概述
集合是Java中比較基礎的模塊，所有的集合類都處于 java.util包下，其中支持多執行緒的集合類位于 java.util.concurrent包下，有興趣的朋友可以去看看相關的源代碼，
本文嘗試以全域的角度，一窺Java集合框架的全貌；Java集合大致上可分 3 個部分，分別為： List、 Set、Map；文章會依次介紹三者各自的作用以及區別，
話不多說，Let't Go！！！
迭代器Iterator
在開始介紹具體的容器之前，讓我們先來看看迭代器為何物，迭代器提供了一種遍歷容器中元素的方式，也即是說：我們可以通過迭代器來遍歷集合元素，Iterator迭代器介面定義了迭代器所應該具有的功能，具體原始碼如下：
public interface Iterator<E> {
/**
* 判斷集合是否還有下一個元素
* @return boolean
*/
boolean hasNext();
/**
* 獲取下一個元素
* @return E
*/
E next();
/**
* Java8 提供的默認方法
* 迭代的程序中不允許移除元素,會拋出操作不支持例外
* @throws UnsupportedOperationException
*/
default void remove() {
throw new UnsupportedOperationException("remove");
}
/**
* Java8 提供的默認方法
*/
default void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {
Objects.requireNonNull(action);
while (hasNext())
action.accept(next());
}
}
迭代器 Iterator介面定義了迭代器應具備的功能，其中 hasNext()和 next()方法由具體的容器來實作，迭代器只能通過容器本身得到，每個容器都通過內部類實作了自己的迭代器，因此迭代器的使用方式如下：
@Test
public void test(){
List<Integer> list = new ArrayList<>(6);
for (int i = 0; i < 6; i++) {
list.add(i);
}
// 迭代器只能通過容器本身得到 （PS：可能有些容器會實作一些迭代器的子介面，諸如ListIterator，只是一些優化）
Iterator<Integer> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
System.out.println(iterator.next());
}
}
Collection
Collection是一個介面，它是一個高度抽象出來的介面，定義了集合的基本操作： 添加、洗掉、清空、遍歷、是否為空、獲取大小等方法，我們來看看Collection介面的類圖：
從圖中我們可以看出，Collection介面主要有 2 個子分支： List和 Set，并且定義了 AbstractCollection抽象類讓其他類繼承，AbstractCollection實作了 Collection中的絕大部分方法；我們可以看出 AbstractList和 AbstractSet都繼承于 AbstractCollection，
其次，我們看到 Collection介面依賴于 Iterator介面，（依賴關系：依賴就是一個類 A 使用到了另一個類 B，因此類 B 的變化會影響到類 A，比如某人要過河，需要借用一條船，此時人與船之間的關系就是依賴，表現在代碼層面，為類 B 作為引數被類 A 在某個method方法中使用，）
Collection依賴于 Iterator，展現在原始碼中是 Collection介面定義了方法 Iterator<E> iterator()，用以回傳集合的迭代器來遍歷集合，在 List介面中，通過 listIterator()方法回傳一個 ListIterator物件；ListIterator介面是 List特有的，
Collection介面的所有子類（直接子類和間接子類）都必須實作 2 種建構式：無參建構式 和 引數為 Collection的建構式，帶引數的建構式可以用來轉換 Collection的型別，下面是 Collection介面中定義的API(JDK1.8)：
public interface Collection<E> extends Iterable<E> {
// 迭代器 每個容器都通過內部類實作了迭代器
Iterator<E> iterator();
// 添加元素
boolean add(E e);
// 批量添加元素
boolean addAll(Collection<? extends E> c);
// 移除元素
boolean remove(Object o);
// 批量洗掉元素
boolean removeAll(Collection<?> c);
// 是否包含元素o
boolean contains(Object o);
// 是否包含元素集
boolean containsAll(Collection<?> c);
// 保留元素
boolean retainAll(Collection<?> c);
// 獲取集合長度
int size();
// 集合是否為空
boolean isEmpty();
//轉換成陣列
<T> T[] toArray(T[] a);
// 清空
void clear();
// equals方法
boolean equals(Object o);
// hashCode方法
int hashCode();
// java8 默認方法 轉換成陣列
default <T> T[] toArray(IntFunction<T[]> generator) {
return toArray(generator.apply(0));
}
// java8 提供默認方法 滿足條件移除元素
default boolean removeIf(Predicate<? super E> filter) {
Objects.requireNonNull(filter);
boolean removed = false;
final Iterator<E> each = iterator();
while (each.hasNext()) {
if (filter.test(each.next())) {
each.remove();
removed = true;
}
}
return removed;
}
// java8 提供的默認方法
@Override
default Spliterator<E> spliterator() {
return Spliterators.spliterator(this, 0);
}
default Stream<E> stream() {
return StreamSupport.stream(spliterator(), false);
}
default Stream<E> parallelStream() {
return StreamSupport.stream(spliterator(), true);
}
}
List
List介面的定義如下：
public interface List<E> extends Collection<E> {
//...
