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一、Collection接口簡(jiǎn)介

collection在java集合中，算是頂級(jí)接口，它繼承了iterable接口，不能實(shí)例化，只能實(shí)例化其子類。之所以需要這樣一個(gè)接口，是因?yàn)閖ava作為面向?qū)ο?，總是避免不了處理多個(gè)對(duì)象的情況，要處理多個(gè)對(duì)象，首先需要容器存儲(chǔ)，這個(gè)容器就是集合。為什么有了數(shù)組，還需要集合，因?yàn)閿?shù)組的功能單一，長(zhǎng)度不可變，而有些集合實(shí)現(xiàn)類則是對(duì)數(shù)組操作的封裝。

Collection集合和數(shù)組的區(qū)別：

• 集合長(zhǎng)度可以變，數(shù)組是定長(zhǎng)的
• 集合存儲(chǔ)的元素只能是引用類型，而數(shù)組則可以是基本類型
• 數(shù)組只能執(zhí)行基本操作，而集合功能經(jīng)過拓展，更加豐富。

graph TD;
Collection -->List-有順序,可重復(fù) 
List-有順序,可重復(fù)  -->LinkedList-使用鏈表實(shí)現(xiàn),線程不安全
List-有順序,可重復(fù)  -->ArrayList-數(shù)組實(shí)現(xiàn),線程不安全
List-有順序,可重復(fù)  -->Vector-數(shù)組實(shí)現(xiàn),線程安全
Vector-數(shù)組實(shí)現(xiàn),線程安全 -->Stack-堆棧,先進(jìn)后出

Collection-->Set-不可重復(fù),內(nèi)部排序
Set-不可重復(fù),內(nèi)部排序-->HashSet-hash表存儲(chǔ)
HashSet-hash表存儲(chǔ)-->LinkHashSet-鏈表維護(hù)插入順序
Set-不可重復(fù),內(nèi)部排序-->TreeSet-二叉樹實(shí)現(xiàn),排序

Collection-->Queue-隊(duì)列,先進(jìn)先出

二、Collection源碼分析

Collection繼承于Iterable接口，而Iterable接口，是集合的頂級(jí)接口，沒有之一，Iterable接口定義的功能是可以迭代，也就是獲取迭代器iterator的功能，因此Collection以及其實(shí)現(xiàn)類也間接獲得迭代的功能。

為什么需要這樣子定義呢？我陷入了深深地思考...??

其實(shí)，這也算是哲學(xué)問題，java的類的設(shè)計(jì)是經(jīng)過很長(zhǎng)時(shí)間的考驗(yàn)以及調(diào)整形成的，平衡修改以及耦合等各方面的原因，結(jié)構(gòu)更加清晰，維護(hù)成本更低，邏輯性更強(qiáng)。這些接口就是一個(gè)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)或者規(guī)范，其子類就是不斷拓展功能，這些接口的形成是一種抽象，將能迭代事物抽象成為迭代器iterator,將獲取迭代器，也就是迭代能力抽象成iterable。
Collection則是獲得迭代能力的接口之一，其實(shí)Map的實(shí)現(xiàn)類里面也是有使用到iterable接口，幾乎所有的集合實(shí)現(xiàn)類都是需要遍歷元素的，所以這個(gè)iterable也是必須存在的，存在即合理。

下面看Collection接口以及iterable接口的方法對(duì)比：

image

• 獲取迭代器iterator
• foreach()遍歷
• 獲取可切分迭代器Spliterator

Collection接口在此基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展，源碼接口如下：

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()    //是否為空

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<E> iterator()    // 獲取迭代器

Object[] toArray()    // 轉(zhuǎn)成數(shù)組

default boolean removeIf(Predicate<? super E> filter) {} // 刪除集合中復(fù)合條件的元素，刪除成功返回true

boolean equals(Object o)

int hashCode()

default Spliterator<E> spliterator() {} //獲取可分割迭代器

default Stream<E> stream() {}   //獲取流

default Stream<E> parallelStream() {} //獲取并行流

里面獲取并行流的方法parallelStream(),其實(shí)就是通過默認(rèn)的ForkJoinPool（主要用來使用分治法(Divide-and-Conquer Algorithm)來解決問題），提高多線程任務(wù)的速度。我們可以使用ArrayList來演示一下平行處理能力。例如下面的例子，輸出的順序就不一定是1,2,3...，可能是亂序的，這是因?yàn)槿蝿?wù)會(huì)被分成多個(gè)小任務(wù)，任務(wù)執(zhí)行是沒有特定的順序的。

