Java容器類的深刻懂得

Java容器類包括List、ArrayList、Vector及map、HashTable、HashMap
 
ArrayList和HashMap是異步的，Vector和HashTable是同步的，所以Vector和HashTable是線程平安的，而ArrayList和HashMap其實不是線程平安的。由於同步須要消費機械時光，所以Vector和HashTable的履行效力要低於ArrayList和HashMap。
Collection
├List       接口
│├LinkedList       鏈表
│├ArrayList         次序構造靜態數組類
│└Vector         向量
│ └Stack       棧
└Set
Map
├Hashtable
├HashMap
└WeakHashMap List接口



List是有序的Collection，應用此接口可以或許准確的掌握每一個元素拔出的地位。用戶可以或許應用索引（元素在List中的地位，相似於數組下標）來拜訪List中的元素，這相似於Java的數組。
和上面要提到的Set分歧，List許可有雷同的元素。

除具有Collection接口必備的iterator()辦法外，List還供給一個listIterator()辦法，前往一個ListIterator接口，和尺度的Iterator接口比擬，ListIterator多了一些add()之類的辦法，許可添加，刪除，設定元素， 還能向前或向後遍歷。
完成List接口的經常使用類有LinkedList，ArrayList，Vector和Stack。

ArrayList類
ArrayList完成了可變年夜小的數組。它許可一切元素，包含null。ArrayList沒有同步。
size，isEmpty，get，set辦法運轉時光為常數。然則add辦法開支為分攤的常數，添加n個元素須要O(n)的時光。其他的辦法運轉時光為線性。

每一個ArrayList實例都有一個容量（Capacity），即用於存儲元素的數組的年夜小。這個容量可跟著赓續添加新元素而主動增長，然則增加算法 並沒有界說。當須要拔出年夜量元素時，在拔出前可以挪用ensureCapacity辦法來增長ArrayList的容量以進步拔出效力。
和LinkedList一樣，ArrayList也長短同步的（unsynchronized）。

Map接口
請留意，Map沒有繼續Collection接口，Map供給key到value的映照。一個Map中不克不及包括雷同的key，每一個key只能映照一個value。Map接口供給3種聚集的視圖，Map的內容可以被看成一組key聚集，一組value聚集，或許一組key-value映照。

HashMap類
HashMap和Hashtable相似，分歧的地方在於HashMap長短同步的，而且許可null，即null value和null key。，然則將HashMap視為Collection時（values()辦法可前往Collection），其迭代子操作時光開支和HashMap 的容量成比例。是以，假如迭代操作的機能相當主要的話，不要將HashMap的初始化容量設得太高，或許load factor太低。

Collection接口
Collection是最根本的聚集接口，一個Collection代表一組Object，即Collection的元素（Elements）。一些Collection許可雷同的元素而另外一些不可。一些能排序而另外一些不可。Java SDK不供給直接繼續自Collection的類，Java SDK供給的類都是繼續自Collection的“子接口”如List和Set。

一切完成Collection接口的類都必需供給兩個尺度的結構函數：無參數的結構函數用於創立一個空的Collection，有一個Collection參數的結構函數用於創立一個新的Collection，這個新的Collection與傳入的Collection有雷同的元素。後一個結構函數許可用戶復制一個Collection。

若何遍歷Collection中的每個元素？豈論Collection的現實類型若何，它都支撐一個iterator()的辦法，該辦法前往一個迭代子，應用該迭代子便可一一拜訪Collection中每個元素。典范的用法以下：
    
    Iterator it = collection.iterator(); // 取得一個迭代子
    while(it.hasNext()) {
      Object obj = it.next(); // 獲得下一個元素
    }

由Collection接口派生的兩個接口是List和Set。

List接口
List是有序的Collection，應用此接口可以或許准確的掌握每一個元素拔出的地位。用戶可以或許應用索引（元素在List中的地位，相似於數組下標）來拜訪List中的元素，這相似於Java的數組。
和上面要提到的Set分歧，List許可有雷同的元素。
除具有Collection接口必備的iterator()辦法外，List還供給一個listIterator()辦法，前往一個ListIterator接口，和尺度的Iterator接口比擬，ListIterator多了一些add()之類的辦法，許可添加，刪除，設定元素，還能向前或向後遍歷。
完成List接口的經常使用類有LinkedList，ArrayList，Vector和Stack。

