Java集合類(大公司面試喜歡問的)

看了一些所謂大公司的JAVA面試問題，發(fā)現(xiàn)對(duì)于JAVA集合類的使用都比較看重似的，而自己在這方面還真的是所真甚少，抽空也學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧。

java.util包中包含了一系列重要的集合類，而對(duì)于集合類，主要需要掌握的就是它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以及遍歷集合的迭代模式。

接口：Collection

Collection是最基本的集合接口，一個(gè)Collection代表一組Object，即Collection的元素（Elements）。一些Collection允許相同的元素而另一些不行。一些能排序而另一些不行。Java SDK不提供直接繼承自Collection的類，Java SDK提供的類都是繼承自Collection的“子接口”如List和Set。

所有實(shí)現(xiàn)Collection接口的類都必須提供兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)造函數(shù)：無參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)用于創(chuàng)建一個(gè)空的Collection，有一個(gè)Collection參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)用于創(chuàng)建一個(gè)新的Collection，這個(gè)新的Collection與傳入的Collection有相同的元素。后一個(gè)構(gòu)造函數(shù)允許用戶復(fù)制一個(gè)Collection。

主要的一個(gè)接口方法：boolean add(Ojbect c)

雖然返回的是boolean，但不是表示添加成功與否，這個(gè)返回值表示的意義是add()執(zhí)行后，集合的內(nèi)容是否改變了（就是元素的數(shù)量、位置等有無變化）。類似的addAll，remove，removeAll，remainAll也是一樣的。

用Iterator模式實(shí)現(xiàn)遍歷集合

Collection有一個(gè)重要的方法：iterator()，返回一個(gè)Iterator（迭代器），用于遍歷集合的所有元素。Iterator模式可以把訪問邏輯從不同的集合類中抽象出來，從而避免向客戶端暴露集合的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。典型的用法如下：

Iterator it = collection.iterator(); // 獲得一個(gè)迭代器

while(it.hasNext()) {

Object obj = it.next(); // 得到下一個(gè)元素

}

不需要維護(hù)遍歷集合的“指針”，所有的內(nèi)部狀態(tài)都由Iterator來維護(hù)，而這個(gè)Iterator由集合類通過工廠方法生成。

每一種集合類返回的Iterator具體類型可能不同，但它們都實(shí)現(xiàn)了Iterator接口，因此，我們不需要關(guān)心到底是哪種Iterator，它只需要獲得這個(gè)Iterator接口即可，這就是接口的好處，面向?qū)ο蟮耐Α?/p>

要確保遍歷過程順利完成，必須保證遍歷過程中不更改集合的內(nèi)容（Iterator的remove()方法除外），所以，確保遍歷可靠的原則是：只在一個(gè)線程中使用這個(gè)集合，或者在多線程中對(duì)遍歷代碼進(jìn)行同步。

由Collection接口派生的兩個(gè)接口是List和Set?！?/p>

List接口

List是有序的Collection，使用此接口能夠精確的控制每個(gè)元素插入的位置。用戶能夠使用索引（元素在List中的位置，類似于數(shù)組下標(biāo)）來訪問List中的元素，這類似于Java的數(shù)組。和下面要提到的Set不同，List允許有相同的元素。

除了具有Collection接口必備的iterator()方法外，List還提供一個(gè)listIterator()方法，返回一個(gè)ListIterator接口，和標(biāo)準(zhǔn)的Iterator接口相比，ListIterator多了一些add()之類的方法，允許添加，刪除，設(shè)定元素，還能向前或向后遍歷。

實(shí)現(xiàn)List接口的常用類有LinkedList，ArrayList，Vector和Stack。

LinkedList類

LinkedList實(shí)現(xiàn)了List接口，允許null元素。此外LinkedList提供額外的get，remove，insert方法在LinkedList的首部或尾部。這些操作使LinkedList可被用作堆棧（stack），隊(duì)列（queue）或雙向隊(duì)列（deque）。

注意LinkedList沒有同步方法。如果多個(gè)線程同時(shí)訪問一個(gè)List，則必須自己實(shí)現(xiàn)訪問同步。一種解決方法是在創(chuàng)建List時(shí)構(gòu)造一個(gè)同步的List：List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));

ArrayList類

ArrayList實(shí)現(xiàn)了可變大小的數(shù)組。它允許所有元素，包括null。ArrayList沒有同步。

size，isEmpty，get，set方法運(yùn)行時(shí)間為常數(shù)。但是add方法開銷為分?jǐn)偟某?shù)，添加n個(gè)元素需要O(n)的時(shí)間。其他的方法運(yùn)行時(shí)間為線性。

每個(gè)ArrayList實(shí)例都有一個(gè)容量（Capacity），即用于存儲(chǔ)元素的數(shù)組的大小。這個(gè)容量可隨著不斷添加新元素而自動(dòng)增加，但是增長(zhǎng)算法并沒有定義。當(dāng)需要插入大量元素時(shí)，在插入前可以調(diào)用ensureCapacity方法來增加ArrayList的容量以提高插入效率。

和LinkedList一樣，ArrayList也是非同步的（unsynchronized）。

Vector類

Vector非常類似ArrayList，但是Vector是同步的。由Vector創(chuàng)建的Iterator，雖然和ArrayList創(chuàng)建的Iterator是同一接口，但是，因?yàn)閂ector是同步的，當(dāng)一個(gè)Iterator被創(chuàng)建而且正在被使用，另一個(gè)線程改變了Vector的狀態(tài)（例如，添加或刪除了一些元素），這時(shí)調(diào)用Iterator的方法時(shí)將拋出ConcurrentModificationException，因此必須捕獲該異常。

