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Java實用類庫提供了一套相當完整的容器來幫助我們解決很多具體問題。因為我本身是一名Android開發(fā)者，包括我在內(nèi)很多安卓開發(fā)，最拿手的就是ListView(RecycleView)+BaseAdapter+ArrayList三劍客, 平時接觸使用的容器也只有ArrayList和HashMap。導致對于整個Java容器體系的掌握和使用還停留在很淺的層面。省不足而思改進，那么跟著我來總結一下Java容器的相關知識吧。
結構
java容器類的繼承結構具體介紹迭代器CollectionListSetQueueMap一些建議進階·并發(fā)容器CopyOnWriteArrayList與Copy-On-Write策略ConcurrentLinkedQueueConcurrentHashMap與鎖分段技術阻塞隊列java容器類的繼承結構
Java容器類庫定義了兩個不同概念的容器，Collection和Map
Collection 一個獨立元素的序列，這些元素都服從一條或多條規(guī)則。List必須按照插入的順序保存元素。Set不能有重復元素。Queue按照排隊規(guī)則來確定對象產(chǎn)生的順序。
(文中Jdk源碼版本無特殊說明均為jdk1.8.0_101)
public interface Collection<E> extends Iterable<E> { int size(); boolean isEmpty(); boolean contains(Object o); Iterator<E> iterator(); Object[] toArray(); <T> T[] toArray(T[] a); boolean add(E e); boolean remove(Object o); boolean containsAll(java.util.Collection<?> c); boolean addAll(java.util.Collection<? extends E> c); boolean removeAll(java.util.Collection<?> c); ... //省略了其他方法 }可以看到，java定義了Collection接口和內(nèi)部集合的基本操作方法，Collection默認可以進行對集合末端添加元素，刪除指定元素等操作。List、Set、Queue接口都繼承自Collection并定義了各自不同的方法。
Map 一組成對的”鍵值對”對象，允許我們使用鍵來查找值。
public interface Map<K,V> { int size(); boolean containsKey(Object key); boolean containsValue(Object value); V get(Object key); V put(K key, V value); V remove(Object key); void putAll(java.util.Map<? extends K, ? extends V> m); void clear(); Set<K> keySet(); Collection<V> values(); Set<java.util.Map.Entry<K, V>> entrySet(); interface Entry<K,V> { K getKey(); V getValue(); V setValue(V value); boolean equals(Object o); int hashCode(); ... } boolean equals(Object o); int hashCode(); }Map內(nèi)部接口Entry<K,V>對應著Map的鍵值對。
具體介紹
迭代器
先介紹一下迭代器。迭代器本身也是一種設計模式，設計的初衷在于：容器的實現(xiàn)由很多種，而我們想對容器進行遍歷操作的話，首先不應該關心容器實現(xiàn)的細節(jié)，其次遍歷操作應該是輕量級的。迭代器統(tǒng)一了對容器的訪問方式，同時創(chuàng)建它的代價很小。值得注意的是，Iterator只能單向移動。
public interface Iterator<E> { boolean hasNext(); E next(); default void remove() { throw new UnsupportedOperationException("remove"); } default void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) { Objects.requireNonNull(action); while (hasNext()) action.accept(next()); } }通過容器的iterator()方法拿到容器的迭代器迭代器的next()獲取下一個元素hasNext()判斷是否還有元素remove()刪除指定元素
ListIterator
ListIterator是Iterator的擴展之內(nèi)，用于各種List類訪問，支持雙向移動。
Collection
List
List 承諾可以將元素維護在特定的序列中.List接口在Collection的基礎上添加了大量的方法，使得可以再List中間插入和移除元素。
public interface List<E> extends Collection<E> { ... boolean add(E e); boolean remove(Object o); 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); E get(int index); E set(int index, E element); void add(int index, E element); E remove(int index); int indexOf(Object o); int lastIndexOf(Object o); java.util.List<E> subList(int fromIndex, int toIndex); ... }
有兩種類型的List，ArrayList和LinkedList
List類型 優(yōu)點 缺點 底層實現(xiàn) ArrayList 隨機訪問元素較快 中間元素的插入和刪除較慢 數(shù)組 LinkedList 中間元素的插入和刪除，順序訪問的優(yōu)化 隨機訪問元素較慢 雙向鏈表 Set