List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9);
list.parallelStream()
       .forEach(out::println);

上面源代碼可以看出，Collection接口定義了功能規(guī)范，有以下功能方法：

• 添加元素
• 刪除元素
• 判斷是否包含/是否全部包含/是否為空
• 獲取迭代器/可分割迭代器
• 獲取長(zhǎng)度
• 取交集
• 獲取流/并行流

我們遍歷元素的時(shí)候可以獲取Iterator,但是具體的實(shí)現(xiàn)是以子類的特性去實(shí)現(xiàn)的，比如ArrayList是用內(nèi)部類的方式實(shí)現(xiàn)了Iterator接口。

三、Collection的子類以及子類的實(shí)現(xiàn)

繼承Collection的子類關(guān)系如下：

image

上面的類圖已經(jīng)足夠清楚，下面是一些簡(jiǎn)單的概括（上面的類型是使用IDEA的類圖功能自動(dòng)生成，簡(jiǎn)直不能太好用??????感覺發(fā)現(xiàn)了新大陸）

3.1 List extend Collection<E>

繼承于Collection接口，有順序，取出的順序與存入的順序一致，有索引，可以根據(jù)索引獲取數(shù)據(jù)，允許存儲(chǔ)重復(fù)的元素，可以放入為null的元素。
最常見的三個(gè)實(shí)現(xiàn)類就是ArrayList，Vector,LinkedList，ArrayList和Vector都是內(nèi)部封裝了對(duì)數(shù)組的操作，唯一不同的是，Vector是線程安全的，而ArrayList不是，理論上ArrayList操作的效率會(huì)比Vector好一些。

里面是接口定義的方法：

int size();  //獲取大小

boolean isEmpty();  //判斷是否為空

boolean contains(Object o);  //是否包含某個(gè)元素

Iterator<E> iterator(); //獲取迭代器

Object[] toArray();  // 轉(zhuǎn)化成為數(shù)組（對(duì)象）

<T> T[] toArray(T[] a);  // 轉(zhuǎn)化為數(shù)組（特定位某個(gè)類）

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<? extends E> c); //批量添加

boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c); //批量添加，指定開始的索引

boolean removeAll(Collection<?> c); //批量移除

boolean retainAll(Collection<?> c); //將c中不包含的元素移除

default void replaceAll(UnaryOperator<E> operator) {}//替換

default void sort(Comparator<? super E> c) {}// 排序

void clear();//清除所有的元素

boolean equals(Object o);//是否相等

int hashCode(); //計(jì)算獲取hash值

E get(int index); //通過索引獲取元素

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);//根據(jù)索引移除某個(gè)元素

int indexOf(Object o);  //根據(jù)對(duì)象獲取索引

int lastIndexOf(Object o); //獲取對(duì)象元素的最后一個(gè)元素

ListIterator<E> listIterator(); // 獲取List迭代器

ListIterator<E> listIterator(int index); // 根據(jù)索引獲取當(dāng)前的位置的迭代器

List<E> subList(int fromIndex, int toIndex); //截取某一段數(shù)據(jù)

default Spliterator<E> spliterator(){} //獲取可切分迭代器

上面的方法都比較簡(jiǎn)單，值得一提的是里面出現(xiàn)了ListIterator，這是一個(gè)功能更加強(qiáng)大的迭代器，繼承于Iterator,只能用于List類型的訪問，拓展功能例如：通過調(diào)用listIterator()方法獲得一個(gè)指向List開頭的ListIterator，也可以調(diào)用listIterator(n)獲取一個(gè)指定索引為n的元素的ListIterator,這是一個(gè)可以雙向移動(dòng)的迭代器。
操作數(shù)組索引的時(shí)候需要注意，由于List的實(shí)現(xiàn)類底層很多都是數(shù)組，所以索引越界會(huì)報(bào)錯(cuò)IndexOutOfBoundsException。
說起List的實(shí)現(xiàn)子類：

• ArrayList：底層存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)是數(shù)組結(jié)構(gòu)，增加刪除比較慢，查找比較快，是最常用的List集合。線程不安全。
• LinkedList：底層是鏈表結(jié)構(gòu)，增加刪除比較快，但是查找比較慢。線程不安全。
• Vector：和ArrayList差不多，但是是線程安全的，即同步。