Stack 類

Stack繼承自Vector，實(shí)現(xiàn)一個(gè)后進(jìn)先出的堆棧。Stack提供5個(gè)額外的方法使得Vector得以被當(dāng)作堆棧使用?；镜膒ush和pop方法，還有peek方法得到棧頂?shù)脑?，empty方法測(cè)試堆棧是否為空，search方法檢測(cè)一個(gè)元素在堆棧中的位置。Stack剛創(chuàng)建后是空棧。

Set接口

Set是一種不包含重復(fù)的元素的Collection，即任意的兩個(gè)元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false，Set最多有一個(gè)null元素。

很明顯，Set的構(gòu)造函數(shù)有一個(gè)約束條件，傳入的Collection參數(shù)不能包含重復(fù)的元素。

請(qǐng)注意：必須小心操作可變對(duì)象（Mutable Object）。如果一個(gè)Set中的可變?cè)馗淖兞俗陨頎顟B(tài)導(dǎo)致Object.equals(Object)=true將導(dǎo)致一些問題。

Map接口

請(qǐng)注意，Map沒有繼承Collection接口，Map提供key到value的映射。一個(gè)Map中不能包含相同的key，每個(gè)key只能映射一個(gè)value。Map接口提供3種集合的視圖，Map的內(nèi)容可以被當(dāng)作一組key集合，一組value集合，或者一組key-value映射。

Hashtable類

Hashtable繼承Map接口，實(shí)現(xiàn)一個(gè)key-value映射的哈希表。任何非空（non-null）的對(duì)象都可作為key或者value。

添加數(shù)據(jù)使用put(key, value)，取出數(shù)據(jù)使用get(key)，這兩個(gè)基本操作的時(shí)間開銷為常數(shù)。

Hashtable通過initial capacity和load factor兩個(gè)參數(shù)調(diào)整性能。通常缺省的load factor 0.75較好地實(shí)現(xiàn)了時(shí)間和空間的均衡。增大load factor可以節(jié)省空間但相應(yīng)的查找時(shí)間將增大，這會(huì)影響像get和put這樣的操作。

使用Hashtable的簡(jiǎn)單示例如下，將1，2，3放到Hashtable中，他們的key分別是”one”，”two”，”three”：

Hashtable numbers = new Hashtable();

numbers.put(“one”, new Integer(1));

numbers.put(“two”, new Integer(2));

numbers.put(“three”, new Integer(3));

要取出一個(gè)數(shù)，比如2，用相應(yīng)的key：

Integer n = (Integer)numbers.get(“two”);

System.out.println(“two = ” + n);

由于作為key的對(duì)象將通過計(jì)算其散列函數(shù)來確定與之對(duì)應(yīng)的value的位置，因此任何作為key的對(duì)象都必須實(shí)現(xiàn)hashCode和equals方法。hashCode和equals方法繼承自根類Object，如果你用自定義的類當(dāng)作key的話，要相當(dāng)小心，按照散列函數(shù)的定義，如果兩個(gè)對(duì)象相同，即obj1.equals(obj2)=true，則它們的hashCode必須相同，但如果兩個(gè)對(duì)象不同，則它們的hashCode不一定不同，如果兩個(gè)不同對(duì)象的hashCode相同，這種現(xiàn)象稱為沖突，沖突會(huì)導(dǎo)致操作哈希表的時(shí)間開銷增大，所以盡量定義好的hashCode()方法，能加快哈希表的操作。

如果相同的對(duì)象有不同的hashCode，對(duì)哈希表的操作會(huì)出現(xiàn)意想不到的結(jié)果（期待的get方法返回null），要避免這種問題，只需要牢記一條：要同時(shí)復(fù)寫equals方法和hashCode方法，而不要只寫其中一個(gè)。

Hashtable是同步的。

HashMap類

HashMap和Hashtable類似，不同之處在于HashMap是非同步的，并且允許null，即null value和null key。，但是將HashMap視為Collection時(shí)（values()方法可返回Collection），其迭代器操作時(shí)間開銷和HashMap的容量成比例。因此，如果迭代操作的性能相當(dāng)重要的話，不要將HashMap的初始化容量設(shè)得過高，或者load factor過低。

WeakHashMap類

WeakHashMap是一種改進(jìn)的HashMap，它對(duì)key實(shí)行“弱引用”，如果一個(gè)key不再被外部所引用，那么該key可以被GC回收。

總結(jié)

●如果涉及到堆棧，隊(duì)列等操作，應(yīng)該考慮用List，對(duì)于需要快速插入，刪除元素，應(yīng)該使用LinkedList，如果需要快速隨機(jī)訪問元素，應(yīng)該使用ArrayList。

●如果程序在單線程環(huán)境中，或者訪問僅僅在一個(gè)線程中進(jìn)行，考慮非同步的類，其效率較高，如果多個(gè)線程可能同時(shí)操作一個(gè)類，應(yīng)該使用同步的類。

●要特別注意對(duì)哈希表的操作，作為key的對(duì)象要正確復(fù)寫equals和hashCode方法。

●盡量返回接口而非實(shí)際的類型，如返回List而非ArrayList，這樣如果以后需要將ArrayList換成LinkedList時(shí)，客戶端代碼不用改變。這就是針對(duì)抽象編程。