深入解析Java集合框架：Collection接口、List接口及其实现类详解

大家好，我们又见面了，我是你们的朋友全战军。

一、征集大纲

1.集合和数组的区别：

2.收藏收集方式：

3、常用集合分类：

Collection接口是接口对象的集合（单列集合） ├——-List接口：元素按照条目顺序保存，可重复 │——————-├ LinkedList接口实现类，链表、插入和删除、无同步、线程不安全│——————-├ ArrayList接口实现类、数组、随机访问、无同步、线程不安全│——————-└ Vector接口实现类数组、同步、线程安全│ ——————-└ 堆栈是Vector类的实现类└——-Set接口：只接收一次，不可重复，内部排序├—————— -└HashSet使用哈希表（数组）来存储元素│———— ————└LinkedHashSet链表维护元素的插入顺序└——————-TreeSet底层实现是二叉树，元素是排序的

Map接口键值对集合（双列集合） ├———Hashtable接口实现类，同步，线程安全 ├———HashMap接口实现类，无同步，线程不安全- │—————— –├ LinkedHashMap 双向链表和哈希表实现│——————–└ WeakHashMap ├——–TreeMap 红黑树对所有键进行排序└——IdentifyHashMap

二、List和Set详解： 1、List和Set的区别：

2.清单：

（1）ArrayList：底层数据结构是数组，查询快，增删改慢，线程不安全，效率高。它可以存储重复的元素（2）LinkedList。底层数据结构是链表，查询慢，增删快，线程不安全，效率高。 ，可以存储重复元素（3）Vector：底层数据结构是数组，查询快，增删改慢，线程安全，效率低，可以存储重复元素

（4总结：

3.设置：

(1)HashSet的底层数据结构是使用哈希表实现的。这些元素是无序且唯一的、线程安全且高效的。它可以存储空元素。元素的唯一性取决于存储的元素类型是否重写了hashCode()和equals()方法，以确保如果不重写这两个方法，则无法保证元素的唯一性。实现唯一性的具体比较过程：存储元素时，首先使用hash()算法函数生成一个int类型的hashCode哈希值，然后对存储的元素的hashCode值进行比较。如果hashCode值不相等，则存储的两个元素一定不相等。此时，存储的是当前新的hashCode值处的元素对象；如果hashCode相等，则存储该元素的对象仍然不一定相等。这时就会调用equals()方法来判断两个对象的内容是否相等。如果内容相等，则为同一个对象，不需要存储；如果比较的内容不相等，则需要存储不同的对象。这时就必须使用解决地址冲突的哈希算法。当前的hashCode值类似于一个新的链表。将不同的对象存储在同一个hashCode值后面，从而保证元素的唯一性。 Set实现类的集合对象中不能有重复的元素。对于HashSet也是如此。它使用标识符来确定元素的不重复。 HashSet使用一种算法来确保HashSet中的元素不重复。 HashSet使用Ha哈希算法，底层使用数组来存储数据。默认初始化容量为16，加载因子为0.75。 Object类中的hashCode()方法是所有子类都会继承该方法。该方法会使用Hash算法计算出一个Hash（散列）码值并返回。 HashSet会使用Hash码值对数组长度取模（这个模就是对象在数组中要存储的位置）。只有相同时才会判断数组中的元素和要添加的对象的内容是否相同。如果不同，将会添加。哈希算法是一种散列算法。设置 hs=new HashSet();

hs.add(o); | o.hashCode(); |当前总容量的 o% (0–15) | |没有冲突。是否发生冲突—————直接存储| |冲突发生 | False（不等于）o1.equals(o2)---------------------找个空格添加| |是（等于） 不添加和重写hashCode()方法的原则： 1、我们必须让那些我们认为相同的对象返回相同的hashCode值。 2.尽量让那些我们认为不同的对象返回不同的hashCode值。否则，就会增加发生冲突的概率。 3、尽量对hashCode值进行散列（对两个值使用异或运算可以使结果的范围更广） HashSet的实现比较简单。 HashSet相关的操作基本上都是直接调用底层HashMap的相关方法来完成。对于保存在 HashSet 中的对象，我们应该重写 hashCode() 和 equals()，因为这些对象随后会被添加到 HashSet 中。时，首先调用hashCode方法计算对象的哈希值，然后根据这个哈希值调用HashMap中的hash方法，得到的值 &(length-1) 得到存储位置的索引hashMap的transient Entry[]表中的对象，然后找到数组中索引位置保存的对象，调用equals方法比较两个对象是否相等。如果它们相等，那么它们就不相等。补充一下，注意：因此，HashSet的集合对象中要存储的自定义类必须覆盖hashCode()和equals()方法，以保证集合中的元素不重复。重写equals()和hashCode()方法时，让同一个对象的hashCode()方法返回相同的值，重写equals()方法，然后确定其内容。为了保证效率，重写hashCode()方法时，尽量让不同的对象返回不同的Hash code值。

