線(xiàn)性表，鏈表，哈希表是常用的數據結構，在進(jìn)行Java開(kāi)發(fā)時(shí)，JDK已經(jīng)為我們提供了一系列相應的類(lèi)來(lái)實(shí)現基本的數據結構。這些類(lèi)均在java.util包中。本文試圖通過(guò)簡(jiǎn)單的描述，向讀者闡述各個(gè)類(lèi)的作用以及如何正確使用這些類(lèi)。 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(gè)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(lèi)，Java SDK提供的類(lèi)都是繼承自Collection的“子接口”如List和Set。 所有實(shí)現Collection接口的類(lèi)都必須提供兩個(gè)標準的構造函數：無(wú)參數的構造函數用于創(chuàng )建一個(gè)空的Collection，有一個(gè)Collection參數的構造函數用于創(chuàng )建一個(gè)新的Collection，這個(gè)新的Collection與傳入的Collection有相同的元素。后一個(gè)構造函數允許用戶(hù)復制一個(gè)Collection。 如何遍歷Collection中的每一個(gè)元素？不論Collection的實(shí)際類(lèi)型如何，它都支持一個(gè)iterator()的方法，該方法返回一個(gè)迭代子，使用該迭代子即可逐一訪(fǎng)問(wèn)Collection中每一個(gè)元素。典型的用法如下： Iterator it = collection.iterator(); // 獲得一個(gè)迭代子 while(it.hasNext()) { Object obj = it.next(); // 得到下一個(gè)元素 } 由Collection接口派生的兩個(gè)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(gè)元素插入的位置。用戶(hù)能夠使用索引（元素在List中的位置，類(lèi)似于數組下標）來(lái)訪(fǎng)問(wèn)List中的元素，這類(lèi)似于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(gè)listIterator()方法，返回一個(gè)ListIterator接口，和標準的Iterator接口相比，ListIterator多了一些add()之類(lèi)的方法，允許添加，刪除，設定元素，還能向前或向后遍歷。 實(shí)現List接口的常用類(lèi)有LinkedList，ArrayList，Vector和Stack。 LinkedList類(lèi) LinkedList實(shí)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(méi)有同步方法。如果多個(gè)線(xiàn)程同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)List，則必須自己實(shí)現訪(fǎng)問(wèn)同步。一種解決方法是在創(chuàng )建List時(shí)構造一個(gè)同步的List： List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...)); ArrayList類(lèi) ArrayList實(shí)現了可變大小的數組。它允許所有元素，包括null。ArrayList沒(méi)有同步。 size，isEmpty，get，set方法運行時(shí)間為常數。但是add方法開(kāi)銷(xiāo)為分攤的常數，添加n個(gè)元素需要O(n)的時(shí)間。其他的方法運行時(shí)間為線(xiàn)性。 每個(gè)ArrayList實(shí)例都有一個(gè)容量（Capacity），即用于存儲元素的數組的大小。這個(gè)容量可隨著(zhù)不斷添加新元素而自動(dòng)增加，但是增長(cháng)算法并沒(méi)有定義。當需要插入大量元素時(shí)，在插入前可以調用ensureCapacity方法來(lái)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(lèi) Vector非常類(lèi)似ArrayList，但是Vector是同步的。由Vector創(chuàng )建的Iterator，雖然和ArrayList創(chuàng )建的Iterator是同一接口，但是，因為Vector是同步的，當一個(gè)Iterator被創(chuàng )建而且正在被使用，另一個(gè)線(xiàn)程改變了Vector的狀態(tài)（例如，添加或刪除了一些元素），這時(shí)調用Iterator的方法時(shí)將拋出ConcurrentModificationException，因此必須捕獲該異常。 Stack 類(lèi) Stack繼承自Vector，實(shí)現一個(gè)后進(jìn)先出的堆棧。Stack提供5個(gè)額外的方法使得Vector得以被當作堆棧使用?；镜膒ush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(gè)元素在堆棧中的位置。Stack剛創(chuàng )建后是空棧。 Set接口 Set是一種不包含重復的元素的Collection，即任意的兩個(gè)元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false，Set最多有一個(gè)null元素。 很明顯，Set的構造函數有一個(gè)約束條件，傳入的Collection參數不能包含重復的元素。 請注意：必須小心操作可變對象（Mutable Object）。如果一個(gè)Set中的可變元素改變了自身狀態(tài)導致Object.equals(Object)=true將導致一些問(wèn)題。 Map接口 請注意，Map沒(méi)有繼承Collection接口，Map提供key到value的映射。一個(gè)Map中不能包含相同的key，每個(gè)key只能映射一個(gè)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(lèi) Hashtable繼承Map接口，實(shí)現一個(gè)key-value映射的哈希表。任何非空（non-null）的對象都可作為key或者value。 添加數據使用put(key, value)，取出數據使用get(key)，這兩個(gè)基本操作的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)為常數。 Hashtable通過(guò)initial capacity和load factor兩個(gè)參數調整性能。