前言

前面我们保存大量数据时，首先会想到数组。但数组长度是固定的，如果保存数量不确定的数据时就存在问题了。本文将带大家了解Java集合框架的体系结构，掌握List、Set、Map接口的区别，重点掌握ArrayList、LinkedList、HashSet、HashMap这几个集合的用法、数据结构和实现原理。

集合框架体系

接口特点：

Collection接口定义了集合的通用方法，如：添加、删除、集合个数List接口可以排序、可以添加重复的数据Set接口不能单独访问，数据不能重复Map接口键值对，通过键访问

Collection接口的主要方法：

List接口

可以通过下标操作，可以添加重复数据，可以排序主要方法：

ArrayList类

ArrayList类是List接口的实现类，是开发时使用非常多的一种集合。ArrayList的数据结构是：一维数组

ArrayList的优缺点：

优点：访问速度快，存储空间是连续的，通过下标直接定位缺点：删除和插入性能差，需要向前或向后移动大量数据

创建方法：

ArrayList arrayList = new ArrayList();

或

ArrayList arrayList = new ArrayList(默认容量);

添加数据：

add(Object 数据)				添加数据到末尾，参数是Object类型，可以添加任何类型的数据。add(int 下标,Object 数据)	在特定位置添加数据addAll(Collection 集合）		添加一个集合中所有数据

修改数据：

set(int 下标,Object 数据)		修改特定位置上数据

访问数据：

get(下标）				返回某个下标上的数据

数据个数：

int size()				数据个数

删除数据：

remove(int 下标)			删除特定位置上的数据clear()					删除所有数据

遍历集合：foreach循环

for(Object obj : list){	System.out.println("集合中的数据："+obj);}

普通for循环

int size = list.size();for(int i = 0;i < size;i++){	Object obj = list.get(i);	System.out.println("集合中的数据："+obj);}

ArrayList源码解析：

问题1：如何保存数据？Object类型的一维数组

transient Object[] elementData;

问题2：数组初始长度是多少？10

private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

问题3：ArrayList是如何动态扩容的？

如果数据的个数超过原来的容量，就将容量扩展为原来的1.5倍，然后复制数据到新数组中。

private void grow(int minCapacity) {     // overflow-conscious code     int oldCapacity = elementData.length;     int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //扩容1.5倍     if (newCapacity - minCapacity < 0)         newCapacity = minCapacity;     if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)         newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);     // minCapacity is usually close to size, so this is a win:     elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); //复制数据到新数组中}

Vector集合与ArrayList相似：

数据结构都是一维数组方法完全相同

不同点：

ArrayList是非线程安全，Vector是线程安全ArrayList性能更高泛型集合

下面代码可能出现什么问题?

List list = new ArrayList();list.add(100);list.add("123");int n = (int)list.get(1); //存在类型转换的错误String s = (String)list.get(0); //存在类型转换的错误

非泛型的集合，添加数据的类型没有限制，在取出数据进行类型转换时，存在类型不兼容的问题。

使用泛型集合，就能解决这个问题。

创建方法：

ArrayList<类型> arrayList = new ArrayList<类型>();

例如：

ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<String>();ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();后面的类型可以省略ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<>(); 

优点：

只能添加一种类型的数据，不容易出错读取数据后不用类型转换，方便

ArrayList<Person> arrList = new ArrayList<Person>();arrList.add(new Person("张三",20));arrList.add(new Person("张大三",21));arrList.add(new Person("张小三",23));arrList.add(new Person("张三三",26));arrList.add(100);  //编译错误，不允许添加其他类型//读取Person对象Person person = arrList.get(3);person.hello();//删除arrList.remove(0);//遍历for(Person per : arrList){	per.hello();}

LinkedList的数据结构是：双向链表

LinkedList的优缺点：

优点：删除和插入速度快，只需要修改前后的指向，不需要移动数据缺点：访问速度慢，需要依次向前向后，效率低。

LinkedList的方法

LinkedList源码探究

//内部类，保存数据和前后指针private static class Node<E> {    E item;    Node<E> next;    Node<E> prev;    Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {        this.item = element;        this.next = next;        this.prev = prev;    }}

插入元素

//在succ节点前，插入新节点void linkBefore(E e, Node<E> succ) {    final Node<E> pred = succ.prev;  	//succ前一个节点    //创建新节点，prev指向succ前面节点，next指向succ    final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);     succ.prev = newNode;     		//succ的prev指向新节点    if (pred == null)        first = newNode;  		 		//前面没有节点，新节点就是首节点    else        pred.next = newNode;  		//否则succ前面节点的next指向新节点    size++;									//数量加1    modCount++;}