如果数组中的元素和要添加的对象的hashCode()返回相同的哈希值（同一个对象），则会使用equals()方法来判断两个对象的内容是否相同。

（2）LinkedHashSet底层数据结构是由链表和哈希表实现的。链表保证元素的顺序与存储顺序一致，哈希表保证元素的唯一性。线程不安全且高效。 (3)TreeSet底层数据结构是使用二叉树实现的。元素是唯一的且已排序。唯一性还需要重写 hashCode 和 equals() 方法。二叉树结构保证了元素的有序性。根据构造方式不同，分为自然排序（无参数构造）和比较器排序（有参数构造）。自然排序要求元素必须实现Compareable接口并重写内部的compareTo()方法。元素通过比较返回 int 值。确定排序顺序，返回0表示两个对象相同，不需要存储；比较器需要在TreeSet初始化时传入一个实现Comparator接口的比较器对象，或者使用匿名内部类创建一个新的Comparator对象并在里面重写compare()方法； （4）总结：Set与Collection有完全相同的接口，因此它没有任何额外的功能，不像前面两种不同的List。其实Set就是Collection，只是行为不同。 （这是继承和多态性的典型应用：表现出不同的行为。）Set不保存重复元素。 Set Set 中存储的每个元素都必须是唯一的，因为 Set 不存储重复的元素。添加到Set中的元素必须定义equals()方法以保证对象的唯一性。 Set 和 Collection 具有完全相同的接口。 Set 接口不保证元素的顺序得到维护。

4.列表和设置摘要：

(1)List和Set都是继承自Collection接口，但Map不是。 (2)List的特点：元素按顺序排列，元素可以重复。 Set的特点：元素不按顺序排列，元素不能重复，重复的元素会覆盖它，（注：虽然元素不按顺序排列，但元素在Set中的位置是由HashCode决定的）元素，并且它的位置实际上是固定的。添加到Set中的对象必须定义equals()方法，另外，列表支持for循环，即遍历下标，也可以使用迭代器。设定只能使用迭代，因为它是无序的，无法使用下标来获取想要的Value。） （3）Set和List的比较： Set：检索元素效率低，删除和插入高效，插入和删除不会造成位置的影响要改变的元素。 List：与数组类似，List 可以动态增长，并且查找元素的效率很高。插入和删除元素效率很低，因为它会导致其他元素的位置发生变化。 （4）ArrayList和LinkedList的区别及适用场景 ArrayList： 优点：ArrayList实现了一种基于动态数组的数据结构。因为地址是连续的，一旦存储了数据，查询操作效率就会比较高（在内存中是连续放的）。缺点：由于地址连续，而且ArrayList需要移动数据，所以插入和删除操作效率相对较低。

LinkedList：优点：LinkedList是基于链表的数据结构，而且地址是任意的，所以在开辟内存空间时不需要等待连续的地址。对于新增和删除操作add和remove来说，LinedList更有优势。 LinkedList适合需要头尾操作或者插入指定位置的场景。缺点：由于LinkedList需要移动指针，所以查询操作性能比较低。适用场景分析：需要访问数据时使用ArrayList，需要多次增删改查数据时使用LinkedList。

ArrayList和Vector的区别及适用场景 ArrayList有三种构造方法：

代码语言：javascript

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public ArrayList(int initialCapacity)//构造一个具有指定初始容量的空列表。    
public ArrayList()      //默认构造一个初始容量为10的空列表。    
public ArrayList(Collection c)//构造一个包含指定 collection 的元素的列表

Vector有四种构造方法：

代码语言：javascript

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public Vector()//使用指定的初始容量和等于0的容量增量构造一个空向量。    
public Vector(int initialCapacity)//构造一个空向量，使其内部数据数组的大小，其标准容量增量为零。    
public Vector(Collection c)//构造一个包含指定 collection 中的元素的向量    
public Vector(int initialCapacity,int capacityIncrement)//使用指定的初始容量和容量增量构造一个空的向量    

