老哥，您看我这篇 Java 集合，还有机会评优吗？

集合在我们日常开发使用的次数数不胜数，ArrayList/LinkedList/HashMap/HashSet······信手拈来，抬手就拿来用，在 IDE 上龙飞凤舞，但是作为一名合格的优雅的程序猿，仅仅了解怎么使用API是远远不够的，如果在调用API时，知道它内部发生了什么事情，就像开了透视外挂一样，洞穿一切，这种感觉才真的爽，而且这样就不是集合提供什么功能给我们使用，而是我们选择使用它的什么功能了。





集合框架总览



下图堪称集合框架的上帝视角，讲到集合框架不得不看的就是这幅图，当然，你会觉得眼花缭乱，不知如何看起，这篇文章带你一步一步地秒杀上面的每一个接口、抽象类和具体类。我们将会从最顶层的接口开始讲起，一步一步往下深入，帮助你把对集合的认知构建起一个知识网络。





工欲善其事必先利其器，让我们先来过一遍整个集合框架的组成部分：



1. 集合框架提供了两个遍历接口：Iterator和ListIterator，其中后者是前者的优化版，支持在任意一个位置进行**前后双向遍历**。注意图中的Collection应当继承的是Iterable而不是Iterator，后面会解释Iterable和Iterator的区别

2. 整个集合框架分为两个门派（类型）：Collection和Map，前者是一个容器，存储一系列的**对象**；后者是键值对<key, value>，存储一系列的键值对

3. 在集合框架体系下，衍生出四种具体的集合类型：Map、Set、List、Queue

4. Map存储<key,value>键值对，查找元素时通过key查找value

5. Set内部存储一系列不可重复的对象，且是一个无序集合，对象排列顺序不一

6. List内部存储一系列可重复的对象，是一个有序集合，对象按插入顺序排列

7. Queue是一个队列容器，其特性与List相同，但只能从队头和队尾操作元素

8. JDK 为集合的各种操作提供了两个工具类Collections和Arrays，之后会讲解工具类的常用方法

9. 四种抽象集合类型内部也会衍生出许多具有不同特性的集合类，不同场景下择优使用，没有最佳的集合



上面了解了整个集合框架体系的组成部分，接下来的章节会严格按照上面罗列的顺序进行讲解，每一步都会有承上启下的作用



学习Set前，最好最好要先学习Map，因为Set的操作本质上是对Map的操作，往下看准没错



Iterator Iterable ListIterator



在第一次看这两个接口，真以为是一模一样的，没发现里面有啥不同，存在即合理，它们两个还是有本质上的区别的。



首先来看Iterator接口：



public interface Iterator<E> {
    boolean hasNext();
    E next();
    void remove();
}



提供的API接口含义如下：



• hasNext()：判断集合中是否存在下一个对象

• next()：返回集合中的下一个对象，并将访问指针移动一位

• remove()：删除集合中调用next()方法返回的对象



在早期，遍历集合的方式只有一种，通过Iterator迭代器操作



List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
Iterator iter = list.iterator();
while (iter.hasNext()) {
    Integer next = iter.next();
    System.out.println(next);
    if (next == 2) { iter.remove(); }
}



再来看Iterable接口：



public interface Iterable<T> {
    Iterator<T> iterator();
    // JDK 1.8
    default void forEach(Consumer<? super T> action) {
        Objects.requireNonNull(action);
        for (T t : this) {
            action.accept(t);
        }
    }
}



可以看到Iterable接口里面提供了Iterator接口，所以实现了Iterable接口的集合依旧可以使用迭代器遍历和操作集合中的对象；



而在 JDK 1.8中，Iterable提供了一个新的方法forEach()，它允许使用增强 for 循环遍历对象。



List<Integer> list = new ArrayList<>();
for (Integer num : list) {
    System.out.println(num);
}



我们通过命令：javap -c反编译上面的这段代码后，发现它只是 Java 中的一个语法糖，本质上还是调用Iterator去遍历。





翻译成代码，就和一开始的Iterator迭代器遍历方式基本相同了。



Iterator iter = list.iterator();
while (iter.hasNext()) {
    Integer num = iter.next();
    System.out.println(num);
}



