java集合【2】——— Collection接口详解

一、Collection接口简介二、Collection源码分析三、Collection的子类以及子类的实现3.1 List extend Collection3.2 Set extend Collection3.3 Queue extend Collection四、Collection和Map的辨析五、Collection和Collections的辨析六、总结 一、Collection接口简介 collection在java集合中，算是顶级接口，它继承了iterable接口，不能实例化，只能实例化其子类。之所以需要这样一个接口，是因为java作为面向对象，总是避免不了处理多个对象的情况，要处理多个对象，首先需要容器存储，这个容器就是集合。为什么有了数组，还需要集合，因为数组的功能单一，长度不可变，而有些集合实现类则是对数组操作的封装。

Collection集合和数组的区别：

集合长度可以变，数组是定长的集合存储的元素只能是引用类型，而数组则可以是基本类型数组只能执行基本操作，而集合功能经过拓展，更加丰富。代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制graph TD;

Collection -->List-有顺序,可重复

List-有顺序,可重复 -->LinkedList-使用链表实现,线程不安全

List-有顺序,可重复 -->ArrayList-数组实现,线程不安全

List-有顺序,可重复 -->Vector-数组实现,线程安全

Vector-数组实现,线程安全 -->Stack-堆栈,先进后出

Collection-->Set-不可重复,内部排序

Set-不可重复,内部排序-->HashSet-hash表存储

HashSet-hash表存储-->LinkHashSet-链表维护插入顺序

Set-不可重复,内部排序-->TreeSet-二叉树实现,排序

Collection-->Queue-队列,先进先出

二、Collection源码分析 Collection继承于Iterable接口，而Iterable接口，是集合的顶级接口，没有之一，Iterable接口定义的功能是可以迭代，也就是获取迭代器iterator的功能，因此Collection以及其实现类也间接获得迭代的功能。

为什么需要这样子定义呢？我陷入了深深地思考...🤔

其实，这也算是哲学问题，java的类的设计是经过很长时间的考验以及调整形成的，平衡修改以及耦合等各方面的原因，结构更加清晰，维护成本更低，逻辑性更强。这些接口就是一个个标准或者规范，其子类就是不断拓展功能，这些接口的形成是一种抽象，将能迭代事物抽象成为迭代器iterator,将获取迭代器，也就是迭代能力抽象成iterable。Collection则是获得迭代能力的接口之一，其实Map的实现类里面也是有使用到iterable接口，几乎所有的集合实现类都是需要遍历元素的，所以这个iterable也是必须存在的，存在即合理。

下面看Collection接口以及iterable接口的方法对比：

从上面的图我们可以看出，iterable接口功能主要是

获取迭代器iteratorforeach()遍历获取可切分迭代器SpliteratorCollection接口在此基础上进行拓展，源码接口如下：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制boolean add(Object o) //添加元素

boolean remove(Object o) //移除元素

boolean addAll(Collection c) //批量添加

boolean removeAll(Collection c) //批量移除

void retainAll(Collection c) // 移除在c中不存在的元素

void clear() //清空集合

int size() //集合大小

boolean isEmpty() //是否为空

boolean contains(Object o) //是否包含在集合中

boolean containsAll(Collection c) //是否包含所有的元素

Iterator iterator() // 获取迭代器

Object[] toArray() // 转成数组

default boolean removeIf(Predicate filter) {} // 删除集合中复合条件的元素，删除成功返回true

boolean equals(Object o)

int hashCode()

default Spliterator spliterator() {} //获取可分割迭代器

default Stream stream() {} //获取流

default Stream parallelStream() {} //获取并行流

里面获取并行流的方法parallelStream(),其实就是通过默认的ForkJoinPool（主要用来使用分治法(Divide-and-Conquer Algorithm)来解决问题），提高多线程任务的速度。我们可以使用ArrayList来演示一下平行处理能力。例如下面的例子，输出的顺序就不一定是1,2,3...，可能是乱序的，这是因为任务会被分成多个小任务，任务执行是没有特定的顺序的。

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制List list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9);

list.parallelStream()

.forEach(out::println);

上面源代码可以看出，Collection接口定义了功能规范，有以下功能方法：

添加元素删除元素判断是否包含/是否全部包含/是否为空获取迭代器/可分割迭代器获取长度取交集获取流/并行流我们遍历元素的时候可以获取Iterator,但是具体的实现是以子类的特性去实现的，比如ArrayList是用内部类的方式实现了Iterator接口。