通常缺省的load factor 0.75較好地實(shí)現了時(shí)間和空間的均衡。增大load factor可以節省空間但相應的查找時(shí)間將增大，這會(huì )影響像get和put這樣的操作。 使用Hashtable的簡(jiǎn)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(gè)數，比如2，用相應的key： Integer n = (Integer)numbers.get(“two”); System.out.println(“two = ” + n); 由于作為key的對象將通過(guò)計算其散列函數來(lái)確定與之對應的value的位置，因此任何作為key的對象都必須實(shí)現hashCode和equals方法。hashCode和equals方法繼承自根類(lèi)Object，如果你用自定義的類(lèi)當作key的話(huà)，要相當小心，按照散列函數的定義，如果兩個(gè)對象相同，即obj1.equals(obj2)=true，則它們的hashCode必須相同，但如果兩個(gè)對象不同，則它們的hashCode不一定不同，如果兩個(gè)不同對象的hashCode相同，這種現象稱(chēng)為沖突，沖突會(huì )導致操作哈希表的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)增大，所以盡量定義好的hashCode()方法，能加快哈希表的操作。 如果相同的對象有不同的hashCode，對哈希表的操作會(huì )出現意想不到的結果（期待的get方法返回null），要避免這種問(wèn)題，只需要牢記一條：要同時(shí)復寫(xiě)equals方法和hashCode方法，而不要只寫(xiě)其中一個(gè)。 Hashtable是同步的。 HashMap類(lèi) HashMap和Hashtable類(lèi)似，不同之處在于HashMap是非同步的，并且允許null，即null value和null key。，但是將HashMap視為Collection時(shí)（values()方法可返回Collection），其迭代子操作時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)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(huà)，不要將HashMap的初始化容量設得過(guò)高，或者load factor過(guò)低。 WeakHashMap類(lèi) WeakHashMap是一種改進(jìn)的HashMap，它對key實(shí)行“弱引用”，如果一個(gè)key不再被外部所引用，那么該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，對于需要快速插入，刪除元素，應該使用LinkedList，如果需要快速隨機訪(fǎng)問(wèn)元素，應該使用ArrayList。 如果程序在單線(xiàn)程環(huán)境中，或者訪(fǎng)問(wèn)僅僅在一個(gè)線(xiàn)程中進(jìn)行，考慮非同步的類(lèi)，其效率較高，如果多個(gè)線(xiàn)程可能同時(shí)操作一個(gè)類(lèi)，應該使用同步的類(lèi)。 要特別注意對哈希表的操作，作為key的對象要正確復寫(xiě)equals和hashCode方法。 盡量返回接口而非實(shí)際的類(lèi)型，如返回List而非ArrayList，這樣如果以后需要將ArrayList換成LinkedList時(shí)，客戶(hù)端代碼不用改變。這就是針對抽象編程。 同步性 Vector是同步的。這個(gè)類(lèi)中的一些方法保證了Vector中的對象是線(xiàn)程安全的。而ArrayList則是異步的，因此ArrayList中的對象并不是線(xiàn)程安全的。因為同步的要求會(huì )影響執行的效率，所以如果你不需要線(xiàn)程安全的集合那么使用ArrayList是一個(gè)很好的選擇，這樣可以避免由于同步帶來(lái)的不必要的性能開(kāi)銷(xiāo)。 數據增長(cháng) 從內部實(shí)現機制來(lái)講ArrayList和Vector都是使用數組(Array)來(lái)控制集合中的對象。當你向這兩種類(lèi)型中增加元素的時(shí)候，如果元素的數目超出了內部數組目前的長(cháng)度它們都需要擴展內部數組的長(cháng)度，Vector缺省情況下自動(dòng)增長(cháng)原來(lái)一倍的數組長(cháng)度，ArrayList是原來(lái)的50%,所以最后你獲得的這個(gè)集合所占的空間總是比你實(shí)際需要的要大。所以如果你要在集合中保存大量的數據那么使用Vector有一些優(yōu)勢，因為你可以通過(guò)設置集合的初始化大小來(lái)避免不必要的資源開(kāi)銷(xiāo)。 使用模式 在A(yíng)rrayList和Vector中，從一個(gè)指定的位置（通過(guò)索引）查找數據或是在集合的末尾增加、移除一個(gè)元素所花費的時(shí)間是一樣的，這個(gè)時(shí)間我們用O(1)表示。但是，如果在集合的其他位置增加或移除元素那么花費的時(shí)間會(huì )呈線(xiàn)形增長(cháng)：O(n-i)，其中n代表集合中元素的個(gè)數，i代表元素增加或移除元素的索引位置。為什么會(huì )這樣呢？以為在進(jìn)行上述操作的時(shí)候集合中第i和第i個(gè)元素之后的所有元素都要執行位移的操作。這一切意味著(zhù)什么呢？ 這意味著(zhù)，你只是查找特定位置的元素或只在集合的末端增加、移除元素，那么使用Vector或ArrayList都可以。如果是其他操作，你最好選擇其他的集合操作類(lèi)。比如，LinkList集合類(lèi)在增加或移除集合中任何位置的元素所花費的時(shí)間都是一樣的—O(1)，但它在索引一個(gè)元素的使用缺比較慢－O(i),其中i是索引的位置.使用ArrayList也很容易，因為你可以簡(jiǎn)單的使用索引來(lái)代替創(chuàng )建iterator對象的操作。LinkList也會(huì )為每個(gè)插入的元素創(chuàng )建對象，所有你要明白它也會(huì )帶來(lái)額外的開(kāi)銷(xiāo)。 最后，在《Practical Java》一書(shū)中Peter Haggar建議使用一個(gè)簡(jiǎn)單的數組（Array）來(lái)代替Vector或ArrayList。尤其是對于執行效率要求高的程序更應如此。因為使用數組(Array)避免了同步、額外的方法調用和不必要的重新分配空間的操作。 |
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