Java 集合类 1-Collection接口以及List子接口

  在实际开发中，数组的出现频率并不高，因为数组有一个很大的缺陷：数组长度固定。所以从JDK1.2开始，为了解决Java数组长度的问题，提供了动态的数组实现框架——Java集合类框架。

  Java集合类框架实际上就是针对于数据结构的一种实现。

  在Java的集合类库里面(java.util)包含了两个核心接口，Collection与Map。本次我们介绍的是Collection接口。

1. Collecion接口

  首先我们看一下JDK给出的Collection接口定义：

public interface Collection<E> extends Iterable<E>

  Collection接口是一个泛型接口，可以很好的避免向下转型时的ClassCastException异常。并且继承了Iterable接口，继承该接口的用途下面会讲到。

  另外，Collection接口是保存单个数据的集合最大父接口。即Collection集合每次只能保存一个数据，这个数据可以是基本数据类型，自定义数据类型(自定义的类也可以)，但每次只能保存一个，不能一次保存多个，但可以保存多次啊。而且，实现Collection接口的子类也遵循该性质。

  Collection接口定义了如下常用方法：

// 返回集合长度
public int size();

// 集合是否为空，空返回true，反之false
public boolean isEmpty();

// 集合中是否包含指定元素
boolean contains(Object o);

// 返回一个Iterator接口对象，用于集合的输出，后面会讲
Iterator<E> iterator();

// 将集合编程对象数组返回
Object[] toArray();

// 将指定元素添加进集合中
boolean add(E e);

// 在集合中删除指定元素
boolean remove(Object o);

  虽然Collection接口定义了如此众多的方法，但是在实际工程中我们并不会直接使用它，而是使用它的子接口List，Set。

  Colletion接口继承关系如下：

  Collection接口中定义的方法，子接口都有。

2. List接口

  我们首先看看List接口的定义：

public interface List<E> extends Collection<E>

  在实际开发中，List接口的使用占到了Collection集合系列的80%以上，在进行集合处理的时候，优先使用List接口。

  因为在List接口中定义了两个很有用的扩充方法：

// 取得集合中指定下标的元素
E get(int index);

// 设置集合中指定下标元素
E set(int index, E element);

  List接口有三个常用子类，分别为ArrayList，Vector，LinkedList。

  继承关系如下：

  接下来我们详细介绍一下这三个子类。

2.1 ArrayList类(重要)

  ArrayList类可以添加重复的元素，也可以装入空(null)。

  ArrayList是针对List接口的一个实现类，底层由数组实现，对应数据结构中的顺序表。因为它是Collection接口的实现类，所以自然是可以自动扩容，长度可变的。

  JDK给出的ArrayList类定义以及常用方法：

// 类定义
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

// List接口的扩充get方法
public E get(int index)

// List接口的扩充set方法
public E set(int index, E element)

  关于ArrayList类中方法的具体实现大家可以参考一下这篇文章:

ArrayList顺序表实现

  我们看下面的例子：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 定义元素类型为String的ArrayList集合类
        List<String> list = new ArrayList<>();
        // 给集合类中添加元素，使用Collectio接口中定义的方法add
        list.add("hello");
        list.add("world");
        list.add("hello");
        list.add("java");
        list.add(null);
        // 这里为了简单起见，我们直接打印集合类，实际上，我们应该使用Iterator接口的对象进行集合类的输出
        System.out.println(list);   
    }
}

运行结果：

  这也证明了ArrayList可以添加重复元素和null。

  我们再测试一下ArrayList的其他方法

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 定义元素类型为String的ArrayList集合类
        List<String> list = new ArrayList<>();
        // 给集合类中添加元素，使用Collectio接口中定义的方法add
        list.add("hello");
        list.add("world");
        list.add("hello");
        list.add("java");
        list.add(null);

        // size()
        System.out.println("list size is : "+list.size());
        // isEmpty()
        System.out.println("list.isEmpty(): "+list.isEmpty());
        // remove()
        System.out.println("list.remove(): "+list.remove("world"));
        System.out.println("after remove [world] :"+list);
        // contains()
        System.out.println("list.contains(): "+list.contains("world"));

        // get()方法进行集合元素输出
        System.out.println("print by list.get() :");
        for(int i = 0; i < list.size(); i++) {
            System.out.println(list.get(i));
    }
}

运行结果：

  另外注意一点的就是，我们声明ArrayList的时候的格式为：

List<T> list = new ArrayList<>();

  最好不要采用：

Collection<T> list = new ArrayList<>();

  虽然ArrayList是Collection接口的实现子类，但是List接口里对Collection接口进行了方法的扩充，而且这样的转换还要设计向下转型，所以最好使用List接口进行ArrayList对象的接收。

  ArrayList集合类除了接收基本数据类型，也可以接收自定义数据类型，如下面的例子：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

class Person {
    public int age;
    public String name;
    public Person(String name, int age) {
        super();
        this.age = age;
        this.name = name;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "[name: "+this.name+", age: "+this.age+"]";
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 定义元素类型为String的ArrayList集合类
        List<Person> list = new ArrayList<>();
        // 给集合类中添加元素，使用Collectio接口中定义的方法add
        list.add(new Person("xucc", 10));
        list.add(new Person("lixx", 10));
        list.add(new Person("zhss", 10));

        // get()方法进行集合元素输出
        System.out.println("print by list.get() :");
        for(int i = 0; i < list.size(); i++) {
            System.out.println(list.get(i));
        }
    }
}

运行结果：

  最后要注意一点：ArrayList类的remove，contains都调用了对象的equals方法，如果没有覆写equals至想要的效果，会导致这两个方法无法判断出指定的对象，导致结果出现偏差。

2.2 Vector类(使用较少)

  Vector类是JDK1.0提出的，而上面介绍了的ArrayList是JDK1.2提出的。它的定义如下：

public class Vector<E>
    extends AbstractList<E>
    implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

  Vector类的的使用方法，底层实现形式都与ArrayList类一致，这里就不做赘述了。但是在细节上，两者还是有很大差距的：

• ArrayList是异步处理，性能更高。而Vector是同步处理，性能较低。
• ArrayList是非线程安全，Vector是线程安全(Vector线程安全的手段非常暴力，即所有的方法全加锁，为synchronized方法，虽然很安全，但这也导致了Vector效率极其低下)。
• 在输出形式上，ArrayLit支持Iterator，ListIterator，foreach三中输出方式。Vector拥有这三种之外，还多了一种，Enumeration(枚举输出)

  在以后使用的时候优先考虑ArrayList，因为其性能更高，实际开发时很多时候也是每个线程拥有自己独立的集合资
源。如果需要考虑同步也可以使用concurrent包提供的工具将ArrayList变为线程安全的集合。

  虽然日常中Vector的出场率不高，但是它却有一个很重要的子类——Stack类。

2.3 LinkedList类

  LinkedList的底层实现为双链表，使用发发与ArrayList一模一样。

  定义如下：

public class LinkedList<E>
    extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable

  ArrayList封装的是数组，LinkedList封装的是链表。

  ArrayList的remove时间复杂度为O(n)，效率较低，但是查找一个元素get时间复杂度为O(1)。

  LinkedList的remove时间复杂度O(1)，效率高，但是查找一个元素get时间复杂度为O(n)。