注：本文基于JDK 1.7

1 概述

Java提供了一個(gè)豐富的集合框架，這個(gè)集合框架包含了許多接口、虛擬類和實(shí)現(xiàn)類。這些接口和類提供了豐富的功能，能夠滿足基本的聚合需求。下圖就是這個(gè)框架的整體結(jié)構(gòu)圖：

可以看見，這個(gè)框架非常大，大到吃驚的地步。這個(gè)圖的左面部分是接口，右面部分是類，中間的線代表了右面的類實(shí)現(xiàn)了左面的哪些接口。比如，AbstractList類實(shí)現(xiàn)了List接口，那么繼承自AbstractList類的子類都實(shí)現(xiàn)了這個(gè)接口。還有，如果一個(gè)類實(shí)現(xiàn)了一個(gè)接口，那么這個(gè)類也實(shí)現(xiàn)了這個(gè)接口的所有父接口。比如，TreeSet類實(shí)現(xiàn)了Deque接口，那么TreeSet類也實(shí)現(xiàn)了Queue接口、Collection接口和Iterable接口（接口Collection擴(kuò)展了Iterable，這里沒顯示出來）。

圖中紅色的類表示抽象類，大部分抽象類都以Abstract開頭，除了Dictionary。綠顏色的類表示遺留類，這些類在Java一開始的時(shí)候就已經(jīng)存在了。

2 接口與實(shí)現(xiàn)分離

Java集合類庫中將接口（interface）與實(shí)現(xiàn)（implementation）分離。這里以隊(duì)列（queue）為例。

隊(duì)列接口指出可以在隊(duì)列的尾部添加元素，在隊(duì)列的頭部刪除元素，并且可以查找隊(duì)列中的元素個(gè)數(shù)。即隊(duì)列中的元素按照先進(jìn)先出的元素使用隊(duì)列。

如果我們?cè)O(shè)計(jì)queue的接口，可能這樣設(shè)計(jì)：

interface Queue<E> {void add(E element);E remove();int size(); }這里給出了三個(gè)基本的方法。這個(gè)接口沒有給出隊(duì)列應(yīng)該是如何實(shí)現(xiàn)的。通常，隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)方式有兩種：一個(gè)是使用循環(huán)數(shù)組，一個(gè)是使用鏈表。

使用循環(huán)數(shù)組時(shí)需要指出對(duì)頭head和隊(duì)尾tail；使用鏈表時(shí)也需要給出頭和尾：

class CircularArrayQueue<E> implements Queue<E> {CircularArrayQueue(int capacity){...}public void add(E element){...}public E remove(){...}private E[] elements;private int head;private int tail; }class LinkedListQueue<E> implements Queue<E> {LinkedListQueue(){...}public void add(E element){...}public E remove(){...}public int size(){...}private Link head;private Link tail; }上面的只是我們自己實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單的隊(duì)列，Java類庫中沒有這兩個(gè)類。當(dāng)需要使用隊(duì)列時(shí)，可以使用LinkedList類，這個(gè)類實(shí)現(xiàn)了Queue接口。

當(dāng)在程序中使用隊(duì)列時(shí)，一旦構(gòu)建了集合就不需要知道究竟使用了哪種實(shí)現(xiàn)。因此，只有在構(gòu)建集合對(duì)象時(shí)，使用具體的類才有意義。可以使用接口類型存放集合的引用：

Queue<Employee> employee=new CircularArrayQueue<>(100); employee.add(new Employee("Harry"));利用這種方式，一旦改變了想法，可以輕松地使用另一種不同的實(shí)現(xiàn)。只需要對(duì)程序的一個(gè)地方做出修改，即調(diào)用構(gòu)造器的地方。如果覺得LinkedListQueue是個(gè)更好的選擇，就可以這樣修改：

Queue<Employee> employee=new LinkedListQueue<>(); employee.add(new Employee("Harry"));接口本身沒有給出具體的實(shí)現(xiàn)方式，因此也不能給出哪種實(shí)現(xiàn)更符合實(shí)際應(yīng)用。這樣，選擇哪種實(shí)現(xiàn)方式就需要由程序員選擇。Java類庫中實(shí)現(xiàn)了很多的類，每個(gè)類都有各自的特性以及適用場(chǎng)景，也許選擇了某個(gè)實(shí)現(xiàn)方式在某個(gè)特性上更加優(yōu)秀，但也可能在另一個(gè)特性上付出了代價(jià)。如何平衡好各個(gè)性能的代價(jià)，需要類庫使用者自己把握。

在上圖中，我們可以發(fā)現(xiàn)很多紅色的以Abstract開頭的類，這些類都是抽象類，這些類是為類庫的實(shí)現(xiàn)者設(shè)計(jì)的，這些類中實(shí)現(xiàn)了一些基本的方法。如果想要實(shí)現(xiàn)自己的隊(duì)列類，你會(huì)發(fā)現(xiàn)擴(kuò)展AbstractQueue類比實(shí)現(xiàn)Queue接口更方便。