}
從 List定義中可以看出，它繼承于 Collection介面，即 List是集合的一種，List是有序的佇列，可以存盤重復元素，List中的每一個元素都有一個索引，第一個元素的索引值為0，往后的元素的索引值依次 + 1，List中允許有重復的元素，
讓我們來看看 List集合相關的類圖：
從類圖中我們看到，List介面繼承于 Collection介面，并且于下有一個抽象類 AbstractList以及后續的具體子類： ArrayList、LinkedList等，單純從這一條鏈路 List ----> AbstractList ----> ArrayList/LinkedList來看，有一股 模板方法模式 的味道，頂層介面定義好了具體行為，抽象類提供了可復用的 演算法骨架，然后具體子類根據自己的特點自定義實作相關功能，
回到 List上來，由于繼承了 Collection介面，自然包含了其所有的API，但由于 List是有序集合，所以它也有自己額外的API:
從圖中我們可以看出，List介面新增的API主要有：獲取元素的get()、設定元素的 set()、以及符合自身有序集合的指定索引index的添加元素方法 add(int, E)、還有獲取元素索引值的 indexOf相關方法等……
具體原始碼如下：
public interface List<E> extends Collection<E> {
// Query Operations
int size();
boolean isEmpty();
boolean contains(Object o);
Iterator<E> iterator();
Object[] toArray();
<T> T[] toArray(T[] a);
// Modification Operations
boolean add(E e);
boolean remove(Object o);
// Bulk Modification Operations
boolean containsAll(Collection<?> c);
boolean addAll(Collection<? extends E> c);
boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c);
boolean removeAll(Collection<?> c);
boolean retainAll(Collection<?> c);
default void replaceAll(UnaryOperator<E> operator) {
Objects.requireNonNull(operator);
final ListIterator<E> li = this.listIterator();
while (li.hasNext()) {
li.set(operator.apply(li.next()));
}
}
@SuppressWarnings({"unchecked", "rawtypes"})
default void sort(Comparator<? super E> c) {
Object[] a = this.toArray();
Arrays.sort(a, (Comparator) c);
ListIterator<E> i = this.listIterator();
for (Object e : a) {
i.next();
i.set((E) e);
}
}
void clear();
// Comparison and hashing
boolean equals(Object o);
int hashCode();
// Positional Access Operations
E get(int index);
E set(int index, E element);
void add(int index, E element);
E remove(int index);
// Search Operations
int indexOf(Object o);
int lastIndexOf(Object o);
// List Iterators
ListIterator<E> listIterator();
ListIterator<E> listIterator(int index);
List<E> subList(int fromIndex, int toIndex);
@Override
default Spliterator<E> spliterator() {
return Spliterators.spliterator(this, Spliterator.ORDERED);
}
}
AbstractList
AbstractList抽象類的定義如下：
public abstract class AbstractList<E> extends AbstractCollection<E> implements List<E> {
//....
}
從定義中我們可以看出，AbstractList繼承了 AbstractCollection抽象類，并且實作了 List介面；它實作了 List中除 get(int index)之外的大部分方法（PS：很多方法的實作細節上只是拋出了一個UnsupportedOperationException例外，有點不太理解其含義），
從原始碼上來看，AbstractList主要是提供了 迭代遍歷 的相關操作（通過迭代器來實作），為后續子類提供了迭代遍歷上的簡化，
AbstractSequentialList
AbstractSequentialList抽象類的定義如下：
public abstract class AbstractSequentialList<E> extends AbstractList<E> {
// ...
