Java集合類的總結與比較

Collection

├List

│├LinkedList

│├ArrayList

│└Vector

│└Stack

└Set

Map

├Hashtable

├HashMap

└WeakHashMap

Collection接口

Collection是最基本的集合接口，一個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。

　　所有實作Collection接口的類都必須提供兩個标準的構造函數：無參數的構造函數用于建立一個空的Collection，有一個 Collection參數的構造函數用于建立一個新的Collection，這個新的Collection與傳入的Collection有相同的元素。後一個構造函數允許使用者複制一個Collection。

　　如何周遊Collection中的每一個元素？不論Collection的實際類型如何，它都支援一個iterator()的方法，該方法傳回一個疊代子，使用該疊代子即可逐一通路Collection中每一個元素。典型的用法如下：

Iterator it = collection.iterator(); // 獲得一個疊代子

while(it.hasNext()) {

Object obj = it.next(); // 得到下一個元素

}

　　由Collection接口派生的兩個接口是List和Set。

List接口

List是有序的Collection，使用此接口能夠精确的控制每個元素插入的位置。使用者能夠使用索引（元素在List中的位置，類似于數組下标）來通路List中的元素，這類似于Java的數組。

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listIterator()方法，傳回一個 ListIterator接口，和标準的Iterator接口相比，ListIterator多了一些add()之類的方法，允許添加，删除，設定元素，還能向前或向後周遊。

　　實作List接口的常用類有LinkedList，ArrayList，Vector和Stack。

LinkedList類

LinkedList實作了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），隊列（queue）或雙向隊列（deque）。

　　注意LinkedList沒有同步方法。如果多個線程同時通路一個List，則必須自己實作通路同步。一種解決方法是在建立List時構造一個同步的List：

List list = Collections.synchronizedList(newLinkedList(...));

ArrayList類

ArrayList實作了可變大小的數組。它允許所有元素，包括null。ArrayList沒有同步。

size，isEmpty，get，set方法運作時間為常數。但是add方法開銷為分攤的常數，添加n個元素需要O(n)的時間。其他的方法運作時間為線性。

　　每個ArrayList執行個體都有一個容量（Capacity），即用于存儲元素的數組的大小。這個容量可随着不斷添加新元素而自動增加，但是增長算法并沒有定義。當需要插入大量元素時，在插入前可以調用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建立的Iterator，雖然和 ArrayList建立的Iterator是同一接口，但是，因為Vector是同步的，當一個Iterator被建立而且正在被使用，另一個線程改變了 Vector的狀态（例如，添加或删除了一些元素），這時調用Iterator的方法時将抛出 ConcurrentModificationException，是以必須捕獲該異常。

Stack 類

Stack繼承自Vector，實作一個後進先出的堆棧。Stack提供5個額外的方法使得Vector得以被當作堆棧使用。基本的push和pop 方法，還有peek方法得到棧頂的元素，empty方法測試堆棧是否為空，search方法檢測一個元素在堆棧中的位置。Stack剛建立後是空棧。

Set接口

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

　　很明顯，Set的構造函數有一個限制條件，傳入的Collection參數不能包含重複的元素。

　　請注意：必須小心操作可變對象（Mutable Object）。如果一個Set中的可變元素改變了自身狀态導緻Object.equals(Object)=true将導緻一些問題。

Map接口

　　請注意，Map沒有繼承Collection接口，Map提供key到value的映射。一個Map中不能包含相同的key，每個key隻能映射一個 value。Map接口提供3種集合的視圖，Map的内容可以被當作一組key集合，一組value集合，或者一組key-value映射。

Hashtable類

Hashtable繼承Map接口，實作一個key-value映射的哈希表。任何非空（non-null）的對象都可作為key或者value。

　　添加資料使用put(key, value)，取出資料使用get(key)，這兩個基本操作的時間開銷為常數。

Hashtable通過initial capacity和load factor兩個參數調整性能。通常預設的load factor 0.75較好地實作了時間和空間的均衡。增大load factor可以節省空間但相應的查找時間将增大，這會影響像get和put這樣的操作。