ArrayList和Vector都是使用数组实现的。主要有以下三个区别： (1) Vector 是多线程安全的。线程安全是指多个线程访问相同的代码，不会产生不确定的结果。 ArrayList 不是。这一点从源码中就可以看出。 Vector类中很多方法都用synchronized修饰，导致Vector在效率上无法与ArrayList相比； (2) 均采用线性连续空间存储。元素，但是当空间不足时，两个类的添加方式不同。 *(3)*Vector可以设置增长因子，但ArrayList不能。 *(4)*Vector是一种古老的动态数组，它是线程同步的，效率很低。一般不推荐使用它。适用场景分析： 1、Vector是线程同步的，所以也是线程安全的，而ArrayList是线程异步的，不安全。如果不考虑线程安全因素，一般使用ArrayList效率更高。 2、如果集合中的元素数量大于当前集合数组的长度，则使用集合中数据量比较大的Vector有一定的优势。

.TreeSet是通过二差树（红黑树的树数据结构）实现的。 Treeset中的数据是自动排序的，不允许有空值​​​​2.HashSet。它是通过哈希表实现的。 HashSet中的数据是无序的。可以输入空值，但只能输入一个空值。两者中的值不能重复，就像数据库中唯一的约束3.HashSet要求对象必须实现HashCode()方法。插入的对象由 hashcode 代码标识。内容相同的String对象具有相同的hashcode，因此插入的内容不能重复。但同一个类的对象可以放入不同的实例中

适用场景分析：HashSet是基于Hash算法实现的，其性能通常优于TreeSet。对于为快速搜索而设计的Set，我们通常应该使用HashSet。只有当我们需要排序的功能时，我们才使用TreeSet。 (5) 何时使用：

3. 地图详细说明：

Map用于保存具有映射关系的数据。 Map保存两组数据：key和value。它们可以是任何引用类型的数据，但键不能重复。因此，通过指定key就可以检索到对应的value。

（一）、请注意！ ！ ！ ，Map没有继承Collection接口，Map提供了key到value的映射，可以通过“key”来搜索“value”。一个Map不能包含相同的key，并且每个key只能映射一个value。 Map 界面提供了三种集合视图。 Map的内容可以看成是一组键集，一组值集，或者一组键值映射。 (2)地图：

(3)HashMap和HashTable的比较：

(4)树形图：

（5）Map的其他类：IdentityHashMap和HashMap的具体区别。 IdentityHashMap使用==来判断两个键是否相等，而HashMap使用equals方法来比较键值。有什么区别？对于==来说，如果作用于基本数据类型的变量，则直接比较存储的“值”是否相等；如果作用于引用类型的变量，则比较所指向对象的地址。对于equals方法，注意：equals方法不能作用于基本数据类型的变量。如果没有重写equals方法，则比较引用类型变量指向的对象的地址；类，例如 String、Date 等。如果被覆盖，则会比较所指向对象的内容。

（6）总结：HashMap非线程安全 HashMap：基于哈希表实现。使用HashMap要求添加的键类明确定义hashCode()和equals()[hashCode()和equals()可以被重写]。为了优化HashMap空间的使用，可以调整初始容量和负载因子。

TreeMap：基于红黑树的非线程安全实现。 TreeMap 没有调整选项，因为树始终是平衡的。

适用场景分析：HashMap和HashTable：HashMap去掉了HashTable的contains方法，但增加了containsValue()和containsKey()方法。 HashTable是同步的，而HashMap是异步的，并且比HashTable更高效。 HashMap 允许空键值，但 HashTable 不允许。

HashMap：适合Map中元素的插入、删除和定位。 Treemap：适合按自然顺序或自定义顺序遍历键。

5、线程安全集合类和非线程安全集合类LinkedList、ArrayList、HashSet是非线程安全的，Vector是线程安全的； HashMap是非线程安全的，HashTable是线程安全的； StringBuilder是非线程安全的，而StringBuffer是线程安全的。的。

数据结构ArrayXxx：底层数据结构是数组，查询快，增删改慢。 LinkedXxx：底层数据结构是链表，查询慢，增删快。 HashXxx：底层数据结构是哈希表。取决于两个方法：hashCode() 和 equals() TreeXxx：底层数据结构是二叉树。排序的两种方式：自然排序和比较器排序