3 Java類庫中的集合接口和迭代器接口

在Java類庫中，集合類的基本接口是Collection接口。這個(gè)接口中有如下兩個(gè)方法：

boolean add(E element); Iterator<E> iterator();當(dāng)然，除了這兩個(gè)方法外還有其它的方法，會(huì)在后面介紹。

add方法用于向集合中添加元素，如果添加元素確實(shí)改變了集合就返回true，如果集合沒有發(fā)生變化就返回false。

iterator方法用于返回一個(gè)實(shí)現(xiàn)了Iterator接口的對(duì)象。可以使用這個(gè)迭代器對(duì)象依次訪問集合中的元素。

下面來介紹一下Java類庫中重要的迭代器。

Iterator迭代器接口有三個(gè)方法：

public interface Iterator<E> {E next();boolean hasNext();void remove(); }通過反復(fù)調(diào)用next方法，可以逐個(gè)訪問集合中的每個(gè)元素。但是如果達(dá)到了集合的末尾，next方法將拋出一個(gè)NoSuchElementException異常。因此，在調(diào)用next方法之前應(yīng)該調(diào)用hasNext方法。如果迭代器對(duì)象還有多個(gè)供訪問的元素，這個(gè)方法就返回true。因此，可以使用下面的方法訪問集合中的所有元素：

Collection<String> c=...; Iterator<String> it=c.iterator(); while(it.hasNext()) {String element=it.next();do something with element }從Jave SE 5.0起，還可以使用for each循環(huán)訪問集合中的所有元素：

for(String element : c) {do something with element }編譯器只是將這個(gè)for each循環(huán)翻譯為帶有迭代器的循環(huán)。

for each循環(huán)可以與任何實(shí)現(xiàn)了Iterable接口的對(duì)象一起工作，這個(gè)接口只包含一個(gè)方法：

public interface Iterable<E> {Iterator<E> iterator(); }Collection接口擴(kuò)展了Iterable接口，所以對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)庫中的任何集合都可以使用for each循環(huán)。

需要注意的是，元素被訪問的順序取決于集合的類型。如果對(duì)ArrayList進(jìn)行迭代，迭代器將會(huì)從索引0開始，每迭代一次，索引值加1。然而，如果訪問HashSet中的元素，每個(gè)元素將會(huì)按照某種隨機(jī)的次序出現(xiàn)。雖然可以確定在迭代過程中能夠遍歷所有的元素，但卻無法預(yù)知元素被訪問的次序。

Java集合類庫中的迭代器與其它類庫中的迭代器在概念上有著重要的區(qū)別。C++的迭代器是根據(jù)數(shù)組索引建模的。如果給定這樣一個(gè)迭代器，就可以查看指定位置上的元素，就像知道數(shù)組索引i就可以查看數(shù)組元素a[i]一樣。不需要查找元素，就可以將迭代器向前移動(dòng)一個(gè)位置。這與不需要執(zhí)行查找操作就可以通過i++將數(shù)組索引向前移動(dòng)一樣。但是，Java迭代器不是這樣操作的。查找操作和位置變更是緊密相連的。查找一個(gè)元素的唯一方法是調(diào)用next，而在執(zhí)行查找操作的同時(shí)，迭代器的位置隨之向前移動(dòng)。

即，可以將迭代器看做一個(gè)位置，這個(gè)位置在兩個(gè)元素之間。而next操作會(huì)改變這個(gè)位置。但調(diào)用next時(shí)，迭代器就越過下一個(gè)元素，并返回剛剛越過的那個(gè)元素的引用。

Iterator接口的remove方法用于刪除上次調(diào)用next方法返回時(shí)的元素。也就是說，remove操作和next操作具有依賴性，如果沒有調(diào)用next方法而調(diào)用remove方法是非法的，會(huì)拋出一個(gè)IllegalStateException異常。下面是刪除集合中的第一個(gè)元素：

Iterator<String> it=c.iterator(); it.next(); it.remove();如果刪除兩個(gè)相鄰的元素，下面的方法是錯(cuò)誤的：

it.remove(); it.remove();必須先調(diào)用next方法越過待刪除的元素：

it.remove(); it.next(); it.remove();有一個(gè)不怎么恰當(dāng)?shù)谋扔?#xff0c;可以將迭代器看做光標(biāo)：

Collection<String> c=ArrayList<>(); c.add("a"); c.add("b"); c.add("c"); Iterator<String> it=c.iterator();這時(shí)，迭代器的位置如下：

