淺談Java中常用數據結構的實現類Collection和Map

線性表，鍊錶，哈希表是常用的數據結構，在進行Java開發時，JDK已經為我們提供了一系列相應的類來實現基本的數據結構。這些類均在java.util包中。本文試圖通過簡單的描述，向讀者闡述各個類的作用以及如何正確使用這些類。

 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。

所有實現Collection接口的類都必須提供兩個標準的構造函數：無參數的構造函數用於創建一個空的Collection，有一個Collection參數的構造函數用於創建一個新的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用戶複製一個Collection。

如何遍歷Collection中的每一個元素？不論Collection的實際類型如何，它都支持一個iterator()的方法，該方法返回一個迭代子，使用該迭代子即可逐一訪問Collection中每一個元素。

典型的用法如下：

 Iterator it = collection.iterator(); // 獲得一個迭代子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，使用此接口能夠精確的控制每個元素插入的位置。用戶能夠使用索引（元素在List中的位置，類似於數組下標）來訪問List中的元素，這類似於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，返回一個ListIterator接口，和標準的Iterator接口相比，ListIterator多了一些add()之類的方法，允許添加，刪除，設定元素，還能向前或向後遍歷。

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

LinkedList類

LinkedList實現了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。如果多個線程同時訪問一個List，則必須自己實現訪問同步。一種解決方法是在創建List時構造一個同步的List：

List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));

ArrayList類

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

size，isEmpty，get，set方法運行時間為常數。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。其他的方法運行時間為線性。

每個ArrayList實例都有一個容量（Capacity），即用於存儲元素的數組的大小。這個容量可隨著不斷添加新元素而自動增加，但是增長算法並沒有定義。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創建的Iterator，雖然和ArrayList創建的Iterator是同一接口，但是，因為Vector是同步的，當一個Iterator被創建而且正在被使用，另一個線程改變了Vector的狀態（例如，添加或刪除了一些元素），這時調用Iterator的方法時將拋出ConcurrentModificationException，因此必須捕獲該異常。

Stack 類

Stack繼承自Vector，實現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剛創建後是空棧。

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的構造函數有一個約束條件，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態導致Object.equals(Object)=true將導致一些問題。

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只能映射一個value。 Map接口提供3種集合的視圖，Map的內容可以被當作一組key集合，一組value集合，或者一組key-value映射。

Hashtable類

Hashtable實現Map接口，實現一個key-value映射的哈希表。任何非空（non-null）的對像都可作為key或者value。

添加數據使用put(key, value)，取出數據使用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。通常缺省的load factor 0.75較好地實現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將增大，這會影響像get和put這樣的操作。

使用Hashtable的簡單示例如下，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));

要取出一個數，比如2，用相應的key：

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

由於作為key的對象將通過計算其散列函數來確定與之對應的value的位置，因此任何作為key的對像都必須實現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，但如果兩個對像不同，則它們的hashCode不一定不同，如果兩個不同對象的hashCode相同，這種現象稱為衝突，衝突會導致操作哈希表的時間開銷增大，所以盡量定義好的hashCode()方法，能加快哈希表的操作。

如果相同的對像有不同的hashCode，對哈希表的操作會出現意想不到的結果（期待的get方法返回null），要避免這種問題，只需要牢記一條：要同時復寫equals方法和hashCode方法，而不要只寫其中一個。

Hashtable是同步的。

HashMap類

HashMap和Hashtable類似，不同之處在於HashMap是非同步的，並且允許null，即null value和null key。 ，但是將HashMap視為Collection時（values()方法可返回Collection），其迭代子操作時間開銷和HashMap的容量成比例。因此，如果迭代操作的性能相當重要的話，不要將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，對於需要快速插入，刪除元素，應該使用LinkedList，如果需要快速隨機訪問元素，應該使用ArrayList。

Java.util.Collections類包

java.util.Collections類包含很多有用的方法，可以使程序員的工作變得更加容易，但是這些方法通常都沒有被充分地利用。 Javadoc給出Collections類最完整的描述：“這一個類包含可以操作或返回集合的專用靜態類。
” 1.2 所含方法
Iterator, ArrayList, Elements, Buffer, Map,Collections

列子：

 import java.util.ArrayList; import java.util.Collection; import java.util.Collections; import java.util.Comparator; import java.util.List; public class CollectionsSort { public CollectionsSort() { } public static void main(String[] args) { double array[] = {111, 111, 23, 456, 231 }; List list = new ArrayList(); List li = new ArrayList(); for (int i = 0; i < array.length; i++) { list.add(new Double(array[i])); //list.add(""+array[i]); } double arr[] = {111}; for(int j=0;j<arr.length;j++){ li.add(new Double(arr[j])); } }

2. 具體操作

1) 排序(Sort)

使用sort方法可以根據元素的自然順序對指定列表按升序進行排序。列表中的所有元素都必須實現Comparable 接口。此列表內的所有元素都必須是使用指定比較器可相互比較的

double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 }; for (int i = 0; i < array.length; i++) { list.add(new Double(array[i])); } Collections.sort(list); for (int i = 0; i < array.length; i++) { System.out.println(li.get(i)); } //結果：112,111,23,456,231

