Java 简明教程

Java - Collections Framework

在 Java 2 之前，Java 提供了诸如 Dictionary, Vector, Stack, 和 Properties 等特殊类来存储和操作对象组。尽管这些类非常有用，但它们缺少一个中心统一的主题。因此，您使用 Vector 的方式与您使用 Properties 的方式不同。

Why Collections Framework?

集合框架旨在满足若干目标，例如-

  1. 该框架必须是高性能的。基本集合（动态数组、链表、树和散列表）的实现必须是高效的。

  2. 该框架必须允许不同类型的集合以相似的方式，并具有高度可互操作性。

  3. 该框架必须轻松扩展和/或调整集合。

为此目的，整个 collections 框架围绕一组标准接口进行设计。提供 LinkedList, HashSet, 和 TreeSet 等这些接口的几个标准实现，您可以按原样使用它们，也可以根据需要实现自己的集合。

Java Collections Framework

集合框架是一个用于表示和操作集合的统一体系结构。所有集合框架包含下列内容：

  1. Interfaces - 这些是表示集合的抽象数据类型。接口允许独立于其表示的详细信息来操作集合。在 object-oriented 语言中，接口通常会形成层次结构。

  2. Implementations, i.e., Classes - 这些是集合接口的具体实现。本质上，它们是可重用的数据结构。

  3. Algorithms，这些方法执行有用的计算，例如在实现集合接口的对象上进行搜索和排序。这些算法被称为多态的：也就是说，可以在适当集合接口的许多不同实现上使用相同的方法。

除了集合之外，该框架还定义了几个映射接口和类。映射存储键值对。虽然在该术语的正确使用中，映射不是集合，但它们与集合完全集成。

Hierarchy of Collection Framework

集合框架的所有类和接口都可以在 java.utli package 中找到。下图显示了 Java 中集合框架的层次结构：

hierarchy of collection framework

Java Collection Interfaces

集合框架定义了几个接口。本节概述了每个接口：

Sr.No.

Interface & Description

1

The Collection Interface 这使你能够处理对象组；它位于集合层次结构的顶部。

2

The List Interface 这个扩展了 Collection ，List 的一个实例存储元素的有序集合。

3

The Set 这个扩展了 Collection 去处理 Set，Set 必须包含唯一元素。

4

The SortedSet 这个扩展了 Set 去处理已排序的 Set。

5

The Map 这个将唯一键映射到值。

6

The Map.Entry 这个在映射中描述一个元素（一个键/值对）。这是 Map 的内部类。

7

The SortedMap 该方法扩展了 Map，以便按升序维护键。

8

The Enumeration 这个是旧版接口，它定义了在对象集合中枚举（一次获取一个）元素的方法。这个旧版接口已经被 Iterator 取代了。

Java Collection Classes

Java 提供了一组实现 Collection 接口的标准集合类。有些类提供了可按原样使用的完整实现，而另一些类是抽象类，提供用作创建具体集合的起点的骨架实现。

标准集合类总结在以下表中 −

Sr.No.

Class & Description

1

AbstractCollection 实现了 Collection 接口的大部分方法。

2

AbstractList 扩展了 AbstractCollection，实现了 List 接口的大部分方法。

3

AbstractSequentialList 扩展了 AbstractList，由顺序访问而不是随机访问其元素的集合使用。

4

LinkedList 通过扩展 AbstractSequentialList 实现了一个链表。

5

ArrayList 通过扩展 AbstractList，实现了动态数组。

6

AbstractSet 扩展了 AbstractCollection，并实现了大部分 Set 接口。

7

HashSet 扩展了 AbstractSet，以便与哈希表一起使用。

8

LinkedHashSet 扩展了 HashSet，以允许插入顺序迭代。

9

TreeSet 实现了存储在树中的集合。扩展了 AbstractSet。

10

AbstractMap 实现了大部分 Map 接口。

11

HashMap 扩展了 AbstractMap，以使用哈希表。

12

TreeMap 扩展了 AbstractMap，以使用树。

13

WeakHashMap 扩展了 AbstractMap，以使用具有弱键值的哈希表。

14

LinkedHashMap 扩展了 HashMap，以允许插入顺序迭代。

15

IdentityHashMap 扩展了 AbstractMap，并且在比较文档时使用引用相等性。

AbstractCollection、AbstractSet、AbstractList、AbstractSequentialList 和 AbstractMap 类提供了核心集合接口的基本实现，以最大程度减少实现这些接口所需的工作量。

java.util 定义的以下旧类已在上一章中讨论过−

Sr.No.