三、Collection的子类以及子类的实现 继承Collection的子类关系如下：

上面的类图已经足够清楚，下面是一些简单的概括（上面的类型是使用IDEA的类图功能自动生成，简直不能太好用🤣🤣🤣感觉发现了新大陆）

3.1 List extend Collection继承于Collection接口，有顺序，取出的顺序与存入的顺序一致，有索引，可以根据索引获取数据，允许存储重复的元素，可以放入为null的元素。

最常见的三个实现类就是ArrayList，Vector,LinkedList，ArrayList和Vector都是内部封装了对数组的操作，唯一不同的是，Vector是线程安全的，而ArrayList不是，理论上ArrayList操作的效率会比Vector好一些。

里面是接口定义的方法：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制int size(); //获取大小

boolean isEmpty(); //判断是否为空

boolean contains(Object o); //是否包含某个元素

Iterator iterator(); //获取迭代器

Object[] toArray(); // 转化成为数组（对象）

T[] toArray(T[] a); // 转化为数组（特定位某个类）

boolean add(E e); //添加

boolean remove(Object o); //移除元素

boolean containsAll(Collection c); // 是否包含所有的元素

boolean addAll(Collection c); //批量添加

boolean addAll(int index, Collection c); //批量添加，指定开始的索引

boolean removeAll(Collection c); //批量移除

boolean retainAll(Collection c); //将c中不包含的元素移除

default void replaceAll(UnaryOperator operator) {}//替换

default void sort(Comparator c) {}// 排序

void clear();//清除所有的元素

boolean equals(Object o);//是否相等

int hashCode(); //计算获取hash值

E get(int index); //通过索引获取元素

E set(int index, E element);//修改元素

void add(int index, E element);//在指定位置插入元素

E remove(int index);//根据索引移除某个元素

int indexOf(Object o); //根据对象获取索引

int lastIndexOf(Object o); //获取对象元素的最后一个元素

ListIterator listIterator(); // 获取List迭代器

ListIterator listIterator(int index); // 根据索引获取当前的位置的迭代器

List subList(int fromIndex, int toIndex); //截取某一段数据

default Spliterator spliterator(){} //获取可切分迭代器

上面的方法都比较简单，值得一提的是里面出现了ListIterator，这是一个功能更加强大的迭代器，继承于Iterator,只能用于List类型的访问，拓展功能例如：通过调用listIterator()方法获得一个指向List开头的ListIterator，也可以调用listIterator(n)获取一个指定索引为n的元素的ListIterator,这是一个可以双向移动的迭代器。

操作数组索引的时候需要注意，由于List的实现类底层很多都是数组，所以索引越界会报错IndexOutOfBoundsException。

说起List的实现子类：

ArrayList：底层存储结构是数组结构，增加删除比较慢，查找比较快，是最常用的List集合。线程不安全。LinkedList：底层是链表结构，增加删除比较快，但是查找比较慢。线程不安全。Vector：和ArrayList差不多，但是是线程安全的，即同步。3.2 Set extend CollectionSet接口，不允许放入重复的元素，也就是如果相同，则只存储其中一个。

下面是源码方法：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制int size(); //获取大小

boolean isEmpty(); //是否为空

boolean contains(Object o); //是否包含某个元素

Iterator iterator(); //获取迭代器

Object[] toArray(); //转化成为数组

T[] toArray(T[] a); //转化为特定类的数组

boolean add(E e); //添加元素

boolean remove(Object o); //移除元素

boolean containsAll(Collection c); //是否包含所有的元素

boolean addAll(Collection c); //批量添加

boolean retainAll(Collection c); //移除所有不存在于c集合中的元素

boolean removeAll(Collection c); //移除所有在c集合中存在的元素

void clear(); //清空集合

boolean equals(Object o); //是否相等

int hashCode(); //计算hashcode

default Spliterator spliterator() {} //获取可分割迭代器

主要的子类：

HashSet允许空值通过HashCode方法计算获取hash值，确定存储位置，无序。底层是哈希表，一个元素为链表的数组LinkedHashSetHashSet的子类有顺序底层由哈希表组成TreeSet如果无参数构建Set，则需要实现Comparable方法。亦可以创建时传入比较方法，用于排序。3.3 Queue extend Collection队列接口，在Collection接口的接触上添加了增删改查接口定义，一般默认是先进先出，即FIFO，除了优先队列和栈，优先队列是自己定义了排序的优先顺序，队列中不允许放入null元素。