还有更深层次的探讨：为什么要设计两个接口Iterable和Iterator，而不是保留其中一个就可以了。

>

简单讲解：Iterator的保留可以让子类去实现自己的迭代器，而Iterable接口更加关注于for-each的增强语法。具体可参考：Java中的Iterable与Iterator详解



关于Iterator和Iterable的讲解告一段落，下面来总结一下它们的重点：



1. Iterator是提供集合操作内部对象的一个迭代器，它可以遍历、移除对象，且只能够单向移动

2. Iterable是对Iterator的封装，在JDK 1.8时，实现了Iterable接口的集合可以使用**增强 for 循环**遍历集合对象，我们通过反编译后发现底层还是使用Iterator迭代器进行遍历



等等，这一章还没完，还有一个ListIterator。它继承 Iterator 接口，在遍历List集合时可以从任意索引下标开始遍历，而且支持双向遍历。



ListIterator 存在于 List 集合之中，通过调用方法可以返回起始下标为 index的迭代器



List<Integer> list = new ArrayList<>();
// 返回下标为0的迭代器
ListIterator<Integer> listIter1 = list.listIterator(); 
// 返回下标为5的迭代器
ListIterator<Integer> listIter2 = list.listIterator(5); 



ListIterator 中有几个重要方法，大多数方法与 Iterator 中定义的含义相同，但是比 Iterator 强大的地方是可以在任意一个下标位置返回该迭代器，且可以实现双向遍历。



public interface ListIterator<E> extends Iterator<E> {
    boolean hasNext();
    E next();
    boolean hasPrevious();
    E previous();
    int nextIndex();
    int previousIndex();
    void remove();
    // 替换当前下标的元素,即访问过的最后一个元素
    void set(E e);
    void add(E e);
}



Map 和 Collection 接口



Map 接口和 Collection 接口是集合框架体系的两大门派，Collection 是存储元素本身，而 Map 是存储<key, value>键值对，在 Collection 门派下有一小部分弟子去偷师，利用 Map 门派下的弟子来修炼自己。



是不是听的一头雾水哈哈哈，举个例子你就懂了：HashSet底层利用了HashMap，TreeSet底层用了TreeMap，LinkedHashSet底层用了LinkedHashMap。



下面我会详细讲到各个具体集合类哦，所以在这里，我们先从整体上了解这两个门派的特点和区别。





Map接口定义了存储的数据结构是<key, value>形式，根据 key 映射到 value，一个 key 对应一个 value ，所以key不可重复，而value可重复。



在Map接口下会将存储的方式细分为不同的种类：



• SortedMap接口：该类映射可以对<key, value>按照自己的规则进行排序，具体实现有 TreeMap

• AbsractMap：它为子类提供好一些通用的API实现，所有的具体Map如HashMap都会继承它



而Collection接口提供了所有集合的通用方法（注意这里不包括Map）：



• 添加方法：add(E e) / addAll(Collection<? extends E> var1)

• 删除方法：remove(Object var1) / removeAll(Collection<?> var1)

• 查找方法：contains(Object var1) / containsAll(Collection<?> var1);

• 查询集合自身信息：size() / isEmpty()

• ···



在Collection接口下，同样会将集合细分为不同的种类：



• Set接口：一个不允许存储重复元素的**无序**集合，具体实现有HashSet / TreeSet···

• List接口：一个可存储重复元素的**有序**集合，具体实现有ArrayList / LinkedList···

• Queue接口：一个可存储重复元素的**队列**，具体实现有PriorityQueue / ArrayDeque···



Map 集合体系详解



Map接口是由<key, value>组成的集合，由key映射到**唯一**的value，所以Map不能包含重复的key，每个键至多映射一个值。下图是整个 Map 集合体系的主要组成部分，我将会按照日常使用频率从高到低一一讲解。



不得不提的是 Map 的设计理念：定位元素的时间复杂度优化到 O(1)



Map 体系下主要分为 AbstractMap 和 SortedMap两类集合



AbstractMap是对 Map 接口的扩展，它定义了普通的 Map 集合具有的通用行为，可以避免子类重复编写大量相同的代码，子类继承 AbstractMap 后可以重写它的方法，实现额外的逻辑，对外提供更多的功能。



SortedMap 定义了该类 Map 具有 排序行为，同时它在内部定义好有关排序的抽象方法，当子类实现它时，必须重写所有方法，对外提供排序功能。



<img src="https://cdn.nlark.com/yuque/0/2020/png/1694029/1596032812883-d74e0796-09ad-41cd-8c7c-46e01775ec75.png" alt="image.png" style="zoom:67%;" />



