JAVA面试50讲之5:Vector,ArrayList,LinkedList的区别

1. Java集合类基本概念

Java容器类类库的用途是”保存对象”,并将其划分为两个不同的概念:

1) Collection

一组”对立”的元素,通常这些元素都服从某种规则   1.1) List必须保持元素特定的顺序   1.2) Set不能有重复元素   1.3) Queue保持一个队列(先进先出)的顺序

2) Map

一组成对的”键值对”对象 Collection和Map的区别在于容器中每个位置保存的元素个数:

  • Collection 每个位置只能保存一个元素(对象)
  • Map保存的是”键值对”,就像一个小型数据库。我们可以通过”键”找到该键对应的”值”

2. Java集合类架构层次关系

1. Interface Iterable迭代器接口,这是Collection类的父接口。实现这个Iterable接口的对象允许使用foreach进行遍历,也就是说,所有的Collection集合对象都具有"foreach可遍历性"。这个Iterable接口只有一个方法: iterator()。它返回一个代表当前集合对象的泛型<T>迭代器,用于之后的遍历操作1.1 CollectionCollection是最基本的集合接口,一个Collection代表一组Object的集合,这些Object被称作Collection的元素。Collection是一个接口,用以提供规范定义,不能被实例化使用
    1) Set
    Set集合类似于一个罐子,"丢进"Set集合里的多个对象之间没有明显的顺序。Set继承自Collection接口,不能包含有重复元素(记住,这是整个Set类层次的共有属性)。
    Set判断两个对象相同不是使用"=="运算符,而是根据equals方法。也就是说,我们在加入一个新元素的时候,如果这个新元素对象和Set中已有对象进行注意equals比较都返回false,  
   则Set就会接受这个新元素对象,否则拒绝。
    因为Set的这个制约,在使用Set集合的时候,应该注意两点:1) 为Set集合里的元素的实现类实现一个有效的equals(Object)方法、2) 对Set的构造函数,传入的Collection参数不能包
  含重复的元素
        1.1) HashSet
        HashSet是Set接口的典型实现,HashSet使用HASH算法来存储集合中的元素,因此具有良好的存取和查找性能。当向HashSet集合中存入一个元素时,HashSet会调用该对象的
     hashCode()方法来得到该对象的hashCode值,然后根据该HashCode值决定该对象在HashSet中的存储位置。
        值得主要的是,HashSet集合判断两个元素相等的标准是两个对象通过equals()方法比较相等,并且两个对象的hashCode()方法的返回值相等
            1.1.1) LinkedHashSet
            LinkedHashSet集合也是根据元素的hashCode值来决定元素的存储位置,但和HashSet不同的是,它同时使用链表维护元素的次序,这样使得元素看起来是以插入的顺序保存的。
       当遍历LinkedHashSet集合里的元素时,LinkedHashSet将会按元素的添加顺序来访问集合里的元素。
            LinkedHashSet需要维护元素的插入顺序,因此性能略低于HashSet的性能,但在迭代访问Set里的全部元素时(遍历)将有很好的性能(链表很适合进行遍历)
        1.2) SortedSet    
        此接口主要用于排序操作,即实现此接口的子类都属于排序的子类
            1.2.1) TreeSet
            TreeSet是SortedSet接口的实现类,TreeSet可以确保集合元素处于排序状态
        1.3) EnumSet
        EnumSet是一个专门为枚举类设计的集合类,EnumSet中所有元素都必须是指定枚举类型的枚举值,该枚举类型在创建EnumSet时显式、或隐式地指定。EnumSet的集合元素也是有序的,
     它们以枚举值在Enum类内的定义顺序来决定集合元素的顺序
    2) List
    List集合代表一个元素有序、可重复的集合,集合中每个元素都有其对应的顺序索引。List集合允许加入重复元素,因为它可以通过索引来访问指定位置的集合元素。List集合默认按元素
   的添加顺序设置元素的索引
        2.1) ArrayList
        ArrayList是基于数组实现的List类,它封装了一个动态的增长的、允许再分配的Object[]数组。
        2.2) Vector
        Vector和ArrayList在用法上几乎完全相同,但由于Vector是一个古老的集合,所以Vector提供了一些方法名很长的方法,但随着JDK1.2以后,java提供了系统的集合框架,就将
     Vector改为实现List接口,统一归入集合框架体系中
            2.2.1) Stack
            Stack是Vector提供的一个子类,用于模拟"栈"这种数据结构(LIFO后进先出)
        2.3) LinkedList
