【Java】【集合】集合框架Collection

Java集合框架

• Java 集合，也称作容器，主要是由两大接口派生出来的：Collection 和 Map。
• Collection 存放单一元素。Map 存放 key-value 键值对。
  

Collection

1、List：

• ArrayList： Object[] 数组
• LinkedList： 双向链表

2、Set

• HashSet：基于 HashMap 实现
• LinkedHashSet： 是 HashSet 的子类，内部通过 LinkedHashMap 实现。
• TreeSet：有序，唯一，红黑树(自平衡的排序二叉树)

3、Queue

• PriorityQueue: Object[] 数组来实现二叉堆
• ArrayQueue: Object[] 数组 + 双指针

Map

1、HashMap

• 底层由数组和链表或红黑树组成。
• 当链表长度大于阈值（默认为 8）时，将链表转化为红黑树，以减少搜索时间。
• 如果当前数组的长度小于 64，那么会选择先进行数组扩容

2、LinkedHashMap

• LinkedHashMap 继承自 HashMap，底层由数组和链表或红黑树组成。
• 增加了一条双向链表，使得上面的结构可以保持键值对的插入顺序。

3、Hashtable

• 数组+链表组成的，数组是 Hashtable 的主体，链表则是主要为了解决哈希冲突而存在

4、TreeMap

• 红黑树（自平衡的排序二叉树）

List、Set、Queue、Map 区别

• List: 存储的元素是有序的、可重复的。
• Set: 存储的元素是无序的、不可重复的。
• Queue: 按特定的排队规则来确定先后顺序，存储的元素是有序的、可重复的。
• Map: key 是无序的、不可重复的，value 是无序的、可重复的，每个键最多映射到一个值。

ArrayList、LinkedList

• ArrayList 和 LinkedList 都是不同步的，也就是不保证线程安全；
• ArrayList 底层使用的是 Object 数组；LinkedList 底层使用的是 双向链表 数据结构。
• ArrayList 采用数组存储，插入和删除元素的时间复杂度受元素位置的影响。 末尾add是 O(1)，指定位置O(n-i)。
• LinkedList 采用链表存储，插入或者删除元素不受元素位置的影响，头尾插入 O(1)，指定位置O(n)，因为需要先移动到指定位置再插入。
• LinkedList 不支持高效的随机元素访问，而 ArrayList（实现了RandomAccess接口） 支持。
• ArrayList 的空 间浪费主要体现在在 list 列表的结尾会预留一定的容量空间，而 LinkedList 的空间花费则体现在它的每一个元素都需要消耗比 ArrayList 更多的空间（因为要存放直接后继和直接前驱以及数据）。
• 不会使用到 LinkedList，几乎都可以使用 ArrayList 来代替。

1、ArrayList

• 数组实现，可以随机访问，查找快。
• 物理连续性，增删中间元素需移动后续元素。
  指定 index 添加数据，就需要拷贝 index 后面的数据后移一位。
• 动态数组，初始化时是一个空数组，在第一次 add 时设置初始容量为 10，每次扩容都增加到原来的 1.5 倍。

2、LinkedList

• 链表实现，查找元素需从头访问。
• 增删快。

3、Vector

• 数组实现
• 弃用，线程安全，但是太多synchronized，效率低

4、ArrayList和Vector区别

• Vector线程安全
• 扩容机制，ArrayList增量右移一位即/2，新容量是原容量1.5倍。Vector新容量是2倍。

5、Stack

• 弃用，使用ArrayDeque实现

ArrayList 的扩容机制

HashSet、LinkedHashSet 、TreeSet

• 都不是线程安全的。
• HashSet 的底层数据结构是哈希表（基于 HashMap 实现），主要特点是无序的，基本操作都是 O(1) 的时间复杂度。
• LinkedHashSet 的底层数据结构是链表和哈希表（HashSet + LinkedList ），元素的插入和取出顺序满足 FIFO。
• TreeSet 底层数据结构是红黑树，元素是有序的，排序的方式有自然排序和定制排序。 用于支持对元素自定义排序规则的场景。

Queue 、Deque

• Queue 是单端队列，只能从一端插入元素，另一端删除元素，实现上一般遵循 先进先出（FIFO） 规则。
• Deque 是双端队列，在队列的两端均可以插入或删除元素。

ArrayDeque 、 LinkedList

• ArrayDeque 和 LinkedList 都实现了 Deque 接口，两者都具有队列的功能。
• ArrayDeque 是基于可变长的数组和双指针来实现，而 LinkedList 则通过链表来实现。
• ArrayDeque 不支持存储 NULL 数据，但 LinkedList 支持。
• ArrayDeque 插入时可能存在扩容过程, 不过均摊后的插入操作依然为 O(1)。
• LinkedList 不需要扩容，但是每次插入数据时均需要申请新的堆空间，均摊性能相比更慢。
• 选用 ArrayDeque 来实现队列要比 LinkedList 更好。
• ArrayDeque 也可以用于实现栈。

PriorityQueue

• PriorityQueue 利用了二叉堆的数据结构来实现的，底层使用可变长的数组来存储数据
• PriorityQueue 通过堆元素的上浮和下沉，实现了在 O(logn) 的时间复杂度内插入元素和删除堆顶元素。
• PriorityQueue 是非线程安全的，且不支持存储 NULL 和 non-comparable 的对象。
• PriorityQueue 默认是小顶堆，但可以接收一个 Comparator 作为构造参数，从而来自定义元素优先级的先后。

1、Queue两组API，功能相同，用法区别：

2、 Deque双端队列，针对两端：

3、实现类：LinkedList、ArrayDeque、PriorityQueue

• 普通队列：LinkedList、ArrayDeque
• 优先队列：PriorityQueue
• 栈：ArrayDeque
• LinkedList、ArrayDeque区别
  ①ArrayDeque 是一个可扩容的数组，LinkedList 是链表结构；
  ②ArrayDeque 里不可以存 null 值，但是 LinkedList 可以；
  ③ArrayDeque 在操作头尾端的增删操作时更高效，但是 LinkedList 只有在当要移除中间某个元素且已经找到了这个元素后的移除才是 O(1) 的；
  ④ArrayDeque 在内存使用方面更高效。
  所以，只要不是必须要存 null 值，就选择 ArrayDeque 吧！

Collection

常用API，操作集合CRUD（Create, Read, Update, and Delete）：

boolean add(E e);
boolean addAll(Collection<? extends E> c);
boolean remove(Object o);
boolean removeAll(Collection<?> c);
boolean contains(Object o);
boolean containsAll(Collection<?> c);
boolean isEmpty();
int size();
Object[] toArray(); // 集合转数组

Comparator、Comparable

• Comparator ：Collections.sort()重写Comparator的compare实现。

Collections.sort(arrayList, new Comparator<Integer>() {

    @Override
    public int compare(Integer o1, Integer o2) {
        return o2.compareTo(o1);
    }
});

• Comparable：接口，重写compareTo的实现。

public  class Person implements Comparable<Person> {
    @Override
    public int compareTo(Person o) {
        if (this.age > o.getAge()) {
            return 1;
        }
        if (this.age < o.getAge()) {
            return -1;
        }
        return 0;
    }
}

Collections方法

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参考
https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwNDA2OTM1Ng==&mid=2453144514&idx=2&sn=3b14fa92bd3d129d5c60a2eea0c5869f&scene=21#