java中的ArrayList 、List、LinkedList、Collection关系详解

一、基础介绍（Set、List、Map）

Set（集）：集合中的元素不按特定方式排序，并且没有重复对象。他的有些实现类能对集合中的对象按特定方式排序。
List（列表）：集合中的元素按索引位置排序，可以有重复对象，允许按照对象在集合中的索引位置检索对象。
Map（映射）：集合中的每一个元素包含一对键对象和值对象，集合中没有重复的键对象，值对象可以重复。他的有些实现类能对集合中的键对象进行排序。

二、基本接口和类型

1、Iterator接口

该接口允许遍历集合中的所有元素，一共有三个方法：

public boolean hasNext()：判断是否还有下一个元素。
public Object next()：取得下一个元素，注意返回值为 Object，可能需要类型转换。如果不再有可取元素，则抛出NoSuchElementException异常。在使用该方法之前，必须先使用hasNext()方法判断。
public void remove()：删除当前元素，很少用。

2、Collection接口

该接口是Set和List的父接口，主要提供了下面的方法：

public boolean add(Object?o)：往集合中添加新元素。添加成功，返回true，否则返回false。
public Iterator iterator()：返回Iterator对象，这样就可以遍历集合中的所有元素了。
public boolean contains(Object?o)：判断集合中是否包含指定的元素。
public int size()：取得集合中元素的个数。
public void clear()：删除集合中的所有元素。

Collection是最基本的集合接口，一个Collection代表一组Object，即Collection的元素（Elements）。一些Collection允许相同的元素而另一些不行。一些能排序而另一些不行。Java SDK不提供直接继承自Collection的类，JavaSDK提供的类都是继承自Collection的“子接口”如List和Set。
所有实现Collection接口的类都必须提供两个标准的构造函数：无参数的构造函数用于创建一个空的Collection，有一个Collection参数的构造函数用于创建一个新的Collection，这个新的Collection与传入的Collection有相同的元素。后一个构造函数允许用户复制一个Collection。
如何遍历Collection中的每一个元素？不论Collection的实际类型如何，它都支持一个iterator()的方法，该方法返回一个迭代子，使用该迭代子即可逐一访问Collection中每一个元素。典型的用法如下：

Iterator it = collection.iterator(); // 获得一个迭代子

    while(it.hasNext()) {

        Object obj = it.next(); // 得到下一个元素

    }

3、Set集合

Set是最简单的集合，集合中的对象不按照特定的方式排序。主要有如下两个实现：HashSet和TreeSet

3.1 HashSet

HashSet类按照哈希算法来存取集合中的对象，具有很好的存取性能。当HashSet向集合中加入一个对象时，会调用对象的hashCode()方法获取哈希码，然后根据这个哈希码进一步计算出对象在集合中的存放位置。

3.2 TreeSet

TreeSet实现了SortedSet接口，可以对集合中的元素排序。如何排序的内容请参考其他文档，这里不做详述。

4、List集合

List继承自Collection接口。List是一种有序集合，List中的元素可以根据索引（顺序号：元素在集合中处于的位置信息）进行取得/删除/插入操作。
跟Set集合不同的是，List允许有重复元素。对于满足e1.equals(e2)条件的e1与e2对象元素，可以同时存在于List集合中。当然，也有List的实现类不允许重复元素的存在。同时，List还提供一个listIterator()方法，返回一个ListIterator接口对象，和Iterator接口相比，ListIterator添加元素的添加，删除，和设定等方法，还能向前或向后遍历，具体的方法往下看。List接口的实现类主要有ArrayList，LinkedList，Vector，Stack等。

4.1 ArrayList类

ArrayList实现了可变大小的数组。它允许所有元素，包括null。ArrayList没有同步。size，isEmpty，get，set方法运行时间为常数。但是add方法开销为分摊的常数，添加n个元素需要O(n)的时间。其他的方法运行时间为线性。
每个ArrayList实例都有一个容量（Capacity），即用于存储元素的数组的大小。这个容量可随着不断添加新元素而自动增加，但是增长算法并没有定义。当需要插入大量元素时，在插入前可以调用ensureCapacity方法来增加ArrayList的容量以提高插入效率。

4.1.1 主要方法：

public boolean add(Object?o)：添加元素
public void add(int index, Object element)：在指定位置添加元素
public Iterator iterator()：取得Iterator对象便于遍历所有元素
public Object get(int?index)：根据索引获取指定位置的元素
public Object set(int index,Object element)：替换掉指定位置的元素

4.1.2 排序方法：

Collections.sort(List list)：对List的元素进行自然排序
Collections.sort(List list, Comparator comparator)：对List中的元素进行客户化排序

4.2 LinkedList类

LinkedList实现了List接口，允许null元素。此外LinkedList提供额外的get，remove，insert方法在LinkedList的首部或尾部。这些操作使LinkedList可被用作堆栈（stack），队列（queue）或双向队列（deque）。
注意LinkedList没有同步方法。如果多个线程同时访问一个List，则必须自己实现访问同步。一种解决方法是在创建List时构造一个同步的List：
List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));

5、Map

Map是一种把键对象和值对象进行映射的集合，它的每一个元素都包含一对键对象和值对象。
向Map添加元素时，必须提供键对象和值对象。
从Map中检索元素时，只要给出键对象，就可以返回对应的值对象。
键对象不能重复，但值对象可以重复。
Map有两种常见的实现类：HashMap和TreeMap。

5.1 HashMap

HashMap按照哈希算法来存取键对象，有很好的存取性能。和HashSet一样，要求当两个键对象通过equals()方法比较为true时，这两个键对象的hashCode()方法返回的哈希码也一样。

5.2 TreeMap

TreeMap实现了SortedMap接口，能对键对象进行排序。同TreeSet一样，TreeMap也支持自然排序和客户化排序两种方式。

5.3 方法列表

public Object put(Object key, Object value)：插入元素
public Object get(Object?key)：根据键对象获取值对象
public Set keySet()：取得所有键对象集合
public Collection values()：取得所有值对象集合
public Set entrySet()：取得Map.Entry对象集合，一个Map.Entry代表一个Map中的元素

6、总结

如果涉及到堆栈，队列等操作，应该考虑用List，对于需要快速插入，删除元素，应该使用LinkedList，如果需要快速随机访问元素，应该使用ArrayList。尽量返回接口而非实际的类型，如返回List而非ArrayList，这样如果以后需要将ArrayList换成LinkedList时，客户端代码不用改变。这就是针对抽象编程。

相关文章：ArrayList、LinkList的区别于速度对比

From:李秋

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