Class & Description

1

Vector 它实现了动态数组。它与 ArrayList 类似，但有一些不同之处。

2

Stack Stack 是 Vector 的子类，它实现了一个标准的最后进，先出栈。

3

Dictionary Dictionary 是表示键/值存储库的抽象类，并且与 Map 非常类似。

4

Hashtable Hashtable 是 original java.util 的一部分，并且是 Dictionary 的具体实现。

5

Properties Properties 是 Hashtable 的子类。它用于维护值列表，其中键是 String，值也是一个 String。

6

PriorityQueue PriorityQueue 类是一个无界的优先级队列，基于优先级堆。依赖自然排序的优先级队列也不允许插入不可比较的对象。

7

BitSet BitSet 类创建了一种特殊类型的数组，其中包含位值。根据需要，此数组可以增加大小。

8

ArrayDeque ArrayDeque 类提供了可调整大小的数组并实现了 Deque 接口。Array deque 没有容量限制，因此它们会根据需要增长以支持使用。

9

EnumMap EnumMap 类是专门的 Map 实现，用于使用枚举键。枚举地图中的所有键都必须来自创建地图时明确或隐式指定的单个枚举类型。

10

Queue 队列接口在 java.util 包中提供，它实现了集合接口。队列实现了 FIFO，即先进先出。这意味着先输入的元素是最先删除的元素。

11

Deque EnumMap 类是专门的 Map 实现，用于使用枚举键。枚举地图中的所有键都必须来自创建地图时明确或隐式指定的单个枚举类型。

The Collection Algorithms

集合框架定义了可以应用于集合和映射的几种算法。这些算法在 Collections 类中被定义为静态方法。

其中有些方法会抛出 ClassCastException，当尝试比较不兼容的类型时会发生 ClassCastException 错误，当尝试修改不可修改集合时会发生 UnsupportedOperationException 错误。

集合定义了三个静态变量：EMPTY_SET、EMPTY_LIST 和 EMPTY_MAP。所有都是不可变的。

Sr.No.

Algorithm & Description

1

The Collection Algorithms 以下是所有算法实现的列表。

How to Use an Iterator?

通常，您会希望在集合中的元素间循环。例如，您可能希望显示每个元素。

最简单的做法是使用迭代器，它是一个实现了 Iterator 或 ListIterator 接口的对象。

迭代器使您能够在集合中循环，获取或删除元素。ListIterator 扩展了 Iterator，以允许双向遍历列表并修改元素。

Sr.No.

Iterator Method & Description

1

Using Java Iterator 以下是迭代器和列表迭代器接口提供的方法列表，其中包含示例。

How to Use a Comparator?

TreeSet 和 TreeMap 都将元素存储在排序顺序中。但是，正是比较器精确地定义了排序顺序的含义。

该接口允许我们对给定集合进行任意次数的不同方式的排序。此接口还可以用于对任何类的任何实例（包括我们无法修改的类）进行排序。

Sr.No.

Iterator Method & Description

1

Using Java Comparator 以下是比较器接口提供的方法列表，其中包含示例。

How to Use a Comparable?

TreeSet 和 TreeMap 都按顺序存储元素。我们可以使用 Comparable 接口精确定义排序顺序的意思。

该接口允许我们对给定集合进行任意次数的不同方式的排序。此接口还可以用于对任何类的任何实例（包括我们无法修改的类）进行排序。

Sr.No.

Iterator Method & Description

1

Using Java Comparable 以下是可比较接口提供的方法列表，其中包含示例。

Summary

Java 集合框架为程序员提供了预先打包的数据结构和用于操作这些数据结构的算法。

集合是可以引用其他对象的类。集合接口声明了可在每种类型的集合上执行的操作。

集合框架的类和接口都包含在包 java.util 中。