Set不保存重復的元素，通常用于快速查找元素。值得一提的是，Set具有與Collection完全一樣的接口，沒有任何額外的功能。 存入的元素必須定義equals()方法
Set類型 使用場景 底層實現(xiàn) HashSet 快速查找，元素必須定義hashCode() 鏈表 TreeSet 保持次序，元素必須實現(xiàn)Comparable接口 紅-黑樹結構 LinkedHashSet 維護次序的HashSet, 元素必須定義hashCode() 鏈表
Queue
除了并發(fā)應用，Queue僅有的兩個實現(xiàn)是LinkedList和PRiorityQueue, 其中LinkedList同時實現(xiàn)了List, Deque接口。它們的差異在于排序行為而不是性能。
public interface Queue<E> extends Collection<E> { boolean add(E e); boolean offer(E e); E remove(); E poll(); E element(); E peek(); }
Map
Map類型 使用場景 底層實現(xiàn) HashMap 快速查詢 散列表 LinkedHashMap 迭代遍歷具有順序(插入順序 or 最近最少使用) 鏈表 TreeMap 具有排序，唯一可以返回子樹的Map(subMap()) 紅-黑樹結構 WeakHashMap 弱鍵映射，映射之外無引用的鍵，可以被垃圾回收 散列表 ConcurrentHashMap 線程安全的Map 鏈表 IdentityHashMap 使用==代替equals()對鍵進行排序，專位解決特殊問題 鏈表
我們可以手工調(diào)整HashMap來調(diào)整性能，涉及到如容量、初始容量、尺寸、負載因子等概念。感興趣的話可以看一些相關資料。
一些建議
不要使用過時的容器 如Vector Enumeration Hashtable Stack(沒錯，這就是java最初的糟糕設計，實際中使用棧的話推薦LinkedList)進階·并發(fā)容器
這里不會討論的太細致的實現(xiàn)，僅僅簡單介紹一下基礎知識，感興趣的可以閱讀《Java 并發(fā)編程的藝術》這本書。
CopyOnWriteArrayList與Copy-On-Write策略
Copy-On-Write簡稱COW，是一種用于程序設計中的優(yōu)化策略。其基本思路是，從一開始大家都在共享同一個內(nèi)容，當某個人想要修改這個內(nèi)容的時候，才會真正把內(nèi)容Copy出去形成一個新的內(nèi)容然后再改，這是一種延時懶惰策略。從JDK1.5開始Java并發(fā)包里提供了兩個使用CopyOnWrite機制實現(xiàn)的并發(fā)容器,它們是CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet。CopyOnWrite容器非常有用，可以在非常多的并發(fā)場景中使用到。
CopyOnWrite容器即寫時復制的容器。通俗的理解是當我們往一個容器添加元素的時候，不直接往當前容器添加，而是先將當前容器進行Copy，復制出一個新的容器，然后新的容器里添加元素，添加完元素之后，再將原容器的引用指向新的容器。這樣做的好處是我們可以對CopyOnWrite容器進行并發(fā)的讀，而不需要加鎖，因為當前容器不會添加任何元素。所以CopyOnWrite容器也是一種讀寫分離的思想，讀和寫不同的容器。
CopyOnWrite容器只能保證數(shù)據(jù)的最終一致性，不能保證數(shù)據(jù)的實時一致性。所以如果你希望寫入的的數(shù)據(jù)，馬上能讀到，請不要使用CopyOnWrite容器。
ConcurrentLinkedQueue
在并發(fā)編程中，有時候需要使用線程安全的隊列或列表。通常實現(xiàn)線程安全有兩種方式，一種是使用阻塞算法，一種是使用非阻塞算法。非阻塞算法實現(xiàn)基礎為循環(huán)CAS(Compare and Swipe 比較和交換)。
ConcurrentLinkedQueue技術上的實現(xiàn)與CopyOnWriteArrayList與Copy類似，但是容器只有部分內(nèi)容而不是整個容器可以被復制和修改。ConcurrentLinkedQueue有head節(jié)點和tail節(jié)點組成，每個節(jié)點由節(jié)點元素(item)和指向下一個結點(next)的引用組成。節(jié)點之間通過next關聯(lián)起來，形成一張鏈表結構的隊列。
ConcurrentHashMap與鎖分段技術
ConcurrentHashMap是線程安全且高效的HashMap。多線程環(huán)境下，使用非線程安全的HashMap會導致死循環(huán)，而如文章中建議的那樣，HashTable這種過時容器效率低下(使用synchronized來保證線程安全)。ConcurrentHashMap使用鎖分段技術，大大提高了并發(fā)使用的效率。
鎖分段技術: 假設容器有多把鎖，每一把鎖用于鎖容器其中一部分數(shù)據(jù)，當多線程訪問容器不同數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)時，線程間就不存在鎖競爭，從而提高并發(fā)訪問效率。
阻塞隊列
JDK7 提供了7個阻塞隊列，實現(xiàn)原理都是基于生產(chǎn)-消費模式的等待通知機制。
阻塞隊列類型 特點 ArrayBlockingQueue 由數(shù)組結構組成的有界阻塞隊列 LinkedBlockingQueue 由鏈表結構組成的有界阻塞隊列 PriorityBlockingQueue 支持優(yōu)先級排序的無界阻塞隊列 DelayQueue 使用優(yōu)先級隊列實現(xiàn)的無界阻塞隊列 SynchronousQueue 不儲存元素的阻塞隊列 LinkedTransferQueue 由鏈表結構組成的無界阻塞隊列 LinkedBlockingQueue 由鏈表結構組成的雙向阻塞隊列 學習Java的同學注意了?。?！ 學習過程中遇到什么問題或者想獲取學習資源的話，歡迎加入Java學習交流群，群號碼：183993990 我們一起學Java！
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