        implements List<E>, Deque<E>。实现List接口,能对它进行队列操作,即可以根据索引来随机访问集合中的元素。同时它还实现Deque接口,即能将LinkedList当作双端队列
     使用。自然也可以被当作"栈来使用"
    3) Queue
    Queue用于模拟"队列"这种数据结构(先进先出 FIFO)。队列的头部保存着队列中存放时间最长的元素,队列的尾部保存着队列中存放时间最短的元素。新元素插入(offer)到队列的尾部,
   访问元素(poll)操作会返回队列头部的元素,队列不允许随机访问队列中的元素。结合生活中常见的排队就会很好理解这个概念
        3.1) PriorityQueue
        PriorityQueue并不是一个比较标准的队列实现,PriorityQueue保存队列元素的顺序并不是按照加入队列的顺序,而是按照队列元素的大小进行重新排序,这点从它的类名也可以
     看出来
        3.2) Deque
        Deque接口代表一个"双端队列",双端队列可以同时从两端来添加、删除元素,因此Deque的实现类既可以当成队列使用、也可以当成栈使用
            3.2.1) ArrayDeque
            是一个基于数组的双端队列,和ArrayList类似,它们的底层都采用一个动态的、可重分配的Object[]数组来存储集合元素,当集合元素超出该数组的容量时,系统会在底层重
       新分配一个Object[]数组来存储集合元素
            3.2.2) LinkedList1.2 MapMap用于保存具有"映射关系"的数据,因此Map集合里保存着两组值,一组值用于保存Map里的key,另外一组值用于保存Map里的value。key和value都可以是任何引用类型的数据。Map的key不允许重复,即同一个Map对象的任何两个key通过equals方法比较结果总是返回false。关于Map,我们要从代码复用的角度去理解,java是先实现了Map,然后通过包装了一个所有value都为null的Map就实现了Set集合Map的这些实现类和子接口中key集的存储形式和Set集合完全相同(即key不能重复)Map的这些实现类和子接口中value集的存储形式和List非常类似(即value可以重复、根据索引来查找)
    1) HashMap
    和HashSet集合不能保证元素的顺序一样,HashMap也不能保证key-value对的顺序。并且类似于HashSet判断两个key是否相等的标准也是: 两个key通过equals()方法比较返回true、
   同时两个key的hashCode值也必须相等
        1.1) LinkedHashMap
        LinkedHashMap也使用双向链表来维护key-value对的次序,该链表负责维护Map的迭代顺序,与key-value对的插入顺序一致(注意和TreeMap对所有的key-value进行排序进行区分)
    2) Hashtable
    是一个古老的Map实现类
        2.1) Properties 
        Properties对象在处理属性文件时特别方便(windows平台上的.ini文件),Properties类可以把Map对象和属性文件关联起来,从而可以把Map对象中的key-value对写入到属性文
     件中,也可以把属性文件中的"属性名-属性值"加载到Map对象中
    3) SortedMap
    正如Set接口派生出SortedSet子接口,SortedSet接口有一个TreeSet实现类一样,Map接口也派生出一个SortedMap子接口,SortedMap接口也有一个TreeMap实现类
        3.1) TreeMap
        TreeMap就是一个红黑树数据结构,每个key-value对即作为红黑树的一个节点。TreeMap存储key-value对(节点)时,需要根据key对节点进行排序。TreeMap可以保证所有的
     key-value对处于有序状态。同样,TreeMap也有两种排序方式: 自然排序、定制排序
    4) WeakHashMap
    WeakHashMap与HashMap的用法基本相似。区别在于,HashMap的key保留了对实际对象的"强引用",这意味着只要该HashMap对象不被销毁,该HashMap所引用的对象就不会被垃圾回收。
  但WeakHashMap的key只保留了对实际对象的弱引用,这意味着如果WeakHashMap对象的key所引用的对象没有被其他强引用变量所引用,则这些key所引用的对象可能被垃圾回收,当垃
  圾回收了该key所对应的实际对象之后,WeakHashMap也可能自动删除这些key所对应的key-value对
    5) IdentityHashMap
    IdentityHashMap的实现机制与HashMap基本相似,在IdentityHashMap中,当且仅当两个key严格相等(key1 == key2)时,IdentityHashMap才认为两个key相等
    6) EnumMap
    EnumMap是一个与枚举类一起使用的Map实现,EnumMap中的所有key都必须是单个枚举类的枚举值。创建EnumMap时必须显式或隐式指定它对应的枚举类。EnumMap根据key的自然顺序
  (即枚举值在枚举类中的定义顺序)