LinkedList類
LinkedList完成了List接口，許可null元素。另外LinkedList供給額定的get，remove，insert辦法在LinkedList的首部或尾部。這些操作使LinkedList可被用作客棧（stack），隊列（queue）或雙向隊列（deque）。
留意LinkedList沒有同步辦法。假如多個線程同時拜訪一個List，則必需本身完成拜訪同步。一種處理辦法是在創立List時結構一個同步的List：
List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));
 
ArrayList類
ArrayList完成了可變年夜小的數組。它許可一切元素，包含null。ArrayList沒有同步。
size，isEmpty，get，set辦法運轉時光為常數。然則add辦法開支為分攤的常數，添加n個元素須要O(n)的時光。其他的辦法運轉時光為線性。
每一個ArrayList實例都有一個容量（Capacity），即用於存儲元素的數組的年夜小。這個容量可跟著赓續添加新元素而主動增長，然則增加算法並沒有界說。當須要拔出年夜量元素時，在拔出前可以挪用ensureCapacity辦法來增長ArrayList的容量以進步拔出效力。
和LinkedList一樣，ArrayList也長短同步的（unsynchronized）。

Vector類
Vector異常相似ArrayList，然則Vector是同步的。由Vector創立的Iterator，固然和ArrayList創立的Iterator是統一接口，然則，由於Vector是同步的，當一個Iterator被創立並且正在被應用，另外一個線程轉變了Vector的狀況（例如，添加或刪除一些元素），這時候挪用Iterator的辦法時將拋出ConcurrentModificationException，是以必需捕捉該異常。

Stack 類
Stack繼續自Vector，完成一個落後先出的客棧。Stack供給5個額定的辦法使得Vector得以被看成客棧應用。根本的push和pop辦法，還有peek辦法獲得棧頂的元素，empty辦法測試客棧能否為空，search辦法檢測一個元素在客棧中的地位。Stack剛創立後是空棧。

Set接口
Set是一種不包括反復的元素的Collection，即隨意率性的兩個元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false，Set最多有一個null元素。
很顯著，Set的結構函數有一個束縛前提，傳入的Collection參數不克不及包括反復的元素。
請留意：必需當心操作可變對象（Mutable Object）。假如一個Set中的可變元素轉變了本身狀況招致Object.equals(Object)=true將招致一些成績。
 
Map接口
請留意，Map沒有繼續Collection接口，Map供給key到value的映照。一個Map中不克不及包括雷同的key，每一個key只能映照一個value。Map接口供給3種聚集的視圖，Map的內容可以被看成一組key聚集，一組value聚集，或許一組key-value映照。

Hashtable類
Hashtable繼續Map接口，完成一個key-value映照的哈希表。任何非空（non-null）的對象都可作為key或許value。
添加數據應用put(key, value)，掏出數據應用get(key)，這兩個根本操作的時光開支為常數。
Hashtable經由過程initial capacity和load factor兩個參數調劑機能。平日缺省的load factor 0.75較好地完成了時光和空間的平衡。增年夜load factor可以節儉空間但響應的查找時光將增年夜，這會影響像get和put如許的操作。
應用Hashtable的簡略示例以下，將1，2，3放到Hashtable中，他們的key分離是”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));

要掏出一個數，好比2，用響應的key：

    Integer n = (Integer)numbers.get(“two”);
    System.out.println(“two = ” + n);

因為作為key的對象將經由過程盤算其散列函數來肯定與之對應的value的地位，是以任何作為key的對象都必需完成hashCode和equals辦法。hashCode和equals辦法繼續自根類Object，假如你用自界說的類看成key的話，要相當當心，依照散列函數的界說，假如兩個對象雷同，即obj1.equals(obj2)=true，則它們的hashCode必需雷同，但假如兩個對象分歧，則它們的hashCode紛歧定分歧，假如兩個分歧對象的hashCode雷同，這類景象稱為抵觸，抵觸會招致操作哈希表的時光開支增年夜，所以盡可能界說好的hashCode()辦法，能加速哈希表的操作。