HashMap



HashMap 是一个最通用的利用哈希表存储元素的集合，将元素放入 HashMap 时，将key的哈希值转换为数组的索引下标**确定存放位置**，查找时，根据key的哈希地址转换成数组的索引下标确定查找位置。



HashMap 底层是用数组 + 链表 + 红黑树这三种数据结构实现，它是非线程安全的集合。





发送哈希冲突时，HashMap 的解决方法是将相同映射地址的元素连成一条链表，如果链表的长度大于8时，且数组的长度大于64则会转换成红黑树数据结构。



关于 HashMap 的简要总结：



1. 它是集合中最常用的Map集合类型，底层由数组 + 链表 + 红黑树组成

2. HashMap不是线程安全的

3. 插入元素时，通过计算元素的哈希值，通过哈希映射函数转换为数组下标；查找元素时，同样通过哈希映射函数得到数组下标定位元素的位置



LinkedHashMap



LinkedHashMap 可以看作是 HashMap 和 LinkedList 的结合：它在 HashMap 的基础上添加了一条双向链表，默认存储各个元素的插入顺序，但由于这条双向链表，使得 LinkedHashMap 可以实现 LRU缓存淘汰策略，因为我们可以设置这条双向链表按照元素的访问次序进行排序





LinkedHashMap 是 HashMap 的子类，所以它具备 HashMap 的所有特点，其次，它在 HashMap 的基础上维护了一条双向链表，该链表存储了**所有元素**，默认元素的顺序与插入顺序**一致**。若accessOrder属性为true，则遍历顺序按元素的访问次序进行排序。



// 头节点
transient LinkedHashMap.Entry<K, V> head;
// 尾结点
transient LinkedHashMap.Entry<K, V> tail;



利用 LinkedHashMap 可以实现 LRU 缓存淘汰策略，因为它提供了一个方法：



protected boolean removeEldestEntry(java.util.Map.Entry<K, V> eldest) {
    return false;
}



该方法可以移除最靠近链表头部的一个节点，而在get()方法中可以看到下面这段代码，其作用是挪动结点的位置：



if (this.accessOrder) {
    this.afterNodeAccess(e);
}



只要调用了get()且accessOrder = true，则会将该节点更新到链表尾部，具体的逻辑在afterNodeAccess()中，感兴趣的可翻看源码，篇幅原因这里不再展开。



现在如果要实现一个LRU缓存策略，则需要做两件事情：



• 指定accessOrder = true可以设定链表按照访问顺序排列，通过提供的构造器可以设定accessOrder



public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor, boolean accessOrder) {
    super(initialCapacity, loadFactor);
    this.accessOrder = accessOrder;
}



• 重写removeEldestEntry()方法，内部定义逻辑，通常是判断容量是否达到上限，若是则执行淘汰。



这里就要贴出一道大厂面试必考题目：146. LRU缓存机制，只要跟着我的步骤，就能顺利完成这道大厂题了。



关于 LinkedHashMap 主要介绍两点：



1. 它底层维护了一条双向链表，因为继承了 HashMap，所以它也不是线程安全的

2. LinkedHashMap 可实现LRU缓存淘汰策略，其原理是通过设置accessOrder为true并重写removeEldestEntry方法定义淘汰元素时需满足的条件



TreeMap



TreeMap 是 SortedMap 的子类，所以它具有排序功能。它是基于红黑树数据结构实现的，每一个键值对<key, value>都是一个结点，默认情况下按照key自然排序，另一种是可以通过传入定制的Comparator进行自定义规则排序。



// 按照 key 自然排序，Integer 的自然排序是升序
TreeMap<Integer, Object> naturalSort = new TreeMap<>();
// 定制排序，按照 key 降序排序
TreeMap<Integer, Object> customSort = new TreeMap<>((o1, o2) -> Integer.compare(o2, o1));



TreeMap 底层使用了数组+红黑树实现，所以里面的存储结构可以理解成下面这幅图哦。





图中红黑树的每一个节点都是一个Entry，在这里为了图片的简洁性，就不标明 key 和 value 了，注意这些元素都是已经按照key排好序了，整个数据结构都是保持着有序 的状态！



