通用容器类
通用容器类
Java 提供了一组丰富的通用容器类（也称为集合框架，Collections Framework），用于存储和管理一组对象。这些容器类提供了灵活的数据结构，支持各种操作如添加、删除、遍历等，并且可以根据不同的需求选择最合适的实现。
为什么我们需要容器类呢？ 从数学的角度分析，你可以使用集合的概念来理解容器。相同元素组成的，就是一个集合。在Java程序中，我们经常需要存储多个相同的对象；你可能想到，我们可以使用数组来进行存储。没错，数组确实也算是一种集合；但是数组有一些缺陷，比如，我们需要预先确定要申请的空间大小；只支持顺序查找；删除元素的时候，需要移动数组里面的其他元素。这样就导致效率比较低；或者说数组只能支持特定的一些业务场景。但是我们可能有别的场景，比如需要大量删除操作，使用数组就不方便。因为我们需要使用很多的不同种类的容器类。
Java给我们提供了一个容器类体系，让我们不需要再从头构建这些通用容器。容器类体系如下：
Collection接口
Java 的 Collection 接口是 Java 集合框架（Collections Framework）中的一个顶层接口，它定义了一组通用的操作和行为，适用于所有集合类。通过实现这个接口，各种具体的集合类可以提供一致的方法来操作它们所包含的元素。
Collection接口源码
java
public interface Collection<E> extends Iterable<E> {
int size();// 返回集合中的元素数量
boolean isEmpty(); // 判断集合是否为空
boolean contains(Object var1);// 判断集合是否包含指定元素
Iterator<E> iterator(); // 返回一个迭代器用于遍历集合中的元素
Object[] toArray(); // 将集合转换为数组
<T> T[] toArray(T[] var1); // 将集合转换为指定类型的数组
default <T> T[] toArray(IntFunction<T[]> generator) {
return this.toArray((Object[])generator.apply(0));
}
boolean add(E var1); // 集合添加元素
boolean remove(Object var1); // 集合删除某个元素
boolean containsAll(Collection<?> var1); // 集合是不是包含另一个集合全部元素
boolean addAll(Collection<? extends E> var1); // 将指定集合中的所有元素添加到当前集合
boolean removeAll(Collection<?> var1); // 移除当前集合中所有与指定集合相同的元素
default boolean removeIf(Predicate<? super E> filter) {
Objects.requireNonNull(filter);
boolean removed = false;
Iterator each = this.iterator();
while(each.hasNext()) {
if (filter.test(each.next())) {
each.remove();
removed = true;
}
}
return removed;
}
boolean retainAll(Collection<?> var1); // 仅保留当前集合中与指定集合相同的元素，移除其他元素
void clear(); // 清空集合
boolean equals(Object var1);
int hashCode();
default Spliterator<E> spliterator() {
return Spliterators.spliterator(this, 0);
}
default Stream<E> stream() {
return StreamSupport.stream(this.spliterator(), false);
}
default Stream<E> parallelStream() {
return StreamSupport.stream(this.spliterator(), true);
}
}Collection接口概述
Collection 接口概述
- 定义：Collection 是一个代表一组对象（称为元素）的容器的接口。它是所有集合类的顶级接口，但不包括映射（Map）。
- 特点：
- 提供了基本的集合操作方法，如添加、删除、遍历等。
- 不保证元素的顺序，也不保证元素是否唯一（这些特性由具体实现决定）。
- 可以包含重复元素（取决于具体实现），并且允许 null 元素（同样取决于具体实现）
List接口
List 接口是 Java 集合框架中的一个重要接口，继承自 Collection 接口。它代表了一个有序的集合（也称为序列），允许包含重复元素，并且可以通过索引访问这些元素。与 Set 不同的是，List 中可以存在多个相同的元素，并且保持插入顺序。
List接口源码
List接口继承Collection接口，源码我们只展示非Collection接口的方法。
java
public interface List<E> extends Collection<E> {