下面是源码：

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制boolean add(E e); //插入一个元素到队列，失败时返回IllegalStateException （如果队列容量不够）

boolean offer(E e); //插入一个元素到队列，失败时返回false

E remove(); //移除队列头的元素并移除

E poll(); //返回并移除队列的头部元素，队列为空时返回null

E element(); //返回队列头元素

E peek(); //返回队列头部的元素，队列为空时返回null

主要的子接口以及实现类有：

Deque（接口）:Queue的子接口，双向队列，可以从两边存取ArrayDeque：Deque的实现类，底层用数组实现，数据存贮在数组中AbstractQueue：Queue的子接口，仅实现了add、remove和element三个方法PriorityQueue：按照默认或者自己定义的顺序来排序元素，底层使用堆（完全二叉树）实现，使用动态数组实现，BlockingQueue：在java.util.concurrent包中，阻塞队列，满足当前无法处理的操作。对于Collection集合我们应该使用哪一个？

每个实现都有自己的特点，重要的是知道当前数据以及业务的特点，选取最适合的集合类进行数据操作。

元素唯一（Set）唯一，有序 （自定义排序）：TreeSet（速度较慢）FIFO，按照插入顺序，唯一：LinkedHashSet（速度较快）需要排序不需要排序：HashSet（速度最快）元素唯一普通排队 ：Queue的子类两端都可以排队：ArrayDeque按照自己定义的规则排序：PriorityQueue处理排队当前无法处理太多请求（相当于缓冲）：阻塞队列接口BlockingQueue线程安全：Vector接受线程不安全查询比较多：ArrayList增加删除操作较多：LinkedList列表：List排队 四、Collection和Map的辨析 Collection接口是存储单列元素，而Map是键值对，也就是存储了双列元素。Collection接口继承了Iterable接口，而Map则不是，Map是在各自的实现类中才用内部类的方式实现Iterator接口，例如HashMap，key或者value或者它们的组合entry都可以使用迭代器进行遍历。两个的子类其实是有交集的，比如HashSet的底层实现其实就是定义了一个HashMap，TreeSet同样依赖于Map接口的子实现类TreeMap。Map集合可以存储键值对，可以获取所有的键，或者值或者键值对，键不允许重复，但是值可以重复。随便说说Map相关的子类：

HashTable:源于JDK1.1，底层使用数组和链表线程安全，不允许null作为key或者valueHashMap:源于JDK1.2，JDK1.7以及之前使用数组+链表实现，JDK1.8使用数组+链表/红黑树线程不安全LinkedHashMap:保存了插入的顺序，可以按照顺序遍历TreeMap:实现了SortMap接口，可以把保存的记录按照键排序底层是用红黑树实现 五、Collection和Collections的辨析 （1）.Collection是集合的顶级接口之一，衍生出了Set，List，Queue等一系列接口以及实现类。而Collections是一个辅助类，就是实现一些排序，搜索，线程安全等功能，它主要体现的功能是操作集合，而Collection则是集合本身。

（2）.Collection是接口，其本身不能实例化，但是可以实例化为其子类或者实现类，但是Collections是包装类，一般不会实例化，直接调用static方法。

Collections接口主要提供了以下操作，只展示了部分，详细需要后面文章说：

Sort（排序）：public static > void sort(List list)，元素需要实现Comparable接口，按照比较器进行排序。binarySearch（二分搜索）:public static int binarySearch(List> list, T key),reverse(反转)：public static void reverse(List list)反转顺序Shuffling(混排)：public static void shuffle(List list),将list的元素随机打乱。交换（swap）：public static void swap(List list, int i, int j)交换两个索引的元素拷贝（copy）:public static void copy(List dest, List src)，copy出一个内容一致的list。返回最小的元素（min）：所谓大小，根据指定的比较器决定，static > T min(Collection coll)返回最大的元素（max）：static > T max(Collection coll)旋转（Rotate）：将一个List旋转，假如有个序列列list是[1,2,3,4]，调用方法Collections.rotate(list, 1)后，得到list就变成[4,1,2,3]，public static void rotate(List list, int distance)替换所有元素（replaceAll）：public static boolean replaceAll(List list, T oldVal, T newVal)获取元素出现最后的索引（lastIndexOfSubList）：public static int lastIndexOfSubList(List source, List target) 六、总结 Collection接口继承了iterable接口，是集合的顶级接口之一，衍生接口有List,Set,Queue等，主要定义了元素的基本操作，删除，添加等等方法，迭代一个Collection可以使用Iterator，但是Collection本身不能实例化。

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