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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開發者，包括我在內很多安卓開發，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按照排隊規則來確定對象產生的順序。

(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的細節，其次遍歷操作應該是輕量級的。迭代器統一了對容器的訪問方式，同時創建它的代價很小。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，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
優點
缺點
底層實現
ArrayList
隨機訪問元素較快
中間元素的插入和刪除較慢
數組
LinkedList
中間元素的插入和刪除，順序訪問的優化
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
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
除了并發應用，Queue僅有的兩個實現是LinkedList和PRiorityQueue, 其中LinkedList同時實現了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
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
我們可以手工調整HashMap來調整性能，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·并發容器
這里不會討論的太細致的實現，僅僅簡單介紹一下基礎知識，感興趣的可以閱讀《Java 并發編程的藝術》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化策略。其基本思路是，從一開始大家都在共享同一個內容，當某個人想要修改這個內容的時候，才會真正把內容Copy出去形成一個新的內容然后再改，這是一種延時懶惰策略。從JDK1.5開始Java并發包里提供了兩個使用CopyOnWrite機制實現的并發容器,它們是CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet。CopyOnWrite容器非常有用，可以在非常多的并發場景中使用到。
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容器只能保證數據的最終一致性，不能保證數據的實時一致性。所以如果你希望寫入的的數據，馬上能讀到，請不要使用CopyOnWrite容器。
ConcurrentLinkedQueue
在并發編程中，有時候需要使用線程安全的隊列或列表。通常實現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。非阻塞算法實現基礎為循環CAS(Compare and Swipe 比較和交換)。
ConcurrentLinkedQueue技術上的實現與CopyOnWriteArrayList與Copy類似，但是容器只有部分內容而不是整個容器可以被復制和修改。ConcurrentLinkedQueue有head節點和tail節點組成，每個節點由節點元素(item)和指向下一個結點(next)的引用組成。節點之間通過next關聯起來，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。多線程環境下，使用非線程安全的HashMap會導致死循環，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據，當多線程訪問容器不同數據段數據時，線程間就不存在鎖競爭，從而提高并發訪問效率。
阻塞隊列
JDK7 提供了7個阻塞隊列，實現原理都是基于生產-消費模式的等待通知機制。
阻塞隊列類型
特點
ArrayBlockingQueue
由數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
支持優先級排序的無界阻塞隊列
DelayQueue
使用優先級隊列實現的無界阻塞隊列
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
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