关于自然排序与定制排序：



• 自然排序：要求key必须实现Comparable接口。



由于Integer类实现了 Comparable 接口，按照自然排序规则是按照key从小到大排序。



TreeMap<Integer, String> treeMap = new TreeMap<>();
treeMap.put(2, "TWO");
treeMap.put(1, "ONE");
System.out.print(treeMap);
// {1=ONE, 2=TWO}



• 定制排序：在初始化 TreeMap 时传入新的Comparator，**不**要求key实现 Comparable 接口



TreeMap<Integer, String> treeMap = new TreeMap<>((o1, o2) -> Integer.compare(o2, o1));
treeMap.put(1, "ONE");
treeMap.put(2, "TWO");
treeMap.put(4, "FOUR");
treeMap.put(3, "THREE");
System.out.println(treeMap);
// {4=FOUR, 3=THREE, 2=TWO, 1=ONE}



通过传入新的Comparator比较器，可以覆盖默认的排序规则，上面的代码按照key降序排序，在实际应用中还可以按照其它规则自定义排序。



compare()方法的返回值有三种，分别是：0，-1，+1



（1）如果返回0，代表两个元素相等，不需要调换顺序



（2）如果返回+1，代表前面的元素需要与后面的元素调换位置



（3）如果返回-1，代表前面的元素不需要与后面的元素调换位置



而何时返回+1和-1，则由我们自己去定义，JDK默认是按照**自然排序**，而我们可以根据key的不同去定义降序还是升序排序。



关于 TreeMap 主要介绍了两点：



1. 它底层是由红黑树这种数据结构实现的，所以操作的时间复杂度恒为O(logN)

2. TreeMap 可以对key进行自然排序或者自定义排序，自定义排序时需要传入Comparator，而自然排序要求key实现了Comparable接口

3. TreeMap 不是线程安全的。



WeakHashMap



WeakHashMap 日常开发中比较少见，它是基于普通的Map实现的，而里面Entry中的键在每一次的垃圾回收都会被清除掉，所以非常适合用于**短暂访问、仅访问一次**的元素，缓存在WeakHashMap中，并尽早地把它回收掉。



当Entry被GC时，WeakHashMap 是如何感知到某个元素被回收的呢？



在 WeakHashMap 内部维护了一个引用队列queue



private final ReferenceQueue<Object> queue = new ReferenceQueue<>();



这个 queue 里包含了所有被GC掉的键，当JVM开启GC后，如果回收掉 WeakHashMap 中的 key，会将 key 放入queue 中，在expungeStaleEntries()中遍历 queue，把 queue 中的所有key拿出来，并在 WeakHashMap 中删除掉，以达到同步。



private void expungeStaleEntries() {
    for (Object x; (x = queue.poll()) != null; ) {
        synchronized (queue) {
            // 去 WeakHashMap 中删除该键值对
        }
    }
}



再者，需要注意 WeakHashMap 底层存储的元素的数据结构是数组 + 链表，没有红黑树哦，可以换一个角度想，如果还有红黑树，那干脆直接继承 HashMap ，然后再扩展就完事了嘛，然而它并没有这样做：



public class WeakHashMap<K, V> extends AbstractMap<K, V> implements Map<K, V> {
    
}



所以，WeakHashMap 的数据结构图我也为你准备好啦。





图中被虚线标识的元素将会在下一次访问 WeakHashMap 时被删除掉，WeakHashMap 内部会做好一系列的调整工作，所以记住队列的作用就是标志那些已经被GC回收掉的元素。



关于 WeakHashMap 需要注意两点：



1. 它的键是一种弱键，放入 WeakHashMap 时，随时会被回收掉，所以不能确保某次访问元素一定存在

2. 它依赖普通的Map进行实现，是一个非线程安全的集合

3. WeakHashMap 通常作为缓存使用，适合存储那些只需访问一次、或*只需保存短暂时间*的键值对



Hashtable



Hashtable 底层的存储结构是数组 + 链表，而它是一个线程安全的集合，但是因为这个线程安全，它就被淘汰掉了。



下面是Hashtable存储元素时的数据结构图，它只会存在数组+链表，当链表过长时，查询的效率过低，而且会长时间锁住 Hashtable。





这幅图是否有点眼熟哈哈哈哈，本质上就是 WeakHashMap 的底层存储结构了。你千万别问为什么 WeakHashMap 不继承 Hashtable 哦，Hashtable 的性能在并发环境下非常差，在非并发环境下可以用HashMap更优。