// 省略掉Collection接口方法与带有默认实现的方法
E get(int var1);
E set(int var1, E var2);
int indexOf(Object var1);
int lastIndexOf(Object var1);
ListIterator<E> listIterator();
ListIterator<E> listIterator(int var1);
List<E> subList(int var1, int var2);
}List接口继承Collection接口，所以这个接口拥有所有我们上面介绍的Collection接口的所有方法。List接口也扩展了一些额外方法；我简单在这里介绍一下：
- 索引操作
- E get(int index)：返回指定位置的元素。
- E set(int index, E element)：用指定元素替换指定位置的元素，并返回旧元素。
- void add(int index, E element)：在指定位置插入元素，后续元素会向后移动。
- E remove(int index)：移除指定位置的元素，并返回该元素；后续元素会向前移动。
- 搜索操作
- int indexOf(Object o)：返回指定元素第一次出现的位置；如果不存在，则返回 -1。
- int lastIndexOf(Object o)：返回指定元素最后一次出现的位置；如果不存在，则返回 -1。
- 子列表操作
- List subList(int fromIndex, int toIndex)：返回从 fromIndex（包括）到 toIndex（不包括）之间的子列表视图。对子列表的操作会影响到原始列表。
List接口概述
List 接口概述
- 定义：List 是一个有序集合，其中每个元素都有一个对应的索引位置。你可以通过索引来访问、插入或删除元素。
- 特点：
- 有序性：List 维护元素的插入顺序，即元素的迭代顺序与它们被添加到列表中的顺序相同。
- 可重复性：允许存储重复的元素。
- 随机访问：支持通过索引快速访问元素，这使得查找特定位置的元素非常高效。
Set接口
Set 接口是 Java 集合框架中的一个重要接口，继承自 Collection 接口。它代表了一个不允许重复元素的集合，即每个元素在 Set 中都是唯一的。与 List 不同的是，Set 不保证元素的顺序（除非是某些特定实现如 LinkedHashSet 或 TreeSet）。
Set接口源码
排除掉Collection已有的方法，因为Set继承自Collection方法，我们就不展示Collection方法
java
public interface Set<E> extends Collection<E> {
// 省略掉Collection已有的方法 和带有默认实现的方法
}我们会发现，Set接口除了多了一些带有默认实现的方法，其他方法与Collection接口方法保持一致。
Set接口概述
Set 接口概述
- 定义：Set 是一个不包含重复元素的集合。根据具体实现的不同，它可以维护或不维护元素的插入顺序，并且可以对元素进行排序。
- 特点：
- 唯一性：确保集合中没有重复元素（基于元素的 equals() 方法和 hashCode() 方法来判断相等性）。
- 无序性：大多数 Set 实现（如 HashSet）不保证元素的迭代顺序；但是，某些实现（如 LinkedHashSet 和 TreeSet）会保持特定的顺序。
Queue接口
Queue 接口是 Java 集合框架中的一个接口，它扩展了 Collection 接口，并提供了额外的方法来插入、移除和检查元素。与 List 和 Set 不同的是，Queue 主要用于处理先进先出（FIFO, First-In-First-Out）的数据结构，但也支持其他类型的队列如优先级队列。
Queue源码
java
public interface Queue<E> extends Collection<E> {
boolean add(E var1);
boolean offer(E var1);
E remove();
E poll();
E element();
E peek();
}- 插入操作
- boolean add(E e)：将指定元素插入队列的尾部；如果队列已满，则抛出 IllegalStateException。
- boolean offer(E e)：将指定元素插入队列的尾部；如果插入失败（例如队列已满），则返回 false。
- 移除操作
- E remove()：移除并返回队列头部的元素；如果队列为空，则抛出 NoSuchElementException。
- E poll()：移除并返回队列头部的元素；如果队列为空，则返回 null。
- 检查操作
- E element()：返回但不移除队列头部的元素；如果队列为空，则抛出 NoSuchElementException。
- E peek()：返回但不移除队列头部的元素；如果队列为空，则返回 null。
Queue概述
Queue 接口概述
- 定义：Queue 是一个集合，通常用于存储将要被处理的元素，按照某种顺序（通常是 FIFO）进行处理。
- 特点：
- 插入操作：一般在队列的尾部添加元素。
- 移除操作：一般从队列的头部移除元素。
- 检查操作：可以查看但不移除队列头部的元素。