}
從其定義我們看看到它繼承于 AbstractList抽象類，那它到底是做有什么實際上的用途呢？我們來看看它的API：
我們可以看到，它所重寫的 API中大部分都含有引數：索引index，
AbstractSequentialList實作了本來只能 順序訪問/操作 的資料存盤結構（例如：鏈表）的 get(int index)、 add（int index, E element)等 隨機訪問/操作 的方法，這句話可能有點繞，稍加解釋一番：鏈表是一種只能順序訪問的資料存盤結構，而 AbstractSequentialList抽象類對這類只能 順序訪問/操作 的資料存盤結構，也提供了類陣列般的隨機訪問/操作 的能力，其底層是基于迭代器順序遍歷（說到底還是需要遍歷，只不過是它幫我們做了這一步~）來實作的，
一般情況下，對于支持隨機訪問的資料結構 (例如:ArrayList) 會繼承 AbstractList抽象類，不支持隨機訪問的資料結構（例如： LinkedList）則會繼承 AbstactSequentialList抽象類，但是需要注意的是： ArrayList和 LinkedList都大量重寫了 AbstractList和 AbstactSequentialList的相關實作，可真是任性的小朋友呀，
前朝遺孤般的Vector和Stack
在 List的類圖中，我們看到了兩個被標注為遺留的類，分別是： Vector和 Stack，
這兩個類是歷史遺留產物，在JDK的后續發展中都有想對應的替代產物，Vector是執行緒安全的 List，在實際的開發中我們可以使用 CopyOnWriteArrayList來代替；Stack提供了堆疊功能，我們可以使用 LinkedList來代替，
另外，關于 ArrayList和 LinkedList有專門的介紹，具體參考文章：
-
Java集合List系列（一）：ArrayList原始碼決議（JDK1.8)
-
Java集合List系列（二）：LinkedList原始碼決議（JDK1.8）
Set
Set的定義如下:
public interface Set<E> extends Collection<E> {
// ...
}
從定義我們可以看出，Set介面繼承于 Collection，也是集合的一種，它代表的是數學概念中的集合——不能有重復的元素，
通過查看原始碼可以看到，Set并沒有像 List一般定義了自己的API；Set中的所有方法都是繼承于 Collection介面，
接下來看一下集合 Set的家庭成員：
從類圖中我們可以看出，Set集合家庭中，供我們使用的主要有： TreeSet、HashSet以及 LinkedHashSet這三個類，
-
TreeSet：有序的存放，執行緒不安全，可以對Set集合中的元素進行排序，由紅黑樹來實作排序，TreeSet實際上也是SortedSet介面的子類，其在方法中實作了SortedSet的所有方法，并使用comparator()方法進行排序， -
HashSet：底層資料結構由HashMap的鍵來實作，不保證集合中元素的順序，即不能保證迭代的順序與插入的順序一致，是執行緒不安全的， -
LinkedHashSet：底層由鏈表實作，按照元素插入的順序進行迭代，即迭代輸出的順序與插入的順序保持一致，
關于這三者的詳細介紹，請參考如下文章：
-
todo1:
-
todo2:
-
todo3:
Map
Map的定義如下：
public interface Map<K,V> {
// ..
}
我們可以看到，Map介面并沒有繼承于 Collection；Map是一種把鍵物件(key)和 值物件(value)進行關聯的容器，對于鍵物件(key)來說，像 Set一樣，一個Map容器中的鍵物件不允許重復，也即鍵物件key是唯一的，同時一個 鍵物件key只能映射一個 值物件value，對于 值物件value并沒有唯一性要求，理論上可以將多個 key都映射到同一個 value之上；雖然程式不會報錯，但是可能會對使用者造成困擾（到底是哪個key映射過來的呢？）
注意：由于 Map中作為 key的物件將通過計算其散列函式來確定與之對應的存放 value的位置，因此任何作為 key的物件都必須實作hashCode和 equals方法，
我們來看看 Map集合的家庭成員有哪些：
從類圖中我們可以看出，Map系列集合提供的可供使用的子類有 6 個，分別為： HashMap、LinkedHashMap、 WeakHashMap、HashTable(前朝遺孤)、IdentityHashMap以及 TreeMap；而實際的開發中，使用最為頻繁的為： HashMap、LinkedHashMap以及 TreeMap，
后續的文章也會針對這 3 個 Map進行原始碼分析，
Map作為一個集合，所提供的功能始終跳不出這幾種：新增、洗掉、查找等……我們來瞅瞅JDK設計者為其設計了哪些具體的API吧！
public interface Map<K,V> {
// 回傳集合長度
int size();
// 判斷集合是否為空
boolean isEmpty();
// 是否包含指定的key
boolean containsKey(Object key);
// 是否包含指定value
boolean containsValue(Object value);
// 通過key獲取對應的value
V get(Object key);
// Modification Operations
// 往集合map中添加 key和value
V put(K key, V value);
// 根據key移除鍵值對，并回傳對應的value
V remove(Object key);
// Bulk Operations
// 批量添加key
void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m);
// 清除集合map中的所有鍵值對
void clear();
// Views
// 獲取key的集合
Set<K> keySet();
Collection<V> values();
Set<Map.Entry<K, V>> entrySet();
// entry是存盤的鍵值對物件
interface Entry<K,V> {
K getKey();
V getValue();
V setValue(V value);
boolean equals(Object o);
int hashCode();
public static <K extends Comparable<? super K>, V> Comparator<Map.Entry<K,V>> comparingByKey() {
return (Comparator<Map.Entry<K, V>> & Serializable)
(c1, c2) -> c1.getKey().compareTo(c2.getKey());
}
public static <K, V extends Comparable<? super V>> Comparator<Map.Entry<K,V>> comparingByValue() {
return (Comparator<Map.Entry<K, V>> & Serializable)
(c1, c2) -> c1.getValue().compareTo(c2.getValue());
}
public static <K, V> Comparator<Map.Entry<K, V>> comparingByKey(Comparator<? super K> cmp) {
Objects.requireNonNull(cmp);
return (Comparator<Map.Entry<K, V>> & Serializable)
(c1, c2) -> cmp.compare(c1.getKey(), c2.getKey());
}
public static <K, V> Comparator<Map.Entry<K, V>> comparingByValue(Comparator<? super V> cmp) {
Objects.requireNonNull(cmp);
