1、前言

1.1由来

Java是面向对象的语言，我们在编程的时候自然需要存储对象的容器，数组可以满足这个需求，但是数组初始化时长度是固定的，但是我们往往需要一个长度可变化的容器，因此，集合出现了。

1.2集合与数组的区别

（1）长度区别：集合长度可变，数组长度不可变

（2）内容区别：集合可存储不同类型元素，数组存储只可单一类型元素

（3）元素区别：集合只能存储引用类型元素，数组可存储引用类型，也可存储基本类型

1.3集合概述

Java集合框架图：

注：上图中粉红色的为接口，紫色的和蓝色框为实现类。

Java集合要从两大接口说起，一为Collection接口，二为Map接口，它们是同一个层次的。

Collection接口被List接口和Set接口继承；

List接口有三个实现类，ArrayList，LinkedList，Vector；

Set接口被HashSet类实现，被SortedSet接口继承，同时TreeSet类实现SortedSet接口，LinkedHashSet类继承HashSet类；

Map接口有两个实现类，HashMap，HashTable，同时Propertise类继承HashTable；

Map接口被SortedMap接口继承，同时TreeMap类实现了SortedMap接口；

2、详述

2.1Collection接口（单列集合）

Collection接口是单列集合的最顶层接口，定义了一些通用的方法。

add(E e)添加元素; clear()清空元素; remove(E e)移除元素; size()元素数量;

toArray()集合转数组; contains(E e)判断元素是否存在; isEmpty()判断集合是否为空;

2.1.1List 接口

特点：有索引，精准操作元素；

元素有序，存储及取出时顺序一致；

元素可重复，通过.equals()比较是否重复。

它利用索引(index)，定义了一些特殊方法：

get(int index,E e) 获取指定位置的元素；remove(int index)移除指定位置的元素;

add(int index,E e) 将元素添加到指定位置；set(int index,E e) 用元素替换指定位置的元素；

2.1.1.1ArrayList实现类

数据结构：数组；

特点：查询快，增删慢，主要用于查询遍历数据，为最常用集合之一；

底层分析：数组结构是有序的元素序列，在内存中开辟一段连续的空间，在空间中存放元素，每个空间都有编号，通过编号可以快速找到相应元素，因此查询快；数组初始化时长度是固定的，要想增删元素，必须创建一个新数组，把源数组的元素复制进来，随后源数组销毁，耗时长，因此增删慢。

2.1.1.2LinkedList实现类

数据结构：双向链表；

特点：查询慢，增删快；

底层分析：链表分为单向和双向，就是一条链子和两条链子的区别；多出的那条链子记录了元素的顺序，因此单向链表结构无序，双向链表结构有序；链表结构没有索引，因此查询慢；链表的增删只需在原有的基础上连上链子或切断链子，因此增删快。

特有方法：getFirst() 返回开头元素； getLast() 返回结尾元素；

pop() 从所在堆栈中获取一个元素； push(E e) 将元素推入所在堆栈；

addFirst(E e) 添加元素到开头，头插； addLast(E e) 添加元素到结尾，尾插；

2.1.1.3Vector实现类(基本不用)

数据结构：数组；

特点：查询快，增删慢

底层分析：和ArrayList一样，都是数组实现，因此具有相似的特性，它们之间的区别在于Vector是线程安全的，效率低，ArrayList是线程不安全的，但效率高。

ps:Vector在JDK1.0就出现了，在JDK1.2集合出现的时候，Vector就归为List的实现类之一，这时候ArrayList才出现。Vector是一个古老的集合，《Java编程思想》中提到了它有一些遗留的缺点，因此不建议使用。

2.1.2Set接口

特点：元素不可重复；

元素无序，存储及取出时顺序不一致；

没有索引，因此不能使用普通For循环遍历；

Set与Collection 接口中的方法基本一致，没有进行功能上的扩充；

2.1.2.1HashSet实现类

数据结构：JDK1.8之前：哈希表（数组+单向链表）；JDK1.8之后：哈希表（数组+单向链表+红黑树），当链表长度超过阈值（8）时，链表将转换为红黑树。

特点：查询快，元素无序，元素不可重复，没有索引；

底层分析：哈希表底层用数组+单向链表实现，即使用链表处理冲突，同一Hash值的元素都存储在一个链表里，但是当位于一个链表中的元素较多，即Hash值相等的元素较多，通过key值依次查找的效率降低。JDK1.8之后，哈希表底层采用数据+单向链表+红黑树实现，当链表长度超过阈值（8）时，链表将转换为红黑树，极大缩短查询时间。

ps：哈希值是一个十进制的整数，是对象的地址值，是一个逻辑地址，不是实际存储的物理地址，由系统随机给出。Object类的int hashCode()方法，可以获取对象的哈希值。

2.1.2.2LinkedHashSet实现类

数据结构：JDK1.8之前：哈希表（数组+双向链表）；JDK1.8之后：哈希表（数组+双向链表+红黑树），当链表长度超过阈值（8）时，链表将转换为红黑树。

特点：查询快，元素有序，元素不可重复，没有索引；

底层分析：作为HashSet的子类，只是比它多了一条链表，这条链表用来记录元素顺序，因此LinkedHashSet其中的元素有序。

2.1.2.3TreeSet实现类

数据结构：红黑树

特点：查询快，元素有序，元素不可重复，没有索引；

底层分析：TreeSet实现了继承于Set接口的SortedSet接口，它支持两种排序方法，自然排序和定制排序，自然排序的意思就是放入元素“a”，“b”，a会自然地排在b前面，其中还有几个特有方法。

first() 返回第一个元素； last() 返回最后一个元素；comparator() 返回排序比较器；

2.2Map接口（双列集合）

特点：元素包含两个值（key,value）即键值对， key不允许重复，value可以重复, key与value是一一对应的。元素无序；

Map接口是双列集合的最顶层接口，定义了一些通用的方法。

put(key,value) 添加元素； remove(key) 删除key对应元素；

containsKey(key) 判断是否存在key对应元素；get(key) 获取key对应元素；

KeySet() 获取所有的key，存到Set集合中；entrySet() 获取所有的元素，存到Set集合中；

ps：Map集合必须保证保证key唯一，作为key，必须重写hashCode方法和equals方法，以保证key唯一。

2.2.1HashMap实现类

数据结构：JDK1.8之前：哈希表（数组+单向链表）；JDK1.8之后：哈希表（数组+单向链表+红黑树），当链表长度超过阈值（8）时，链表将转换为红黑树。

特点：查询快，元素无序，key不允许重复但可以为null，value可以重复。

底层分析：和HashSet底层相类似，不赘述。

2.2.2LinkedHashMap实现类

数据结构：JDK1.8之前：哈希表（数组+双向链表）；JDK1.8之后：哈希表（数组+双向链表+红黑树），当链表长度超过阈值（8）时，链表将转换为红黑树。

特点：查询快，元素有序，key不允许重复但可以为null，value可以重复。

底层分析：和LinkedHashSet底层相类似，不赘述。

2.2.3HashTable实现类（基本不用）

数据结构：哈希表

特点：查询快，元素无序，key不允许重复并且不可以为null，value可以重复。

底层分析：HashTable和Vector一样是古老的集合，有遗留缺陷，在JDK1.2之后被更先进的集合取代了；HashTable是线程安全的，速度慢，HashMap是线程不安全的，速度快；

ps：Hashtable的子类Properties现在依然活跃，Properties集合是一个唯一和IO流结合的集合。

2.2.3TreeMap实现类