2) 混排（Shuffling）

混排算法所做的正好與sort 相反: 它打亂在一個List 中可能有的任何排列的踪跡。也就是說，基於隨機源的輸入重排該List, 這樣的排列具有相同的可能性（假設隨機源是公正的）。這個算法在實現一個碰運氣的遊戲中是非常有用的。例如，它可被用來混排代表一副牌的Card 對象的一個List 。另外，在生成測試案例時，它也是十分有用的。

 Collections.Shuffling(list) double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 }; for (int i = 0; i < array.length; i++) { list.add(new Double(array[i])); } Collections.shuffle(list); for (int i = 0; i < array.length; i++) { System.out.println(li.get(i)); } //結果：112,111,23,456,231

3) 反轉(Reverse)

使用Reverse方法可以根據元素的自然順序對指定列表按降序進行排序。

 Collections.reverse(list) double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 }; for (int i = 0; i < array.length; i++) { list.add(new Double(array[i])); } Collections. reverse (list); for (int i = 0; i < array.length; i++) { System.out.println(li.get(i)); } //結果：231,456,23,111,112 4) 替換所以的元素(Fill) 使用指定元素替換指定列表中的所有元素。 String str[] = {"dd","aa","bb","cc","ee"}; for(int j=0;j<str.length;j++){ li.add(new String(str[j])); } Collections.fill(li,"aaa"); for (int i = 0; i < li.size(); i++) { System.out.println("list[" + i + "]=" + li.get(i)); } //結果：aaa,aaa,aaa,aaa,aaa

5) 拷貝(Copy)

用兩個參數，一個目標List 和一個源List, 將源的元素拷貝到目標，並覆蓋它的內容。目標List 至少與源一樣長。如果它更長，則在目標List 中的剩餘元素不受影響。

Collections.copy(list,li): 後面一個參數是目標列表,前一個是源列表

double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 }; List list = new ArrayList(); List li = new ArrayList(); for (int i = 0; i < array.length; i++) { list.add(new Double(array[i])); } double arr[] = {1131,333}; String str[] = {"dd","aa","bb","cc","ee"}; for(int j=0;j<arr.length;j++){ li.add(new Double(arr[j])); } Collections.copy(list,li); for (int i = 0; i <list.size(); i++) { System.out.println("list[" + i + "]=" + list.get(i)); } //結果：1131,333,23,456,231

6) 返回Collections中最小元素(min)

根據指定比較器產生的順序，返回給定collection 的最小元素。 collection 中的所有元素都必須是通過指定比較器可相互比較的

Collections.min(list) double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 }; List list = new ArrayList(); for (int i = 0; i < array.length; i++) { list.add(new Double(array[i])); } Collections.min(list); for (int i = 0; i <list.size(); i++) { System.out.println("list[" + i + "]=" + list.get(i)); } //結果：23

7) 返回Collections中最小元素(max)

根據指定比較器產生的順序，返回給定collection 的最大元素。 collection 中的所有元素都必須是通過指定比較器可相互比較的

Collections.max(list) double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 }; List list = new ArrayList(); for (int i = 0; i < array.length; i++) { list.add(new Double(array[i])); } Collections.max(list); for (int i = 0; i <list.size(); i++) { System.out.println("list[" + i + "]=" + list.get(i)); } //結果：456

8) lastIndexOfSubList

返回指定源列表中最後一次出現指定目標列表的起始位置

int count = Collections.lastIndexOfSubList(list,li); double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 }; List list = new ArrayList(); List li = new ArrayList(); for (int i = 0; i < array.length; i++) { list.add(new Double(array[i])); } double arr[] = {111}; String str[] = {"dd","aa","bb","cc","ee"}; for(int j=0;j<arr.length;j++){ li.add(new Double(arr[j])); } Int locations = Collections. lastIndexOfSubList (list,li); System.out.println(“===”+ locations); //結果3

9) IndexOfSubList

返回指定源列表中第一次出現指定目標列表的起始位置

int count = Collections.indexOfSubList(list,li); double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 }; List list = new ArrayList(); List li = new ArrayList(); for (int i = 0; i < array.length; i++) { list.add(new Double(array[i])); } double arr[] = {111}; String str[] = {"dd","aa","bb","cc","ee"}; for(int j=0;j<arr.length;j++){ li.add(new Double(arr[j])); } Int locations = Collections.indexOfSubList(list,li); System.out.println(“===”+ locations); //結果1

10) Rotate

根據指定的距離循環移動指定列表中的元素
Collections.rotate(list,-1);
如果是負數，則正向移動，正數則方向移動

double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 }; List list = new ArrayList(); for (int i = 0; i < array.length; i++) { list.add(new Double(array[i])); } Collections.rotate(list,-1); for (int i = 0; i <list.size(); i++) { System.out.println("list[" + i + "]=" + list.get(i)); } //結果：111,23,456,231,112

以上這篇淺談Java中常用數據結構的實現類Collection和Map就是小編分享給大家的全部內容了，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持武林網。