3.Vector,ArrayList,LinkedList的特点和区别

3.1.Vector简介及特点

  • 1、Vector是内部是以动态数组的形式来存储数据的。
  • 2、Vector具有数组所具有的特性、通过索引支持随机访问、所以通过随机访问Vector中的元素效率非常高、但是执行插入、删除时效率比较地下、具体原因后面有分析。
  • 3、Vector实现了AbstractList抽象类、List接口、所以其更具有了AbstractList和List的功能、前面我们知道AbstractList内部已经实现了获取Iterator和ListIterator的方法、所以Vector只需关心对数组操作的方法的实现、
  • 4、Vector实现了RandomAccess接口、此接口只有声明、没有方法体、表示Vector支持随机访问。
  • 5、Vector实现了Cloneable接口、此接口只有声明、没有方法体、表示Vector支持克隆。
  • 6、Vector实现了Serializable接口、此接口只有声明、没有方法体、表示Vector支持序列化、即可以将Vector以流的形式通过ObjectOutputStream来写入到流中。
  • 7、Vector是线程安全的。

3.2.ArrayList的特点

  • 1、容量不固定,想放多少放多少(当然有最大阈值,但一般达不到)
  • 2、有序的(元素输出顺序与输入顺序一致)
  • 3、非线程安全
  • 4、插入元素的时候可能扩容,删除元素时不会缩小容量,不使用索引的元素查找需要遍历数组,并使用equals比较。 3.2.1增加详解: 1、因为是数组实现,ArrayList的代价会大一些,而且会考虑是否需要扩容,首先在原有元素个数上加一为minCapacity,用这个值和Ooject数组大小进行比较(容量),如果这个值大,那么就需要扩容了,将数组的size*1.5+1,如果此时还是minCapacity的话,那么新容量就用minCapacity来表示,然后就是生成新的容量的数组,原来的元素赋值进去即可,如果想更改扩容策略,继承ArrayList,重写ensureCapacity方法即可。2、add(E)把新添加的元素放到数组的末尾,只需要使用常数的时间。3、add(int,E)在数组指定位置添加元素,首先确定数组这个位置是否存在和容量是否允许,然后将指定位置后面的所有元素全部向后面移动一个位置,最后才将元素插入进指定位置,使用O(n)的时间代价。 3.2.2删除详解: 删除分两种删除,删除对象和按位置删除。 1. 删除对象(空,和非空,但都需要遍历) 1.1、如果删除的对象为空(null),首先遍历数组元素是否有为空,若有,将使用fastRemove方法删除,具体做法是,将此位置后面的元素全部向前移动一位,最后的那个留空,并可以gc回收了。1.2、如果不为空,使用equals方法进行比较,找到了相应的元素后,同样进行faseRemove方法进行删除。 2.按位置删除 1.remove(int)删除指定位置的元素,这是数组的优势,大大提升了性能,仅仅只需要判断index是否越界,剩下的就是直接删除了,不需要遍历。但是该元素后的元素同样需要全部向前移动一位。 3.2.3获取单个对象: get(int),首先判断是否越界,然后就是直接返回元素了,这也是数组的优势。 3.2.4遍历: 常用的迭代器设计模式,iterator方法返回一个父类实现的迭代器。 1、迭代器的hasNext方法的作用是判断当前位置是否是数组最后一个位置,相等为false,否则为true。2、迭代器next方法用于返回当前的元素,并把指针指向下一个元素,值得注意的是,每次使用next方法的时候,都会判断创建迭代器获取的这个容器的计数器modCount是否与此时的不相等,不相等说明集合的大小被修改过,如果是会抛出ConcurrentModificationException异常,如果相等调用get方法返回元素即可。 3.2.5判断元素是否存在: 1、首先判断条件元素是否为空,是则遍历集合,有就返回true,否则false。2、不为空,则使用equals方法,需要遍历集合。关于ArrayList源码详解,可参考ArrayList 3.3.LinkedList的特点 是一个双链表,在add和remove时比ArrayList性能好,但get和set时就特别慢了。 恶补下: 双向链表,链表的一种。每个数据结点中都有两个指针,分别指向直接前驱和直接后继。因此,我们可以方便的访问他的前驱结点和后继结点。 3.3.1、链表简介: 链表是常用的一种数据结构、关于链表这里只给出简单介绍、只是基础的概念。 1、概念: 如果一个节点包含指向另一个节点的数据值,那么多个节点可以连接成一串,只通过一个变量访问整个节点序列,这样的节点序列称为链表(linked list) 2、单向链表: 如果每个节点仅包含其指向后继节点的引用,这样的链表称为单向链表。 3、双向链表: 每个链表节点,包含两个引用,一个指向前驱节点,一个指向后驱节点,也就是——双向链表。 3.3.2、LinkedList的特点: 1、LinkedList以链表的形式存储数据、对增删元素有很高的效率、查询效率较低、尤其是随机访问、效率不忍直视、 2、LinkedList继承AbstractSequentialdList(其继承与AbstractList、所以要求其子类要实现通过索引操作元素)、使得LinkedList支持使用索引的“增删改查”操作、 3、LinkedList直接实现了List接口、使其可以内部存储元素有序并且为每个元素提供索引值、 4、LinkedList直接实现了Deque接口、Deque接口继承了Queue、使其可以作为双向链表这种数据结构来使用、操作元素、 5、LinkedList直接实现了Cloneable接口、使其可以复制其中的全部元素 6、在使用ObjectOutputStream/ObjectInputStream流时、会先讲LinkedList的capacity读取/写入到流中、然后将元素一一读取/写入。 7、LinkedList非线程安全

原文发布于微信公众号 - 编码前线(gh_acef1225aadd)

原文发表时间:2018-12-27

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