3.2 Set extend Collection<E>

Set接口，不允許放入重復(fù)的元素，也就是如果相同，則只存儲(chǔ)其中一個(gè)。

image

下面是源碼方法：

int size(); //獲取大小

boolean isEmpty();  //是否為空
 
boolean contains(Object o); //是否包含某個(gè)元素

Iterator<E> iterator(); //獲取迭代器

Object[] toArray(); //轉(zhuǎn)化成為數(shù)組

<T> T[] toArray(T[] a); //轉(zhuǎn)化為特定類的數(shù)組

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<? extends E> 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(); //計(jì)算hashcode

default Spliterator<E> spliterator() {}     //獲取可分割迭代器
        

主要的子類：

• HashSet
  • 允許空值
  • 通過HashCode方法計(jì)算獲取hash值，確定存儲(chǔ)位置，無序。
  • 底層是哈希表，一個(gè)元素為鏈表的數(shù)組
• LinkedHashSet
  • HashSet的子類
  • 有順序
  • 底層由哈希表組成
• TreeSet
  • 如果無參數(shù)構(gòu)建Set，則需要實(shí)現(xiàn)Comparable方法。
  • 亦可以創(chuàng)建時(shí)傳入比較方法，用于排序。

3.3 Queue extend Collection<E>

隊(duì)列接口，在Collection接口的接觸上添加了增刪改查接口定義，一般默認(rèn)是先進(jìn)先出，即FIFO，除了優(yōu)先隊(duì)列和棧，優(yōu)先隊(duì)列是自己定義了排序的優(yōu)先順序，隊(duì)列中不允許放入null元素。

image

下面是源碼：

boolean add(E e);   //插入一個(gè)元素到隊(duì)列，失敗時(shí)返回IllegalStateException （如果隊(duì)列容量不夠）

boolean offer(E e); //插入一個(gè)元素到隊(duì)列，失敗時(shí)返回false

E remove(); //移除隊(duì)列頭的元素并移除

E poll();   //返回并移除隊(duì)列的頭部元素，隊(duì)列為空時(shí)返回null

E element();    //返回隊(duì)列頭元素

E peek();   //返回隊(duì)列頭部的元素，隊(duì)列為空時(shí)返回null

主要的子接口以及實(shí)現(xiàn)類有：

image

• Deque（接口）:Queue的子接口，雙向隊(duì)列，可以從兩邊存取
  • ArrayDeque：Deque的實(shí)現(xiàn)類，底層用數(shù)組實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)存貯在數(shù)組中
• AbstractQueue：Queue的子接口，僅實(shí)現(xiàn)了add、remove和element三個(gè)方法
  • PriorityQueue：按照默認(rèn)或者自己定義的順序來排序元素，底層使用堆（完全二叉樹）實(shí)現(xiàn)，使用動(dòng)態(tài)數(shù)組實(shí)現(xiàn)，
• BlockingQueue： 在java.util.concurrent包中，阻塞隊(duì)列，滿足當(dāng)前無法處理的操作。

對(duì)于Collection集合我們應(yīng)該使用哪一個(gè)？

每個(gè)實(shí)現(xiàn)都有自己的特點(diǎn)，重要的是知道當(dāng)前數(shù)據(jù)以及業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，選取最適合的集合類進(jìn)行數(shù)據(jù)操作。

• 元素唯一（Set）
  • 需要排序
    • 唯一，有序 （自定義排序）：TreeSet（速度較慢）
    • FIFO，按照插入順序，唯一：LinkedHashSet（速度較快）
  • 不需要排序：HashSet（速度最快）
• 元素唯一
  • 列表：List
    • 線程安全：Vector
    • 接受線程不安全
      • 查詢比較多：ArrayList
      • 增加刪除操作較多：LinkedList
  • 排隊(duì)
    • 普通排隊(duì) ：Queue的子類
    • 兩端都可以排隊(duì)：ArrayDeque
    • 按照自己定義的規(guī)則排序：PriorityQueue
    • 處理排隊(duì)當(dāng)前無法處理太多請(qǐng)求（相當(dāng)于緩沖）：阻塞隊(duì)列接口BlockingQueue