?| a b c

當(dāng)調(diào)用next方法，光標(biāo)就會(huì)后移，然后返回剛才越過的元素：

it.next();此時(shí)，迭代器的位置如下：

a | b c

并返回元素a。

如果要?jiǎng)h除元素，刪除的行為就像后退鍵（Backspace）一樣，刪除光標(biāo)后面（以右為前）的元素：

it.remove();此時(shí)，迭代器的位置如下：

| b c

和后退鍵不同的是，如果迭代器的后面即使還有元素，沒有調(diào)用next方法也不能刪除。

由于Collection接口和Iterator接口都是泛型接口，可以編寫操作任何集合類型的實(shí)用方法。其實(shí)，Collection接口中有很多方法：

public interface java.util.Collection<E> extends java.lang.Iterable<E> {public abstract int size();public abstract boolean isEmpty();public abstract boolean contains(java.lang.Object);public abstract java.util.Iterator<E> iterator();public abstract java.lang.Object[] toArray();public abstract <T> T[] toArray(T[]);public abstract boolean add(E);public abstract boolean remove(java.lang.Object);public abstract boolean containsAll(java.util.Collection<?>);public abstract boolean addAll(java.util.Collection<? extends E>);public abstract boolean removeAll(java.util.Collection<?>);public boolean removeIf(java.util.function.Predicate<? super E>);public abstract boolean retainAll(java.util.Collection<?>);public abstract void clear();public abstract boolean equals(java.lang.Object);public abstract int hashCode();public java.util.Spliterator<E> spliterator();public java.util.stream.Stream<E> stream();public java.util.stream.Stream<E> parallelStream(); }有很多的方法的含義都很明確，這里不做過多的解釋。

當(dāng)然，如果實(shí)現(xiàn)Collection接口的每一個(gè)類都要實(shí)現(xiàn)這些例行方法將是一件很煩人的事。為了能夠讓實(shí)現(xiàn)者更容易地實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口，Java類庫提供了一個(gè)AbstractCollection類，在這個(gè)類里提供了一些例行方法，這樣，一個(gè)具體的集合類就可以擴(kuò)展AbstractCollection類而不需要實(shí)現(xiàn)所有的例行方法了，并可以覆蓋里面的方法。

4 Java類庫中的接口

下圖給出了Java類庫中的所有接口：

其中，Collection和Map是集合框架的兩個(gè)主要接口，所有的集合類都實(shí)現(xiàn)了這兩個(gè)接口中的一個(gè)。Iterator接口和ListIterator接口是迭代器接口，而ListIterator接口提供了更豐富的操作，這個(gè)接口會(huì)在List列表中介紹。RandomAccess接口是一個(gè)標(biāo)簽接口，也就是說這個(gè)接口沒有任何方法，但是可以用這個(gè)接口標(biāo)注某個(gè)類，然后檢查一個(gè)類是否支持隨機(jī)訪問。

在隨后的介紹中，會(huì)詳細(xì)介紹這些接口的方法和使用。

5 Java類庫中的類

下面是Java類庫中的所有實(shí)現(xiàn)類：

其中紅顏色的是抽象類。可以明顯的分為兩個(gè)部分，一個(gè)集合（Collection），一個(gè)映射（Map）。

這些是常用的類，再加上一些專用的類，比如：EnumSet、LinkedHashSet、EnumMap、LinkedHashMap、IdentityHashMap和WeakHashMap，一共14類，它們的特點(diǎn)如下：

Java庫中的具體集合

集合類型	描述
ArrayList	一種可以動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)和伸縮的索引序列
LinkedList	一種可以在任何位置進(jìn)行高效插入和刪除操作的有序序列
ArrayDeque	一種用循環(huán)數(shù)組實(shí)現(xiàn)的雙端隊(duì)列
HashSet	一種沒有重復(fù)元素的無序集合
TreeSet	一種有序集
EnumSet	一種包含枚舉類型值的集
LinkedHashSet	一種可以記住元素插入順序的集
PriorityQueue	一種允許高效刪除最小元素的集合
HashMap	一種存儲(chǔ)鍵/值關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
TreeMap	一種鍵值有序排列的映射表
EnumMap	一種鍵值屬于枚舉類型的映射表
LinkedHashMap	一種可以記住鍵值項(xiàng)添加次序的映射表
WeakHashMap	一種其值無用武之地后可以被垃圾回收器回收的映射表
IdentityHashMap	一種使用==而不是equals比較鍵值的映射表

對(duì)于有序無序、元素可重復(fù)和元素不可重復(fù)，特點(diǎn)總結(jié)如下，注意，對(duì)于Map，考察的是鍵的值是否可重復(fù)：

6 更多

在后序的分析中，會(huì)給出這些具體類和集合的介紹：

2、Java集合(二)：List列表

3、Java集合(三)：Queue隊(duì)列

4、Java集合(四)：Map映射

5、Java集合(五)：Set集

6、Java集合(六)：專用集合和遺留類

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java集合(一)：Java集合概述的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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