HashTable 本质上是 HashMap 的前辈，它被淘汰的原因也主要因为两个字：性能



HashTable 是一个 线程安全 的 Map，它所有的方法都被加上了 synchronized 关键字，也是因为这个关键字，它注定成为了时代的弃儿。



HashTable 底层采用 数组+链表 存储键值对，由于被弃用，后人也没有对它进行任何改进



HashTable 默认长度为 11，负载因子为 0.75F，即元素个数达到数组长度的 75% 时，会进行一次扩容，每次扩容为原来数组长度的 2 倍



HashTable 所有的操作都是线程安全的。



Collection 集合体系详解



Collection 集合体系的顶层接口就是Collection，它规定了该集合下的一系列行为约定。



该集合下可以分为三大类集合：List，Set和Queue



Set接口定义了该类集合不允许存储重复的元素，且任何操作时均需要通过哈希函数映射到集合内部定位元素，集合内部的元素默认是*无序*的。



List接口定义了该类集合允许存储重复的元素，且集合内部的元素按照元素插入的顺序有序排列，可以通过索引访问元素。



Queue接口定义了该类集合是以队列作为存储结构，所以集合内部的元素有序排列，仅可以操作头结点元素，无法访问队列中间的元素。



上面三个接口是最普通，最抽象的实现，而在各个集合接口内部，还会有更加具体的表现，衍生出各种不同的额外功能，使开发者能够对比各个集合的优势，择优使用。





Set 接口



Set接口继承了Collection接口，是一个不包括重复元素的集合，更确切地说，Set 中任意两个元素不会出现 o1.equals(o2)，而且 Set 至多只能存储一个 NULL 值元素，Set 集合的组成部分可以用下面这张图概括：





在 Set 集合体系中，我们需要着重关注两点：



• 存入可变元素时，必须非常小心，因为任意时候元素状态的改变都有可能使得 Set 内部出现两个相等的元素，即 o1.equals(o2) = true，所以一般不要更改存入 Set 中的元素，否则将会破坏了 equals() 的作用！



• Set 的最大作用就是判重，在项目中最大的作用也是判重！



接下来我们去看它的实现类和子类： AbstractSet 和 SortedSet



AbstractSet 抽象类



AbstractSet 是一个实现 Set 的一个抽象类，定义在这里可以将所有具体 Set 集合的相同行为在这里实现，避免子类包含大量的重复代码



所有的 Set 也应该要有相同的 hashCode() 和 equals() 方法，所以使用抽象类把该方法重写后，子类无需关心这两个方法。



public abstract class AbstractSet<E> implements Set<E> {
    // 判断两个 set 是否相等
    public boolean equals(Object o) {
        if (o == this) { // 集合本身
            return true;
        } else if (!(o instanceof Set)) { // 集合不是 set
            return false;
        } else {
            // 比较两个集合的元素是否全部相同
        }
    }
    // 计算所有元素的 hashcode 总和
    public int hashCode() { 
        int h = 0;
        Iterator i = this.iterator();
        while(i.hasNext()) {
            E obj = i.next();
            if (obj != null) {
                h += obj.hashCode();
            }
        }
        return h;
    }
}



SortedSet 接口



SortedSet 是一个接口，它在 Set 的基础上扩展了排序的行为，所以所有实现它的子类都会拥有排序功能。



public interface SortedSet<E> extends Set<E> {
    // 元素的比较器,决定元素的排列顺序
    Comparator<? super E> comparator(); 
    // 获取 [var1, var2] 之间的 set
    SortedSet<E> subSet(E var1, E var2); 
    // 获取以 var1 开头的 Set
    SortedSet<E> headSet(E var1); 
    // 获取以 var1 结尾的 Set
    SortedSet<E> tailSet(E var1); 
    // 获取首个元素
    E first(); 
    // 获取最后一个元素
    E last();
}



HashSet



HashSet 底层借助 HashMap 实现，我们可以观察它的多个构造方法，本质上都是 new 一个 HashMap



这也是这篇文章为什么先讲解 Map 再讲解 Set 的原因！先学习 Map，有助于理解 Set



public class HashSet<E> extends AbstractSet<E> implements Set<E>, Cloneable, Serializable {
    public HashSet() {
        this.map = new HashMap();
    }
    public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
        this.map = new HashMap(initialCapacity, loadFactor);
    }
    public HashSet(int initialCapacity) {
        this.map = new HashMap(initialCapacity);
    }
}