使用Hashtable的簡單示例如下，将1，2，3放到Hashtable中，他們的key分别是”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));

　　要取出一個數，比如2，用相應的key：

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

System.out.println(“two = ” + n);

　　由于作為key的對象将通過計算其散列函數來确定與之對應的value的位置，是以任何作為key的對象都必須實作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作key的話，要相當小心，按照散列函數的定義，如果兩個對象相同，即obj1.equals(obj2)=true，則它們的hashCode必須相同，但如果兩個對象不同，則它們的hashCode不一定不同，如果兩個不同對象的hashCode相同，這種現象稱為沖突，沖突會導緻操作哈希表的時間開銷增大，是以盡量定義好的hashCode()方法，能加快哈希表的操作。

　　如果相同的對象有不同的hashCode，對哈希表的操作會出現意想不到的結果（期待的get方法傳回null），要避免這種問題，隻需要牢記一條：要同時複寫equals方法和hashCode方法，而不要隻寫其中一個。

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。，但是将HashMap視為Collection時（values()方法可傳回Collection），其疊代子操作時間開銷和HashMap 的容量成比例。是以，如果疊代操作的性能相當重要的話，不要将HashMap的初始化容量設得過高，或者load factor過低。

WeakHashMap類

WeakHashMap是一種改進的HashMap，它對key實行“弱引用”，如果一個key不再被外部所引用，那麼該key可以被GC回收。

總結

　　如果涉及到堆棧，隊列等操作，應該考慮用List，對于需要快速插入，删除元素，應該使用LinkedList，如果需要快速随機通路元素，應該使用ArrayList。

　　如果程式在單線程環境中，或者通路僅僅在一個線程中進行，考慮非同步的類，其效率較高，如果多個線程可能同時操作一個類，應該使用同步的類。

　　要特别注意對哈希表的操作，作為key的對象要正确複寫equals和hashCode方法。

　　盡量傳回接口而非實際的類型，如傳回List而非ArrayList，這樣如果以後需要将ArrayList換成LinkedList時，用戶端代碼不用改變。這就是針對抽象程式設計。

同步性

Vector是同步的。這個類中的一些方法保證了Vector中的對象是線程安全的。而ArrayList則是異步的，是以ArrayList中的對象并不是線程安全的。因為同步的要求會影響執行的效率，是以如果你不需要線程安全的集合那麼使用ArrayList是一個很好的選擇，這樣可以避免由于同步帶來的不必要的性能開銷。

資料增長

從内部實作機制來講ArrayList和Vector都是使用數組(Array)來控制集合中的對象。當你向這兩種類型中增加元素的時候，如果元素的數目超出了内部數組目前的長度它們都需要擴充内部數組的長度，Vector預設情況下自動增長原來一倍的數組長度，ArrayList是原來的50%,是以最後你獲得的這個集合所占的空間總是比你實際需要的要大。是以如果你要在集合中儲存大量的資料那麼使用Vector有一些優勢，因為你可以通過設定集合的初始化大小來避免不必要的資源開銷。

使用模式

在ArrayList和Vector中，從一個指定的位置（通過索引）查找資料或是在集合的末尾增加、移除一個元素所花費的時間是一樣的，這個時間我們用 O(1)表示。但是，如果在集合的其他位置增加或移除元素那麼花費的時間會呈線形增長：O(n-i)，其中n代表集合中元素的個數，i代表元素增加或移除元素的索引位置。為什麼會這樣呢？以為在進行上述操作的時候集合中第i和第i個元素之後的所有元素都要執行位移的操作。這一切意味着什麼呢？

這意味着，你隻是查找特定位置的元素或隻在集合的末端增加、移除元素，那麼使用Vector或ArrayList都可以。如果是其他操作，你最好選擇其他的集合操作類。比如，LinkList集合類在增加或移除集合中任何位置的元素所花費的時間都是一樣的?O(1)，但它在索引一個元素的使用缺比較慢－O(i),其中i是索引的位置.使用ArrayList也很容易，因為你可以簡單的使用索引來代替建立iterator對象的操作。LinkList也會為每個插入的元素建立對象，所有你要明白它也會帶來額外的開銷。

