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Java實(shí)用類(lèi)庫(kù)提供了一套相當(dāng)完整的容器來(lái)幫助我們解決很多具體問(wèn)題。因?yàn)槲冶旧硎且幻鸄ndroid開(kāi)發(fā)者，包括我在內(nèi)很多安卓開(kāi)發(fā)，最拿手的就是ListView(RecycleView)+BaseAdapter+ArrayList三劍客, 平時(shí)接觸使用的容器也只有ArrayList和HashMap。導(dǎo)致對(duì)于整個(gè)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(jìn)，那么跟著我來(lái)總結(jié)一下Java容器的相關(guān)知識(shí)吧。

結(jié)構(gòu)

java容器類(lèi)的繼承結(jié)構(gòu)具體介紹迭代器CollectionListSetQueueMap一些建議進(jìn)階·并發(fā)容器CopyOnWriteArrayList與Copy-On-Write策略ConcurrentLinkedQueueConcurrentHashMap與鎖分段技術(shù)阻塞隊(duì)列

java容器類(lèi)的繼承結(jié)構(gòu)

Java容器類(lèi)庫(kù)定義了兩個(gè)不同概念的容器，Collection和Map

Collection 一個(gè)獨(dú)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(fù)元素。Queue按照排隊(duì)規(guī)則來(lái)確定對(duì)象產(chǎn)生的順序。