我们可以观察 add() 方法和remove()方法是如何将 HashSet 的操作嫁接到 HashMap 的。



private static final Object PRESENT = new Object();
public boolean add(E e) {
    return this.map.put(e, PRESENT) == null;
}
public boolean remove(Object o) {
        return this.map.remove(o) == PRESENT;
}



我们看到 PRESENT 就是一个静态常量：使用 PRESENT 作为 HashMap 的 value 值，使用HashSet的开发者只需关注于需要插入的 key，**屏蔽**了 HashMap 的 value





上图可以观察到每个Entry的value都是 PRESENT 空对象，我们就不用再理会它了。



HashSet 在 HashMap 基础上实现，所以很多地方可以联系到 HashMap：



• 底层数据结构：HashSet 也是采用数组 + 链表 + 红黑树实现

• 线程安全性：由于采用 HashMap 实现，而 HashMap 本身线程不安全，在HashSet 中没有添加额外的同步策略，所以 HashSet 也线程不安全

• 存入 HashSet 的对象的状态最好不要发生变化，因为有可能改变状态后，在集合内部出现两个元素o1.equals(o2)，破坏了 equals()的语义。



LinkedHashSet



LinkedHashSet 的代码少的可怜，不信我给你我粘出来





少归少，还是不能闹，LinkedHashSet继承了HashSet，我们跟随到父类 HashSet 的构造方法看看



HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
    this.map = new LinkedHashMap(initialCapacity, loadFactor);
}



发现父类中 map 的实现采用LinkedHashMap，这里注意不是HashMap，而 LinkedHashMap 底层又采用 HashMap + 双向链表 实现的，所以本质上 LinkedHashSet 还是使用 HashMap 实现的。



LinkedHashSet -> LinkedHashMap -> HashMap + 双向链表





而 LinkedHashMap 是采用 HashMap和双向链表实现的，这条双向链表中保存了元素的插入顺序。所以 LinkedHashSet 可以按照元素的插入顺序遍历元素，如果你熟悉LinkedHashMap，那 LinkedHashSet 也就更不在话下了。



关于 LinkedHashSet 需要注意几个地方：



• 它继承了 HashSet，而 HashSet 默认是采用 HashMap 存储数据的，但是 LinkedHashSet 调用父类构造方法初始化 map 时是 LinkedHashMap 而不是 HashMap，这个要额外注意一下

• 由于 LinkedHashMap 不是线程安全的，且在 LinkedHashSet 中没有添加额外的同步策略，所以 LinkedHashSet 集合也不是线程安全的



TreeSet



TreeSet 是基于 TreeMap 的实现，所以存储的元素是有序的，底层的数据结构是数组 + 红黑树。





而元素的排列顺序有2种，和 TreeMap 相同：自然排序和定制排序，常用的构造方法已经在下面展示出来了，TreeSet 默认按照自然排序，如果需要定制排序，需要传入Comparator。



public TreeSet() { 
    this(new TreeMap<E,Object>());
}
public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) {
    this(new TreeMap<>(comparator));
}



TreeSet 应用场景有很多，像在游戏里的玩家战斗力排行榜



public class Player implements Comparable<Integer> {
    public String name;
    public int score;
    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        return Integer.compareTo(this.score, o.score);
    }
}
public static void main(String[] args) {
    Player s1 = new Player("张三", 100);
    Player s2 = new Player("李四", 90);
    Player s3 = new Player("王五", 80);
    TreeSet<Player> set = new TreeSet();
    set.add(s2); set.add(s1); set.add(s3);
    System.out.println(set);
}
// [Student{name='王五', score=80}, Student{name='李四', score=90}, Student{name='张三', score=100}]



对 TreeSet 介绍了它的主要实现方式和应用场景，有几个值得注意的点。



• TreeSet 的所有操作都会转换为对 TreeMap 的操作，TreeMap 采用红黑树实现，任意操作的平均时间复杂度为 O(logN)