最後，在《Practical Java》一書中Peter Haggar建議使用一個簡單的數組（Array）來代替Vector或ArrayList。尤其是對于執行效率要求高的程式更應如此。因為使用數組 (Array)避免了同步、額外的方法調用和不必要的重新配置設定空間的操作。

互相差別

Vector和ArrayList

1，vector是線程同步的，是以它也是線程安全的，而arraylist是線程異步的，是不安全的。如果不考慮到線程的安全因素，一般用

arraylist效率比較高。

2，如果集合中的元素的數目大于目前集合數組的長度時，vector增長率為目前數組長度的100%,而arraylist增長率為目前數組長度

的50%.如過在集合中使用資料量比較大的資料，用vector有一定的優勢。

3，如果查找一個指定位置的資料，vector和arraylist使用的時間是相同的，都是0(1),這個時候使用vector和arraylist都可以。而

如果移動一個指定位置的資料花費的時間為0(n-i)n為總長度，這個時候就應該考慮到使用linklist,因為它移動一個指定位置的資料

所花費的時間為0(1),而查詢一個指定位置的資料時花費的時間為0(i)。

ArrayList 和Vector是采用數組方式存儲資料，此數組元素數大于實際存儲的資料以便增加和插入元素，都允許直接序号索引元素，但是插入資料要設計到數組元素移動等記憶體操作，是以索引資料快插入資料慢，Vector由于使用了synchronized方法（線程安全）是以性能上比ArrayList要差，LinkedList使用雙向連結清單實作存儲，按序号索引資料需要進行向前或向後周遊，但是插入資料時隻需要記錄本項的前後項即可，是以插入數度較快！

arraylist和linkedlist

1.ArrayList是實作了基于動态數組的資料結構，LinkedList基于連結清單的資料結構。

2.對于随機通路get和set，ArrayList覺得優于LinkedList，因為LinkedList要移動指針。

3.對于新增和删除操作add和remove，LinedList比較占優勢，因為ArrayList要移動資料。

    這一點要看實際情況的。若隻對單條資料插入或删除，ArrayList的速度反而優于LinkedList。但若是批量随機的插入删除資料，LinkedList的速度大大優于ArrayList. 因為ArrayList每插入一條資料，要移動插入點及之後的所有資料。

HashMap與TreeMap

       (注)

       文章出處：http://www.diybl.com/course/3_program/java/javaxl/200875/130233.html

       1、HashMap通過hashcode對其内容進行快速查找，而TreeMap中所有的元素都保持着某種固定的順序，如果你需要得到一個有序的結果你就應該使用TreeMap（HashMap中元素的排列順序是不固定的）。

HashMap中元素的排列順序是不固定的）。

       2、  HashMap通過hashcode對其内容進行快速查找，而TreeMap中所有的元素都保持着某種固定的順序，如果你需要得到一個有序的結果你就應該使用TreeMap（HashMap中元素的排列順序是不固定的）。集合架構”提供兩種正常的Map實作：HashMap和TreeMap (TreeMap實作SortedMap接口)。

        3、在Map 中插入、删除和定位元素，HashMap 是最好的選擇。但如果您要按自然順序或自定義順序周遊鍵，那麼TreeMap會更好。使用HashMap要求添加的鍵類明确定義了hashCode()和 equals()的實作。　　這個TreeMap沒有調優選項，因為該樹總處于平衡狀态。

      結過研究，在原作者的基礎上我還發現了一點，二樹map一樣，但順序不一樣，導緻hashCode()不一樣。

      同樣做測試：

      在hashMap中，同樣的值的map,順序不同，equals時，false;

      而在treeMap中，同樣的值的map,順序不同,equals時，true，說明，treeMap在equals()時是整理了順序了的。

hashtable與hashmap

一.曆史原因:Hashtable是基于陳舊的Dictionary類的，HashMap是Java 1.2引進的Map接口的一個實作

二.同步性:Hashtable是線程安全的，也就是說是同步的，而HashMap是線程式不安全的，不是同步的

三.值：隻有HashMap可以讓你将空值作為一個表的條目的key或value