return (Comparator<Map.Entry<K, V>> & Serializable)
(c1, c2) -> cmp.compare(c1.getValue(), c2.getValue());
}
}
// Comparison and hashing
boolean equals(Object o);
int hashCode();
// Defaultable methods
default V getOrDefault(Object key, V defaultValue) {
V v;
return (((v = get(key)) != null) || containsKey(key))
? v
: defaultValue;
}
default void forEach(BiConsumer<? super K, ? super V> action) {
Objects.requireNonNull(action);
for (Map.Entry<K, V> entry : entrySet()) {
K k;
V v;
try {
k = entry.getKey();
v = entry.getValue();
} catch(IllegalStateException ise) {
// this usually means the entry is no longer in the map.
throw new ConcurrentModificationException(ise);
}
action.accept(k, v);
}
}
default void replaceAll(BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> function) {
Objects.requireNonNull(function);
for (Map.Entry<K, V> entry : entrySet()) {
K k;
V v;
try {
k = entry.getKey();
v = entry.getValue();
} catch(IllegalStateException ise) {
// this usually means the entry is no longer in the map.
throw new ConcurrentModificationException(ise);
}
// ise thrown from function is not a cme.
v = function.apply(k, v);
try {
entry.setValue(v);
} catch(IllegalStateException ise) {
// this usually means the entry is no longer in the map.
throw new ConcurrentModificationException(ise);
}
}
}
default V putIfAbsent(K key, V value) {
V v = get(key);
if (v == null) {
v = put(key, value);
}
return v;
}
default boolean remove(Object key, Object value) {
Object curValue = get(key);
if (!Objects.equals(curValue, value) ||
(curValue == null && !containsKey(key))) {
return false;
}
remove(key);
return true;
}
default boolean replace(K key, V oldValue, V newValue) {
Object curValue = get(key);
if (!Objects.equals(curValue, oldValue) ||
(curValue == null && !containsKey(key))) {
return false;
}
put(key, newValue);
return true;
}
default V replace(K key, V value) {
V curValue;
if (((curValue = get(key)) != null) || containsKey(key)) {
curValue = put(key, value);
}
return curValue;
}
default V computeIfAbsent(K key,
Function<? super K, ? extends V> mappingFunction) {
Objects.requireNonNull(mappingFunction);
V v;
if ((v = get(key)) == null) {
V newValue;
if ((newValue = mappingFunction.apply(key)) != null) {
put(key, newValue);
return newValue;
}
}
return v;
}
default V computeIfPresent(K key,
BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> remappingFunction) {
Objects.requireNonNull(remappingFunction);
V oldValue;
if ((oldValue = get(key)) != null) {
V newValue = remappingFunction.apply(key, oldValue);
if (newValue != null) {
put(key, newValue);
return newValue;
} else {
remove(key);
return null;
}
} else {
return null;
}
}
default V compute(K key,
BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> remappingFunction) {
Objects.requireNonNull(remappingFunction);
V oldValue = get(key);
V newValue = remappingFunction.apply(key, oldValue);
if (newValue == null) {
// delete mapping
if (oldValue != null || containsKey(key)) {
// something to remove
remove(key);
return null;
} else {
// nothing to do. Leave things as they were.
return null;
}
} else {
// add or replace old mapping
put(key, newValue);
return newValue;
}
}
default V merge(K key, V value,
BiFunction<? super V, ? super V, ? extends V> remappingFunction) {
Objects.requireNonNull(remappingFunction);
Objects.requireNonNull(value);
V oldValue = get(key);
V newValue = (oldValue == null) ? value :
remappingFunction.apply(oldValue, value);
if(newValue == null) {
remove(key);
} else {
put(key, newValue);
}
return newValue;
}
}
工具類
總結
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