(文中Jdk源碼版本無(wú)特殊說(shuō)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(rèn)可以進(jìn)行對(duì)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(duì)的”鍵值對(duì)”對(duì)象，允許我們使用鍵來(lái)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(duì)應(yīng)著Map的鍵值對(duì)。
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(shè)計(jì)模式，設(shè)計(jì)的初衷在于：容器的實(shí)現(xiàn)由很多種，而我們想對(duì)容器進(jìn)行遍歷操作的話，首先不應(yīng)該關(guān)心容器實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)，其次遍歷操作應(yīng)該是輕量級(jí)的。迭代器統(tǒng)一了對(duì)容器的訪問(wèn)方式，同時(shí)創(chuàng)建它的代價(jià)很小。值得注意的是，Iterator只能單向移動(dòng)。
    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(guò)容器的iterator()方法拿到容器的迭代器迭代器的next()獲取下一個(gè)元素hasNext()判斷是否還有元素remove()刪除指定元素
ListIterator
ListIterator是Iterator的擴(kuò)展之內(nèi)，用于各種List類(lèi)訪問(wèn)，支持雙向移動(dòng)。
Collection
List
List 承諾可以將元素維護(hù)在特定的序列中.List接口在Collection的基礎(chǔ)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(lèi)型的List，ArrayList和LinkedList
List類(lèi)型
優(yōu)點(diǎn)
缺點(diǎn)
底層實(shí)現(xiàn)
ArrayList
隨機(jī)訪問(wèn)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(wèn)的優(yōu)化
隨機(jī)訪問(wèn)元素較慢
雙向鏈表
Set
Set不保存重復(fù)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(méi)有任何額外的功能。 存入的元素必須定義equals()方法
Set類(lèi)型
使用場(chǎng)景
底層實(shí)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(shí)現(xiàn)Comparable接口
紅-黑樹(shù)結(jié)構(gòu)
LinkedHashSet
維護(hù)次序的HashSet, 元素必須定義hashCode()
鏈表
Queue
除了并發(fā)應(yīng)用，Queue僅有的兩個(gè)實(shí)現(xiàn)是LinkedList和PRiorityQueue, 其中LinkedList同時(shí)實(shí)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(lèi)型
使用場(chǎng)景
底層實(shí)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(shù)的Map(subMap())
紅-黑樹(shù)結(jié)構(gòu)
WeakHashMap
弱鍵映射，映射之外無(wú)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(duì)鍵進(jìn)行排序，專位解決特殊問(wèn)題
鏈表
我們可以手工調(diào)整HashMap來(lái)調(diào)整性能，涉及到如容量、初始容量、尺寸、負(fù)載因子等概念。感興趣的話可以看一些相關(guān)資料。
一些建議
不要使用過(guò)時(shí)的容器 如Vector Enumeration Hashtable Stack(沒(méi)錯(cuò)，這就是java最初的糟糕設(shè)計(jì)，實(shí)際中使用棧的話推薦LinkedList)
進(jìn)階·并發(fā)容器
這里不會(huì)討論的太細(xì)致的實(shí)現(xiàn)，僅僅簡(jiǎn)單介紹一下基礎(chǔ)知識(shí)，感興趣的可以閱讀《Java 并發(fā)編程的藝術(shù)》這本書(shū)。
CopyOnWriteArrayList與Copy-On-Write策略
Copy-On-Write簡(jiǎn)稱COW，是一種用于程序設(shè)計(jì)中的優(yōu)化策略。其基本思路是，從一開(kāi)始大家都在共享同一個(gè)內(nèi)容，當(dāng)某個(gè)人想要修改這個(gè)內(nèi)容的時(shí)候，才會(huì)真正把內(nèi)容Copy出去形成一個(gè)新的內(nèi)容然后再改，這是一種延時(shí)懶惰策略。從JDK1.5開(kāi)始Java并發(fā)包里提供了兩個(gè)使用CopyOnWrite機(jī)制實(shí)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(chǎng)景中使用到。
CopyOnWrite容器即寫(xiě)時(shí)復(fù)制的容器。通俗的理解是當(dāng)我們往一個(gè)容器添加元素的時(shí)候，不直接往當(dāng)前容器添加，而是先將當(dāng)前容器進(jìn)行Copy，復(fù)制出一個(gè)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(duì)CopyOnWrite容器進(jìn)行并發(fā)的讀，而不需要加鎖，因?yàn)楫?dāng)前容器不會(huì)添加任何元素。所以CopyOnWrite容器也是一種讀寫(xiě)分離的思想，讀和寫(xiě)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(shí)時(shí)一致性。所以如果你希望寫(xiě)入的的數(shù)據(jù)，馬上能讀到，請(qǐng)不要使用CopyOnWrite容器。
ConcurrentLinkedQueue
在并發(fā)編程中，有時(shí)候需要使用線程安全的隊(duì)列或列表。通常實(shí)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(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)為循環(huán)CAS(Compare and Swipe 比較和交換)。
ConcurrentLinkedQueue技術(shù)上的實(shí)現(xiàn)與CopyOnWriteArrayList與Copy類(lèi)似，但是容器只有部分內(nèi)容而不是整個(gè)容器可以被復(fù)制和修改。ConcurrentLinkedQueue有head節(jié)點(diǎn)和tail節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)由節(jié)點(diǎn)元素(item)和指向下一個(gè)結(jié)點(diǎn)(next)的引用組成。節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)next關(guān)聯(lián)起來(lái)，形成一張鏈表結(jié)構(gòu)的隊(duì)列。
ConcurrentHashMap與鎖分段技術(shù)
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(huì)導(dǎo)致死循環(huán)，而如文章中建議的那樣，HashTable這種過(guò)時(shí)容器效率低下(使用synchronized來(lái)保證線程安全)。ConcurrentHashMap使用鎖分段技術(shù)，大大提高了并發(fā)使用的效率。
鎖分段技術(shù): 假設(shè)容器有多把鎖，每一把鎖用于鎖容器其中一部分?jǐn)?shù)據(jù)，當(dāng)多線程訪問(wèn)容器不同數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)時(shí)，線程間就不存在鎖競(jìng)爭(zhēng)，從而提高并發(fā)訪問(wèn)效率。
阻塞隊(duì)列
JDK7 提供了7個(gè)阻塞隊(duì)列，實(shí)現(xiàn)原理都是基于生產(chǎn)-消費(fèi)模式的等待通知機(jī)制。
阻塞隊(duì)列類(lèi)型
特點(diǎn)
ArrayBlockingQueue
由數(shù)組結(jié)構(gòu)組成的有界阻塞隊(duì)列
LinkedBlockingQueue
由鏈表結(jié)構(gòu)組成的有界阻塞隊(duì)列
PriorityBlockingQueue
支持優(yōu)先級(jí)排序的無(wú)界阻塞隊(duì)列
DelayQueue
使用優(yōu)先級(jí)隊(duì)列實(shí)現(xiàn)的無(wú)界阻塞隊(duì)列
SynchronousQueue
不儲(chǔ)存元素的阻塞隊(duì)列
LinkedTransferQueue
由鏈表結(jié)構(gòu)組成的無(wú)界阻塞隊(duì)列
LinkedBlockingQueue
由鏈表結(jié)構(gòu)組成的雙向阻塞隊(duì)列
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