假如雷同的對象有分歧的hashCode，對哈希表的操作會湧現意想不到的成果（等待的get辦法前往null），要防止這類成績，只須要切記一條：要同時復寫equals辦法和hashCode辦法，而不要只寫個中一個。
Hashtable是同步的。

HashMap類
HashMap和Hashtable相似，分歧的地方在於HashMap長短同步的，而且許可null，即null value和null key。，然則將HashMap視為Collection時（values()辦法可前往Collection），其迭代子操作時光開支和HashMap的容量成比例。是以，假如迭代操作的機能相當主要的話，不要將HashMap的初始化容量設得太高，或許load factor太低。

WeakHashMap類
WeakHashMap是一種改良的HashMap，它對key實施“弱援用”，假如一個key不再被內部所援用，那末該key可以被GC收受接管。

總結
假如觸及到客棧，隊列等操作，應當斟酌用List，關於須要疾速拔出，刪除元素，應當應用LinkedList，假如須要疾速隨機拜訪元素，應當應用ArrayList。
假如法式在單線程情況中，或許拜訪僅僅在一個線程中停止，斟酌非同步的類，其效力較高，假如多個線程能夠同時操作一個類，應當應用同步的類。

要特殊留意對哈希表的操作，作為key的對象要准確復寫equals和hashCode辦法。
盡可能前往接口而非現實的類型，如前往List而非ArrayList，如許假如今後須要將ArrayList換成LinkedList時，客戶端代碼不消轉變。這就是針對籠統編程。

同步性
Vector是同步的。這個類中的一些辦法包管了Vector中的對象是線程平安的。而ArrayList則是異步的，是以ArrayList中的對象其實不是線程平安的。由於同步的請求會影響履行的效力，所以假如你不須要線程平安的聚集那末應用ArrayList是一個很好的選擇，如許可以免因為同步帶來的不用要的機能開支。

數據增加
從外部完成機制來說ArrayList和Vector都是應用數組(Array)來掌握聚集中的對象。當你向這兩品種型中增長元素的時刻，假如元素的數量超越了外部數組今朝的長度它們都須要擴大外部數組的長度，Vector缺省情形下主動增加本來一倍的數組長度，ArrayList是本來的50%,所以最初你取得的這個聚集所占的空間老是比你現實須要的要年夜。所以假如你要在聚集中保留年夜量的數據那末應用Vector有一些優勢，由於你可以經由過程設置聚集的初始化年夜小來防止不用要的資本開支。

應用形式
在ArrayList和Vector中，從一個指定的地位（經由過程索引）查找數據或是在聚集的末尾增長、移除一個元素所消費的時光是一樣的，這個時光我們用O(1)表現。然則，假如在聚集的其他地位增長或移除元素那末消費的時光會呈線形增加：O(n-i)，個中n代表聚集中元素的個數，i代表元素增長或移除元素的索引地位。為何會如許呢？認為在停止上述操作的時刻聚集中第i和第i個元素以後的一切元素都要履行位移的操作。這一切意味著甚麼呢？

這意味著，你只是查找特定地位的元素或只在聚集的末尾增長、移除元素，那末應用Vector或ArrayList都可以。假如是其他操作，你最好選擇其他的聚集操作類。好比，LinkList聚集類在增長或移除聚集中任何地位的元素所消費的時光都是一樣的?O(1)，但它在索引一個元素的應用缺比擬慢－O(i),個中i是索引的地位.應用ArrayList也很輕易，由於你可以簡略的應用索引來取代創立iterator對象的操作。LinkList也會為每一個拔出的元素創立對象，一切你要明確它也會帶來額定的開支。

最初，在《Practical Java》一書中Peter Haggar建議應用一個簡略的數組（Array）來取代Vector或ArrayList。特別是關於履行效力請求高的法式更應如斯。由於應用數組(Array)防止了同步、額定的辦法挪用和不用要的從新分派空間的操作。