Java集合与原理

Java 最初版本只为常用的数据结构提供了很少的一组类：Vector、Stack、Hashtable、BitSet 与 Enumeration 接口

迭代器

public interface Collection<E>
{
    boolean add(E element);
    Iterator<E> iterator();
    ...
}

// ITerator 接口包含4个方法
public interface Iterator<E>
{
    E next();
    boolean hasNext();
    void remove();
    default void forEachRemainint(Consumer<? super E> action);
}

通过反复调用 next 方法，可以朱哥访问集合中的每个元素。但是，如果到达了集合的末尾，next 方法将抛出一个 NoSuchElementException。因此，需要在调用 next 之前调用 hasNext 方法。

Collection<String> c = ...;
// 普通循环
Iterator<String> iter = c.iterator();
while(iter.hasNext())
{
    String element = iter.next();
    // do something with element
}
// 此外，使用 for-each 循环可以更简练的表示同样的操作。编译器简单地将其转换为带有迭代器的循环
for(String element : c)
{
    // do something with element
}
// 也可以不写循环，而是调用方法并提供一个Lambda表达式
Iterator<String> iter = c.iterator();
iterator.forEachRemaining(element -> /* do something with it */ );

Java 集合类库中的迭代器查找操作与位置变更更紧密耦合，查找元素的唯一方法是调用 next，而在执行查找操作的同时，迭代器的位置就会随之向前移动。
因此，可以认为 Java迭代器位于两个元素之间。当调用 next 时，迭代器就越过下一个元素，并返回刚刚越过的那个元素的引用。

Iterator 接口的 remove 方法会删除上次调用 next 方法时返回的元素。 next 方法和 remove 方法调用之间存在依赖性。如果调用 remove 之前没有调用 next，将会抛出一个 IllegalStateException 异常。

// 如果想删除两个相邻的元素，不能直接这样调用
it.remove();
it.remove()； // ERROR
// 实际上，需要先next越过将要删除的元素
it.remove();
it.next();
it.remove(); // OK

集合框架中的接口

集合有两个基本接口： Collection 和 Map

List 是一个有序集合。可以采用两种方式访问元素：迭代器访问，或者使用一个整数索引来访问。后面这种方法称为随机访问，因此这样可以按任意顺序访问元素。与之不同，使用迭代器访问时，必须顺序地访问元素。

**纰漏**：集合框架在这个地方设计得不好。实际上有两种有序集合，其性能开销有很大差异。
1. 数组支持的有序集合，可以快速地随机访问，因此适合使用List方法并提供一个整数索引访问
2. 链表尽管也是有序的，但是随机访问**很慢**，所以最好使用迭代器进行遍历、

为了避免对链表完成随机访问操作， Java 1.4 引入了一个*标记接口*`RandomAccess`，这个接口不包含任何方法，不过可以用来测试一个特定的集合是否支持高效的随机访问：
`  if(c instanceof RandomAccess) { /* use random access algorithm */ }`
`  else { /* use qequential access algorithm */ }`

Set 接口等同于 Collection 接口，不过其方法的行为有更严谨的定义。

具体集合

散列码

散列码可以用于快速第查找对象

在 Java 中，散列表用链表数组实现。每个列表被称为桶。 在 Java 8 中，桶满时会从链表变为平衡二叉树，以提高性能。标准类库使用的桶数是 2 的幂，默认值为 16（为表大小提供的任何值都将自动地转换为 2 的下一个幂值）。

如果散列表太满，就需要再散列。此时，就需要创建一个桶数更多的表，并将所有的元素插入到这个新表中，然后丢弃原来的表。装填因子（默认0.75）可以确定何时对散列表进行散列，新表的桶数是原来的两倍。

树集

树集是一个有序集合，可以以任意顺序将元素插入到集合中。

每次将一个元素添加到树中，都会将其放置在正确的排序位置上。因此，迭代器总是以有序的顺序访问每个元素。
将一个元素添加到树中要比添加到散列表中慢。但是，检查数组或链表中的重复元素时，树会快很多。

注： 要使用树集，必须能够比较元素。这些元素必须实现 Comparable 接口，或者构造集时必须提供一个 Comparator。

队列

队列允许高校地在尾部添加元素，并在头部删除元素。不支持在队列中间添加元素

Java 6 中引入了 Deque 接口，ArrayDeque 和 LinkedList 类实现了这个接口。

优先队列

优先队列中的元素可以按照任意的顺序插入，但会按照有序的顺序进行检索。

无论何时调用 remove 方法，总会获得当前优先队列中最小的元素。优先队列并没有对所有元素进行排序，而是使用了一个高效地数据结构——堆。堆是一个可以自组织的二叉树，其添加与删除操作可以让最小的元素移动到根，而无需花费时间对元素进行排序。

映射

映射数据结构用于存放键/值对，知道某些关键信息，可以查找与之关联的元素。

基本映射

Java类库我映射提供了两个通用的实现：HashMap和TreeMap。

映射视图

集合框架不认为映射本身是一个集合。（其他数据结构框架认为映射是一个键/值对集合，或者是按键索引的值集合）。不过，可以得到视图——实现了 Collection 接口或某个子接口的对象。

keySet()、values()、entrySet()

注： keySet 不是 HashSet 或 TreeSet，而是实现了 Set 接口的另外某个类的对象。

可以在集视图中删除元素，它们将从该映射中删除，但是不能添加任何元素

弱散列映射

WeakHashMap类使用弱引用保存键。WeakReference 对象将包含另一个对象的引用，在这里，就是一个散列表键。正常情况下，如果垃圾回收器发现某个特定的对象已经没有他人引用，就会将其回收。
然而，如果某个对象只能由 WeakReference 引用，垃圾回收器也会将其回收，但会将这个对象的弱引用放进一个队列。WeakHashMap 将周期性地检查队列，以便找出新添加的弱引用。一个若引用进入队列意味着这个键不再被他人使用，并且已经回收。于是，WeakHashMap 将删除相关联的映射。

链接散列集合映射

LinkedHashMap和LinkedHashSet会记住插入元素项的顺序。

枚举集与映射

EnumSet是一个枚举类型元素集的高效实现。内部用位序列实现。

EnumMap是一个键类型为枚举类型的映射

标识散列映射

IdentityHashMap类有特殊用途。该类中，键的散列值由 System.identityHashCode 计算，是根据对象的内存地址计算散列码所使用的方法。因此在比较对象时采用==，不同的键对象即使内容相同，也被视为不同的对象。

在实现对象遍历算法（如对象串行化）时，这个类十分有用，可以用来跟踪哪些对象已经遍历过。