，这些条件和创建对象的个数在运行之前都是未知的。为此，Java 提供了多种方式来保存对象（对象的引用）。比如数组，但是数组的大小在创建时就已固定，不适合复杂的持有对象的场景。除此之外，Java 类库中还提供了一套容器类来解决这个问题。

其中基本的类型是 List、Set、Queue 和 Map，这些对象类型也称为集合类，但由于 Java 类库中使用了 Collection 这个名词指代某一对象，所以把这些用来保存对象的类统称为“容器”。

类图

JDK 8 中 Collection 和 Map 的类图如下所示：
Collection

Map

其中单独列出的接口和类：

  • Comparator

    比较器接口，是一个函数式接口，可通过实现其方法 compare() 对容器中的元素进行排序。

  • RandomAccess

    是一个空接口，标识一个 List 是否支持快速随机访问，一个 List 支持快速随机访问时，使用 for 循环遍历比采用 Iterator 迭代器遍历更快速。实现类：ArrayList，AttributeList，CopyOnWriteArrayList，RoleList，RoleUnresolvedList，Stack，Vector。

  • Iterator 和 ListIterator

    Iterator 接口使用了迭代器设计模式来对所有的容器进行快速遍历，容器本身不需要关注存储元素的数据类型，这些确定类型和转型的工作由 Iterator 负责实现。Iterator 只支持hasNext()、next()、remove() 三种操作，而 ListIterator 是 List 容器所独有的迭代器，与 Iterator 相比，ListIterator 还包含 add()、hasPrevious()、previous()、nextIndex()、previousIndex()、set() 等方法，能够在遍历过程中修改集合、逆向顺序遍历、定位遍历索引；而 Iterator 只能遍历不能修改、只能顺向顺序遍历、不能定位索引。

  • Iterable

    允许实现此接口的对象使用 for-each loop。Iterable 接口的实现又依赖于实现了 Iterator 的内部类(参照 LinkedList 中 listIterator() 和 descendingIterator() 的 JDK 源码)。有的容器类会有多个实现 Iterator 接口的内部类，通过返回不同的迭代器实现不同的迭代方式。

  • Arrays 和 Collections

    Arrays 是关于数组的封装类，封装了对数组操作的多种方法，如 sort()、copyOf()、binarySearch()、asList() 等方法；Collections 封装了很多对于容器的操作，如 max()、min()、reverse()、sort() 等方法，生成同步容器如 Collections.synchronizedList()、Collections.synchronizedSet() 等。

Set

Set 的值是不可重复的，无序的，最多只有一个 null 值。

其子容器主要包括：

  • AbstractSet：抽象集合类，实现了 equals() 和 hashCode() 方法
  • SortedSet：有序（默认自然序）
  • NavigableSet：继承自 SortedSet
  • TreeSet：实现 NavigableSet 接口，继承 AbstractSet
  • HashSet：hash 方式存储（实际上是一个 Map 的实例）
  • LinkedHashSet：双向循环链表，不可重复，顺序与插入顺序保持一致，或者实现自定义的顺序
  • EmumSet：只能存放 Emum 枚举类型

List

List 的值是可重复的、无序的、可添加 null 值。

List 子容器主要包括：

  • ArrayList：数组实现，随机存取
  • LinkedList：双向循环链表，顺序存取
  • Vector：同步，其他与 ArrayList 相同
  • Stack：同步，继承自 Vector，“先进后出”

Queue

Queue 实现了数据结构中的队列，具有“先进先出”的特点。

主要的子容器包括：

  • AbstractQueue：抽象队列
  • PriorityQueue：继承自 AbstractQueue，数据结构中堆 Heap 的实现
  • Deque：双端队列，两端都可以插入和删除
    • 输出受限的双端队列
    • 输入受限的双端队列

Map

Map 容器是利用映射关系来存储键值对的，独立于 List、Set、Queue。键值对是一一对应的关系，一般允许键值为空，不可重复，是完全抽象类 Dictionary 的接口版本。

Map的子容器主要包括：

  • AbstractMap：实现了内部 EntrySet 接口，实现 equals()、hashCode() 方法
  • SortedMap：有序（默认自然序）
  • NavigableMap：继承自 SortMap
  • TreeMap：基于红黑树，实现 NavigableMap 接口，继承 Abstractmap
  • HashMap：非同步，允许 null
  • LinkedHashMap：非同步，允许 null，双向循环链表，顺序与插入顺序一致（类比于 LinkedHashSet ），或者实现自定义顺序。
  • HashTable：同步，不允许 null
  • EmumMap：只能存放 Emum 枚举类型
  • WeakHashMap：弱键（weak key）映射，允许释放映射所指向的对象，为解决某类特殊问题而设计。如果映射之外没有应用指向某个“键”，则该“键”可以被 GC 回收
  • IdentityHashMap：使用“==”代替 equals() 对键进行比较的散列映射，专门为解决特殊问题而设计
  • ConcurrentHashMap：线程安全的 Map，属于 java.util.concurrent 并发包中

参考：https://blog.csdn.net/WZD2012/article/details/73245493?utm_source=blogxgwz5