Java 容器类型复习笔记

最近抽空把 java.lang 下面常用的那些容器类型（数据结构）复习了一下，这些东西是基础，平时使用的时候也可以很容易查得到，有些方法大概知道，但是总是弄混，如果可以记住那些重要方法，并且能够熟练使用的话，还是可以让编码过程变得容易很多。另外一个是实现机制，对于常用数据结构的实现机制，应该说是必须要熟知的。

另外，并发容器我之前整理过，放在这篇文章里。

Queue

add 和 offer 的区别在于达到上限时 add 抛出异常，offer 返回 false；
remove 和 poll 的区别在于，队列为空时前者抛出异常，后者返回空；
element 和 peek 都返回队列头部元素，但是前者失败抛出异常，后者返回空。

boolean add(E e);
boolean offer(E e);

E remove();
E poll();

E element();
E peek();

PriorityQueue，内部实现是一个 Object[] queue 承载的堆。

Deque，双端队列（double-ended queue），在 Queue 基础上，增加了这样几个方法：

void addFirst(E e);
void addLast(E e);

boolean offerFirst(E e);
boolean offerLast(E e);

E removeFirst();
E removeLast();

E pollFirst();
E pollLast();

E getFirst();
E getLast();

E peekFirst();
E peekLast();

boolean removeFirstOccurrence(Object o);
boolean removeLastOccurrence(Object o);

ArrayDequeue：数组实现，扩容策略是容量翻倍。

List

boolean add(E e);
boolean remove(Object o);
E get(int index);
E set(int index, E element);
void add(int index, E element);
E remove(int index);

ArrayList，扩容策略是 (oldCapacity * 3)/2 + 1。

LinkedList，它除了实现自 List 接口外，还实现了 Deque 接口。

Vector，实现自 List 接口，内部实现是个数组，线程安全，扩容策略是 (capacityIncrement > 0) ? (oldCapacity + capacityIncrement) : (oldCapacity * 2)。

Stack 是 Vector 的子类，增加了一些栈的方法：

E push(E item)
E pop()
E peek()
boolean empty()

Map

boolean containsKey(Object key);
boolean containsValue(Object value);

V get(Object key);
V put(K key, V value);
V remove(Object key);

Set<K> keySet();
Collection<V> values();
Set<Map.Entry<K, V>> entrySet();

SotedMap 接口，key 是有序的 map：

SortedMap<K, V> subMap(K paramK1, K paramK2);
SortedMap<K, V> headMap(K paramK);
SortedMap<K, V> tailMap(K paramK);

K firstKey();
K lastKey();

子接口 NavigableMap，提供了一些根据某个 key 寻找它前面或者后面的 key 的方法。其中 floorKey/celingKey 表示的关系是小于等于/大于等于，lower/higher 表示的关系是严格的小于/大于：

Map.Entry<K,V> floorEntry(K key)
K floorKey(K key)
Map.Entry<K,V> ceilingEntry(K key)
K ceilingKey(K key)

Map.Entry<K,V> lowerEntry(K key)
K lowerKey(K key)
Map.Entry<K,V> higherEntry(K key)
K higherKey(K key)

TreeMap 是 NavigableMap 的直接实现子类，内部实现是一个红黑树。

EnumMap，结构是<K extends Enum<K>, V>，内部是通过一个 K[] keyUniverse 和一个 Object[] vals 来实现的。

HashMap，内部是数组+链表实现的，达到 threshold = capacity * loadFactor 时，扩容策略为：numKeysToBeAdded / loadFactor + 1。

HashTable，实现自 Dictionary 和 Map，方法都是线程安全的。HashTable 的 put 方法，value 不可以为空，这是它和 HashMap 的一个不同；再有二者找桶的 hash 方法不同；最后则是 threshold 计算逻辑相同，但它的扩容策略不同：oldCapacity * 2 + 1。HashTable、HashMap 和 HashSet 经常被放到一起比较。

Properties，是 HashTable 的子类，方法线程安全。

IdentityHashMap，比较 key 不是使用 equals 来比较，而是使用 “==” 来比较，只要地址不等（即不是同一个对象）即可共存，也就是说，key 是可以重复的。

LinkedHashMap，在 HashMap 的基础上，又单独维护了一个双向循环链表。有一个重要参数是 accessOrder，accessOrder 为 true 时，每次调用 get 方法访问行为发生后，会把最近访问的对象移动到头部，而超出容量移除对象时，是从尾部开始的，利用它并且覆写 boolean removeEldestEntry 方法可以实现一个 LRU 的队列。

WeakHashMap，但是 key 是 weak 引用，在不被使用时自动清除，扩容策略：tab.length * 2。原理上看：Entry<K,V> extends WeakReference<K> implements Map.Entry<K,V>，因此 entry 是弱引用的实现类，关键方法是 expungeStaleEntries，它在对这个 map 各种操作的时候都会被调用到，而这个方法里面也是靠监听 key 的 ReferenceQueue 这个队列的状态来确定是否真的没有对象引用了。

Set

boolean contains(Object o);
boolean add(E e);
boolean remove(Object o);

SortedSet，接口方法和 SortedMap 类似：

SortedSet<E> subSet(E fromElement, E toElement);
SortedSet<E> headSet(E toElement);
SortedSet<E> tailSet(E fromElement);

E first();
E last();

相应地，NavigableSet 和 NavigableMap 类似，方法就不列出了。

TreeSet 则和 TreeMap 类似，其实内部实现就是一个 TreeMap。

HashSet，尤其注意的是，有两种实现，当构造方法参数小于 3 个时，内部使用 HashMap，否则，使用 LinkedHashMap。

RegularEnumSet 和 JumboEnumSet，前者是普通的枚举 set（用位移来表示各种组合的可能，达到空间占用最小，最大不能超过 64 个枚举值），后者适合数量较大的枚举 set（老老实实地使用对象数组）。

LinkedHashSet，其实和 LinkedHashMap 是一个东西。

BitSet，叫 set 但是没有实现 set 的接口。用比特位来存放某个数是否存在，比如仅仅一个 long，64 位，就可以存放 0~63 的数，内部实际的数据类型是 long[]。

void flip(int bitIndex);
void flip(int fromIndex, int toIndex);

void set(int bitIndex);
void set(int fromIndex, int toIndex, boolean value);

void clear(int bitIndex);

int length();
int size();

其中 size 方法返回实际使用了的比特位数目；length 方法返回逻辑意义上的长度（比如表示的数里面最大是 80，那么加上 0，它的逻辑意义上的长度就是 81）。

扩容策略：Math.max(2 * words.length, wordsRequired)。

Dictionary

Enumeration<K> keys();
Enumeration<V> elements();

V get(Object key);
V put(K key, V value);
V remove(Object key);

已经被废弃了，用 Map 来实现相同功能。

最后这张图来自这个网站，对于从宏观上把握这些容器类型实在是太有帮助了：

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