- 特殊实现：除了经典的 FIFO 行为外，Queue 还可以实现更复杂的队列类型，如优先级队列或双端队列（Deque）
Map接口
Map 接口是 Java 集合框架中的一个重要接口，它表示键值对（key-value pairs）的集合。与 Collection 接口不同的是，Map 不存储单个元素，而是存储键和值之间的映射关系。每个键最多只能映射到一个值，并且键是唯一的（即不允许重复）。
Map接口源码
java
public interface Map<K, V> {
int size();
boolean isEmpty();
boolean containsKey(Object key);
boolean containsValue(Object value);
V get(Object key);
V put(K key, V value);
V remove(Object key);
void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m);
Set<K> keySet();
Collection<V> values();
Set<Map.Entry<K, V>> entrySet();
}- 基本操作
- V put(K key, V value)：将指定的键值对放入 Map 中。如果键已经存在，则替换旧值并返回旧值；如果键不存在，则添加新键值对并返回 null。
- V get(Object key)：返回指定键所映射的值；如果键不存在，则返回 null。
- V remove(Object key)：移除指定键及其对应的值，并返回被移除的值；如果键不存在，则返回 null。
- boolean containsKey(Object key)：判断 Map 是否包含指定键。
- boolean containsValue(Object value)：判断 Map 是否包含指定值。
- 批量操作
- void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m)：将指定 Map 中的所有键值对复制到当前 Map 中。
- void clear()：移除 Map 中的所有键值对。
- 查找操作
- Set keySet()：返回 Map 中所有键的集合视图。
- Collection values()：返回 Map 中所有值的集合视图。
- Set<Map.Entry<K, V>> entrySet()：返回 Map 中所有键值对的集合视图，其中每个元素都是一个 Map.Entry 对象，提供了对键和值的操作。
- 其他操作
- boolean isEmpty()：判断 Map 是否为空。
- int size()：返回 Map 中键值对的数量。
总结
在 Java 中，Collection 接口表示一组数据集合，提供了基本的增、删、查和遍历等操作方法。然而，Collection 并未定义元素之间的顺序或位置，也不规定是否允许重复元素。
List 是 Collection 的一个子接口，用于表示具有顺序或位置的数据集合。它扩展了 Collection 接口，增加了根据索引位置进行操作的方法。List 有两个主要的实现类：ArrayList 和 LinkedList。ArrayList 基于数组实现，因此随机访问效率较高，但在中间插入或删除元素时需要移动其他元素，导致效率较低。相比之下，LinkedList 基于链表实现，随机访问效率较低，但插入和删除元素只需调整相邻节点的链接，效率更高。
Set 也是 Collection 的一个子接口，但它不允许包含重复元素。Set 没有增加新的方法，而是通过约束来确保集合中的唯一性。Set 的两个主要实现类是 HashSet 和 TreeSet。HashSet 基于哈希表实现，要求元素重写 hashCode 方法以提高查找效率，但不保证元素的顺序。TreeSet 基于排序二叉树实现，元素按自然顺序排列，或者在创建 TreeSet 时提供一个 Comparator 对象来自定义排序规则。此外，LinkedHashSet 是 HashSet 的一个子类，它不仅保证元素的唯一性，还按照插入顺序维护元素。另一个针对枚举类型的实现类是 EnumSet，它基于位向量实现，提供了极高的效率。
Queue 是 Collection 的一个子接口，用于表示先进先出（FIFO）的数据集合。元素可以在队列尾部添加，并从头部查看或删除。Deque 是 Queue 的一个子接口，提供了更为通用的双端队列功能，支持在头或尾部进行查看、添加和删除操作。Queue 的两个主要实现类是 LinkedList 和 ArrayDeque。LinkedList 基于双向链表实现，而 ArrayDeque 基于循环数组实现。通常情况下，如果只需要使用 Deque 接口的功能，ArrayDeque 的性能会更好一些。
Map 接口表示键值对的集合，通常根据键进行操作。Map 的两个主要实现类是 HashMap 和 TreeMap。HashMap 基于哈希表实现，要求键重写 hashCode 方法，从而提供高效的查找、插入和删除操作，但不保证元素的顺序。TreeMap 基于排序二叉树实现，要求键实现 Comparable 接口，或者在创建时提供一个 Comparator 对象，虽然操作效率略低于 HashMap，但可以按键有序排列元素。
欢迎阅读我之前的关于特定容器的文章：