一文快速了解Java集合框架

1. 简介

JDK1.2 引入了 Java 集合框架，包含一组数据结构。与数组不同，这些数据结构的存储空间会随着元素添加动态增加。其中，一些支持添加重复元素另一些不支持，一些支持 null，一些能自动升序打印元素。

所有这些数据结构在 java.util 包里，包含了 Collection、List、Set、Map、SortedMap 接口。这些接口的实现类有 LinkedList、TreeSet、ArrayList、HashMap 等。除了这些数据结构，java.util 包还提供了 Date、GregorianCalender、StringTokenizer、Random 这样的工具类。

2. 分类

可以按照接口、实现、算法三个方面对集合框架中的数据结构进行分类：

接口：Collection、List、Map 组成了集合框架中所有具体实现类的接口，它们定义了子类必须实现的方法，非常好记。比如向集合添加元素，会用到 Collection 中定义的 add() 方法

实现：所有实现了上述3个接口的类，都被称作集合框架，实际上就是数据结构。比如 LinkedList、TreeSet 等

算法：集合框架提供了很多可以直接调用的算法，比如求最大最小值、排序、填充等

3. 优缺点

有以下4个优点

减少工作量的同时增加了软件的可用性：不需要每个程序员动手实现排序、查找、找出元素在数据结构中出现的次数

执行速度更快更持久：集合框架的底层数据结构分为两类，基于节点的和基于数组的，前者在频繁添加时效率更高，后者在频繁读取时速度更快。一些数据结构是 synchronized 线程安全的，但会影响速度有，另一些则不是线程安全的。程序员在选用数据结构前要清楚地了解这些因素

互操作与转换：由于实现了 Collection 接口，数据结构之间是可以相互转换的。可以 clone，可以把现有的结构转成 synchronized 版本，还可以在把基于链表的数据结构转为基于数组的结构

有以下2个缺点

当心类型转换：在集合框架类之间进行转换时要大大地小心，尤其要考虑泛型类型的兼容性

运行时类型检查：集合框架在运行时会抛出异常，需要编程时多加注意

4. 继承体系

java.util 中的数据结构继承体系分为两大类，一类实现了 Collection 接口，一类实现了 Map 接口。

集合框架核心接口及实现类：

Collection：根接口，大部分数据结构都实现了 Collection 接口中的方法

Set：实现 Set 接口的数据结构不允许重复的元素，例如 HashSet、LinkedHashSet

SortedSet：实现 SortedSet 接口的数据结构默认可按升序打印元素，例如 TreeSet

List：实现 List 接口的数据结构允许重复元素，可通过 index 访问元素，例如 LinkedList、ArrayList、Vector

Map：实现 Map 接口的数据结构存储键值对，不允许重复的 key，例如 HashMap、LinkedHashMap、Hashtable

SortedMap：继承了 Map 接口，存储键值对，不允许重复的 key，默认可按 key 升序打印元素，例如 TreeMap

SortedSet 与 SortedMap 默认的排序是自然序，可通过 Comparator 或 Comparable 接口实现自定义排序。

在接口与具体的实现类之间还有一些抽象类，如下图：

这些抽象类为集合增加了很多功能：

HashSet：实现 Set 接口，不允许重复的元素，底层数据结构 hash table

LinkedHashSet：实现 Set 接口，不允许重复的元素，底层数据结构 hash table 与双链表

TreeSet：实现 NavigableSet 接口，不允许重复的元素，底层数据结构红黑树

ArrayList：实现 List 接口，允许重复元素，底层数据结构可变数组

LinkedList：实现 List 接口，允许重复元素，底层数据结构双链表

Vector：实现 List 接口，允许重复元素，底层数据结构可变数组

HashMap：实现 Map 接口，不允许重复的 key，底层数据结构 hash table

LinkedHashMap：实现 Map 接口，不允许重复的 key，底层数据结构 hash table 与双链表

HashTable：实现 Map 接口，不允许重复的 key，底层数据结构 hash table

TreeMap：实现 SortedMap 接口，不允许重复的 key，底层数据结构红黑树