插入元素

//删除x节点E unlink(Node<E> x) {     final E element = x.item;     final Node<E> next = x.next;     final Node<E> prev = x.prev;     if (prev == null) {       //x前面节点的next指向x节点的后面节点         first = next;     } else {         prev.next = next;         x.prev = null;     }     if (next == null) {       //x后面节点的prev指向x节点的前面节点         last = prev;     } else {         next.prev = prev;         x.next = null;     }     x.item = null;     size--;     modCount++;     return element; }

Set不能添加重复的数据，里面的数据也不能单独访问

Set接口的常用实现类有：

HashSet 无序的SetTreeSet 会自动排序的SetLinkedHashSet 可以保留添加顺序的SetHashSet

无序，以哈希算法计算保存位置添加到集合中的数据必须实现hashCode和equals方法底层实现是HashMap，数据都是存到HashMap的键中

public class HashSet<E> extends AbstractSet<E>{       private transient HashMap<E,Object> map;	private static final Object PRESENT = new Object();    public HashSet() {        map = new HashMap<>();    }    public boolean add(E e) {        return map.put(e, PRESENT)==null;    }    ...}

键值对结构存取数据，查找方便而且高效常用方法：

HashMap

以哈希表方式存取数据，是使用非常多的集合。创建方法：

HashMap<键类型,值类型> hashmap = new HashMap<>();

使用方法:

//创建HashMap保存人的对象HashMap<String,Person> map = new HashMap<String,Person>();Person person1 = new Person("张三",20);Person person2 = new Person("李四",22);Person person3 = new Person("王五",20);//添加人到集合中map.put(person1.getName(), person1);map.put(person2.getName(), person2);map.put(person3.getName(), person3);//通过键访问值map.get("张三").hello();//删除map.remove("李四");//添加重复的键,将新的值覆盖原来的值map.put("李四", new Person("李四",33));System.out.println("长度：" + map.size());//遍历所有的键for(String key : map.keySet()){	System.out.println("键： " + key);}//遍历所有的值for(Person per : map.values()){	per.hello();}//遍历所有的键和值for(String key : map.keySet()){	System.out.println("键： " + key);	map.get(key).hello();}

HashMap的特点

如果添加了重复的键，后面添加的值会替换前面的值。数据是用哈希算法计算存储位置，不是添加顺序添加的键必须实现hashCode和equals方法

HashMap的数据结构一维数组 + 单向链表 + 红黑树

HashMap保存数据的过程

添加键值对数据时，首先会调用键的hashCode方法，计算出数组下标如果该下标上的数据为空，就直接存入数据如果该下标上存在数据，就调用键的equals和该位置上的键进行比较如果equals返回true，就用新的数据将旧的数据覆盖掉如果equals返回false，将新的数据放在旧的数据后面，就形成链表当链表的长度超过8，自动转换为红黑树（java8的优化）

HashMap源码解析

//添加数据final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,                   boolean evict) {  Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;  if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)      n = (tab = resize()).length;                  // 获得数组长度  if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)     //hashCode对数组长度-1取模获得下标i      tab[i] = newNode(hash, key, value, null);   //该位置为空就直接添加数据  else {      Node<K,V> e; K k;      if (p.hash == hash &&          ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))  //不为空就调用equals比较键          e = p;																				 //键相同就赋值给e，后面直接覆盖value      else if (p instanceof TreeNode)          e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);      else {          for (int binCount = 0; ; ++binCount) {              if ((e = p.next) == null) {                  p.next = newNode(hash, key, value, null);  //键不相同就放到后面，形成链表                  if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st                          treeifyBin(tab, hash);	   //链表长度超过8，转换为红黑树                  break;              }              if (e.hash == hash &&                  ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))                  break;              p = e;          }      }      if (e != null) { // existing mapping for key          V oldValue = e.value;          if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)              e.value = value;        //覆盖旧的value          afterNodeAccess(e);          return oldValue;      }  }  ++modCount;  if (++size > threshold)      resize();  afterNodeInsertion(evict);  return null;}

Hashtable和HashMap的用法和结构相同区别：

HashMap非线程安全，Hashtable是线程安全的HashMap可以添加null的键和值，Hashtable不能添加null键和值TreeMap

特点：添加数据后，会自动对键进行排序数据结构：红黑树

使用时需要注意：

键必须实现Comparable接口键如果和已存在的键相等，TreeMap就放弃添加LinkedHashMap

继承于HashMap，通过额外的链表保留键的添加顺序。

如何选择集合

在开发过程中，需要根据实际业务场景，结合集合的特点选择集合

可以排序，可以添加重复数据，可以随机访问 ----- List对数据访问要求高 ----- ArrayList对插入和删除要求高 ----- LinkedList不能添加重复的数据，不需要随机访问 ------ Set没有顺序 ----- HashSet可以进行排序 ----- TreeSet保留添加顺序 ----- LinkedHashSet可以进行快速查找 ，以键值对保存------ Map键没有顺序 ----- HashMap键可以排序 ----- TreeMap键保留添加顺序 ----- LinkedHashMap