四、Collection和Map的辨析

• Collection接口是存儲(chǔ)單列元素，而Map是鍵值對(duì)<Key,Value>，也就是存儲(chǔ)了雙列元素。
• Collection接口繼承了Iterable接口，而Map則不是，Map是在各自的實(shí)現(xiàn)類中才用內(nèi)部類的方式實(shí)現(xiàn)Iterator接口，例如HashMap，key或者value或者它們的組合entry都可以使用迭代器進(jìn)行遍歷。
• 兩個(gè)的子類其實(shí)是有交集的，比如HashSet的底層實(shí)現(xiàn)其實(shí)就是定義了一個(gè)HashMap，TreeSet同樣依賴于Map接口的子實(shí)現(xiàn)類TreeMap。

Map集合可以存儲(chǔ)鍵值對(duì)，可以獲取所有的鍵，或者值或者鍵值對(duì)，鍵不允許重復(fù)，但是值可以重復(fù)。
隨便說說Map相關(guān)的子類：

• HashTable:
  • 源于JDK1.1，底層使用數(shù)組和鏈表
  • 線程安全，不允許null作為key或者value
• HashMap:
  • 源于JDK1.2，JDK1.7以及之前使用數(shù)組+鏈表實(shí)現(xiàn)，JDK1.8使用數(shù)組+鏈表/紅黑樹
  • 線程不安全
• LinkedHashMap:
  • 保存了插入的順序，可以按照順序遍歷
• TreeMap:
  • 實(shí)現(xiàn)了SortMap接口，可以把保存的記錄按照鍵排序
  • 底層是用紅黑樹實(shí)現(xiàn)

五、Collection和Collections的辨析

（1）.Collection是集合的頂級(jí)接口之一，衍生出了Set，List，Queue等一系列接口以及實(shí)現(xiàn)類。而Collections是一個(gè)輔助類，就是實(shí)現(xiàn)一些排序，搜索，線程安全等功能，它主要體現(xiàn)的功能是操作集合，而Collection則是集合本身。

（2）.Collection是接口，其本身不能實(shí)例化，但是可以實(shí)例化為其子類或者實(shí)現(xiàn)類，但是Collections是包裝類，一般不會(huì)實(shí)例化，直接調(diào)用static方法。

Collections接口主要提供了以下操作，只展示了部分，詳細(xì)需要后面文章說：

1. Sort（排序）：public static <T extends Comparable<? super T>> void sort(List<T> list)，元素需要實(shí)現(xiàn)Comparable接口，按照比較器進(jìn)行排序。
2. binarySearch（二分搜索）:public static <T>int binarySearch(List<? extends Comparable<? super T>> list, T key),
3. reverse(反轉(zhuǎn))：public static void reverse(List<?> list)反轉(zhuǎn)順序
4. Shuffling(混排)：public static void shuffle(List<?> list),將list的元素隨機(jī)打亂。
5. 交換（swap）：public static void swap(List<?> list, int i, int j)交換兩個(gè)索引的元素
6. 拷貝（copy）:public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src)，copy出一個(gè)內(nèi)容一致的list。
7. 返回最小的元素（min）：所謂大小，根據(jù)指定的比較器決定，static <T extends Object & Comparable<? super T>> T min(Collection<? extends T> coll)
8. 返回最大的元素（max）：static <T extends Object & Comparable<? super T>> T max(Collection<? extends T> coll)
9. 旋轉(zhuǎn)（Rotate）：將一個(gè)List旋轉(zhuǎn)，假如有個(gè)序列列l(wèi)ist是[1,2,3,4]，調(diào)用方法Collections.rotate(list, 1)后，得到list就變成[4,1,2,3]，public static void rotate(List<?> list, int distance)
10. 替換所有元素（replaceAll）：public static <T> boolean replaceAll(List<T> list, T oldVal, T newVal)
11. 獲取元素出現(xiàn)最后的索引（lastIndexOfSubList）：public static int lastIndexOfSubList(List<?> source, List<?> target)

六、總結(jié)

Collection接口繼承了iterable接口，是集合的頂級(jí)接口之一，衍生接口有List,Set,Queue等，主要定義了元素的基本操作，刪除，添加等等方法，迭代一個(gè)Collection可以使用Iterator，但是Collection本身不能實(shí)例化。
此文章僅代表自己（本菜鳥）學(xué)習(xí)積累記錄，或者學(xué)習(xí)筆記，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系作者刪除。人無完人，文章也一樣，文筆稚嫩，在下不才，勿噴，如果有錯(cuò)誤之處，還望指出，感激不盡~

技術(shù)之路不在一時(shí)，山高水長(zhǎng)，縱使緩慢，馳而不息。

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