• TreeSet 是一个线程不安全的集合

• TreeSet 常应用于对不重复的元素定制排序，例如玩家战力排行榜



注意:TreeSet判断元素是否重复的方法是判断compareTo()方法是否返回0，而不是调用 hashcode() 和 equals() 方法，如果返回 0 则认为集合内已经存在相同的元素，不会再加入到集合当中。



List 接口



List 接口和 Set 接口齐头并进，是我们日常开发中接触的很多的一种集合类型了。整个 List 集合的组成部分如下图



<img src="https://cdn.nlark.com/yuque/0/2020/png/1694029/1596123811338-4c47cdc8-bac9-4670-91ee-6d8a82159bc6.png" alt="img" style="zoom:67%;" />



List 接口直接继承 Collection 接口，它定义为可以存储重复元素的集合，并且元素按照插入顺序有序排列，且可以通过索引访问指定位置的元素。常见的实现有：ArrayList、LinkedList、Vector和Stack



AbstractList 和 AbstractSequentialList



AbstractList 抽象类实现了 List 接口，其内部实现了所有的 List 都需具备的功能，子类可以专注于实现自己具体的操作逻辑。



// 查找元素 o 第一次出现的索引位置
public int indexOf(Object o)
// 查找元素 o 最后一次出现的索引位置
public int lastIndexOf(Object o)
//···



AbstractSequentialList 抽象类继承了 AbstractList，在原基础上限制了访问元素的顺序只能够按照顺序访问，而*不支持随机访问*，如果需要满足随机访问的特性，则继承 AbstractList。子类 LinkedList 使用链表实现，所以仅能支持顺序访问，顾继承了 AbstractSequentialList而不是 AbstractList。



Vector





Vector 在现在已经是一种过时的集合了，包括继承它的 Stack 集合也如此，它们被淘汰的原因都是因为性能低下。



JDK 1.0 时代，ArrayList 还没诞生，大家都是使用 Vector 集合，但由于 Vector 的每个操作都被 synchronized 关键字修饰，即使在线程安全的情况下，仍然进行无意义的加锁与释放锁，造成额外的性能开销，做了无用功。



public synchronized boolean add(E e);
public synchronized E get(int index);



在 JDK 1.2 时，Collection 家族出现了，它提供了大量高性能、适用於不同场合的集合，而 Vector 也是其中一员，但由于 Vector 在每个方法上都加了锁，由于需要兼容许多老的项目，很难在此基础上优化Vector了，所以渐渐地也就被历史淘汰了。



现在，在线程安全的情况下，不需要选用 Vector 集合，取而代之的是 ArrayList 集合；在并发环境下，出现了 CopyOnWriteArrayList，Vector 完全被弃用了。



Stack





Stack是一种后入先出（LIFO）型的集合容器，如图中所示，大雄是最后一个进入容器的，top指针指向大雄，那么弹出元素时，大雄也是第一个被弹出去的。



Stack 继承了 Vector 类，提供了栈顶的压入元素操作（push）和弹出元素操作（pop），以及查看栈顶元素的方法（peek）等等，但由于继承了 Vector，正所谓跟错老大没福报，Stack 也渐渐被淘汰了。



取而代之的是后起之秀 Deque接口，其实现有 ArrayDeque，该数据结构更加完善、可靠性更好，依靠队列也可以实现LIFO的栈操作，所以优先选择 ArrayDeque 实现栈。



Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<Integer>();



ArrayDeque 的数据结构是：数组，并提供头尾指针下标对数组元素进行操作。本文也会讲到哦，客官请继续往下看，莫着急！:smile:



ArrayList



ArrayList 以数组作为存储结构，它是线程不安全的集合；具有查询快、在数组中间或头部增删慢的特点，所以它除了线程不安全这一点，其余可以替代Vector，而且线程安全的 ArrayList 可以使用 CopyOnWriteArrayList代替 Vector。





关于 ArrayList 有几个重要的点需要注意的：



• 具备随机访问特点，访问元素的效率较高，ArrayList 在频繁插入、删除集合元素的场景下效率较低。



• 底层数据结构：ArrayList 底层使用数组作为存储结构，具备查找快、增删慢的特点



• 线程安全性：ArrayList 是线程不安全的集合



• ArrayList 首次扩容后的长度为 10，调用 add() 时需要计算容器的最小容量。可以看到如果数组elementData为空数组，会将最小容量设置为10，之后会将数组长度完成首次扩容到 10。