容器就是可以容纳其他Java对象的对象。Java容器里只能放对象，对于基本类型(int, long, float, double等)，需要将其包装成对象类型后(Integer, Long, Float, Double等)才能放到容器里。很多时候拆包装和解包装能够自动完成。这虽然会导致额外的性能和空间开销，但简化了设计和编程。
三、Collection容器主要包括 Collection 和 Map 两种，Collection 存储着对象的集合，而 Map 存储着键值对(两个对象)的映射表。
1. Set1）TreeSet
基于红黑树实现，支持有序性操作，例如根据一个范围查找元素的操作。但是查找效率不如 HashSet，HashSet 查找的时间复杂度为 O(1)，TreeSet 则为 O(logN)。
2）HashSet
基于哈希表实现，支持快速查找，但不支持有序性操作。并且失去了元素的插入顺序信息，也就是说使用 Iterator 遍历 HashSet 得到的结果是不确定的。
3）LinkedHashSet
具有 HashSet 的查找效率，且内部使用双向链表维护元素的插入顺序。
2. List
1）ArrayList
基于动态数组实现，支持随机访问。
2）Vector
和 ArrayList 类似，但它是线程安全的。
3）LinkedList
基于双向链表实现，只能顺序访问，但是可以快速地在链表中间插入和删除元素。不仅如此，LinkedList 还可以用作栈、队列和双向队列。
3. Queue
1）LinkedList
可以用它来实现双向队列。
2）PriorityQueue
基于堆结构实现，可以用它来实现优先队列。
四、Map
1. TreeMap
基于红黑树实现。
2. HashMap
基于哈希表实现。
3. HashTable
和 HashMap 类似，但它是线程安全的，这意味着同一时刻多个线程可以同时写入 HashTable 并且不会导致数据不一致。它是遗留类，不应该去使用它。现在可以使用 ConcurrentHashMap 来支持线程安全，并且 ConcurrentHashMap 的效率会更高，因为 ConcurrentHashMap 引入了分段锁。
4. LinkedHashMap
使用双向链表来维护元素的顺序，顺序为插入顺序或者最近最少使用(LRU)顺序。
Java集合 — ArrayList 一、概述
ArrayList实现了List接口，是顺序容器，即元素存放的数据与放进去的顺序相同，允许放入null元素，底层通过数组实现。除该类未实现同步外，其余跟Vector大致相同。每个ArrayList都有一个容量(capacity)，表示底层数组的实际大小，容器内存储元素的个数不能多于当前容量。当向容器中添加元素时，如果容量不足，容器会自动增大底层数组的大小。前面已经提过，Java泛型只是编译器提供的语法糖，所以这里的数组是一个Object数组，以便能够容纳任何类型的对象。
size(), isEmpty(), get(), set()方法均能在常数时间内完成，add()方法的时间开销跟插入位置有关，addAll()方法的时间开销跟添加元素的个数成正比。其余方法大都是线性时间。
为追求效率，ArrayList没有实现同步(synchronized)，如果需要多个线程并发访问，用户可以手动同步，也可使用Vector替代。
二、实现 1. 底层结构
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
private int size;
2. 构造函数
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
public ArrayList(Collection c) {
elementData = c.toArray();
if ((size = elementData.length) != 0) {
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// replace with empty array.
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
3. 自动扩容
每当向数组中添加元素时，都要去检查添加后元素的个数是否会超出当前数组的长度，如果超出，数组将会进行扩容，以满足添加数据的需求。数组扩容通过一个公开的方法ensureCapacity(int minCapacity)来实现。在实际添加大量元素前，也可以使用ensureCapacity来手动增加ArrayList实例的容量，以减少递增式再分配的数量。
数组进行扩容时，会将老数组中的元素重新拷贝一份到新的数组中，每次数组容量的增长大约是其原容量的1.5倍。这种操作的代价是很高的，因此在实际使用时，我们应该尽量避免数组容量的扩张。当我们可预知要保存的元素的多少时，要在构造ArrayList实例时，就指定其容量，以避免数组扩容的发生。或者根据实际需求，通过调用ensureCapacity方法来手动增加ArrayList实例的容量。
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
// any size if not default element table
? 0
// larger than default for default empty table. It's already
// supposed to be at default size.
: DEFAULT_CAPACITY;
if (minCapacity > minExpand) {
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}
4. add() 与 addAll()
这两个方法都是向容器中添加新元素，这可能会导致capacity不足，因此在添加元素之前，都需要进行剩余空间检查，如果需要则自动扩容。扩容操作最终是通过grow()方法完成的。
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
add(int index, E e)需要先对元素进行移动，然后完成插入操作，也就意味着该方法有着线性的时间复杂度。
addAll()方法能够一次添加多个元素，根据位置不同也有两个版本，一个是在末尾添加的addAll(Collection c)方法，一个是从指定位置开始插入的addAll(int index, Collection c)方法。跟add()方法类似，在插入之前也需要进行空间检查，如果需要则自动扩容；如果从指定位置插入，也会存在移动元素的情况。 addAll()的时间复杂度不仅跟插入元素的多少有关，也跟插入的位置相关。
public boolean addAll(Collection c) {
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount
System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
public boolean addAll(int index, Collection c) {
rangeCheckForAdd(index);
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount
int numMoved = size - index;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
numMoved);
System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
5. set()
public E set(int index, E element) {
rangeCheck(index);//下标越界检查
E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;//赋值到指定位置，复制的仅仅是引用
return oldValue;
}
6. get()
public E get(int index) {
rangeCheck(index);
return (E) elementData[index];//注意类型转换
}
7. remove()
remove()方法也有两个版本，一个是remove(int index)删除指定位置的元素，另一个是remove(Object o)删除第一个满足o.equals(elementData[index])的元素。
删除操作是add()操作的逆过程，需要将删除点之后的元素向前移动一个位置。需要注意的是为了让GC起作用，必须显式的为最后一个位置赋null值。
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
elementData[--size] = null; //清除该位置的引用，让GC起作用
return oldValue;
}
8. trimToSize()
ArrayList提供了将底层数组的容量调整为当前列表保存的实际元素的大小的功能。它可以通过trimToSize方法来实现。代码如下:
public void trimToSize() {
modCount++;
if (size < elementData.length) {
elementData = (size == 0)
? EMPTY_ELEMENTDATA
: Arrays.copyOf(elementData, size);
}
}
9. indexOf(), lastIndexOf()
获取元素的第一次出现的index:
public int indexOf(Object o) {
if (o == null) {
for (int i = 0; i < size; i++)
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = 0; i < size; i++)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}
获取元素的最后一次出现的index:
public int lastIndexOf(Object o) {
if (o == null) {
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}
10. Fail-Fast机制:
ArrayList也采用了快速失败的机制，通过记录modCount参数来实现。在面对并发的修改时，迭代器很快就会完全失败，而不是冒着在将来某个不确定时间发生任意不确定行为的风险。
Java集合 — LinkedList 一、概述
LinkedList同时实现了List接口和Deque接口，也就是说它既可以看作一个顺序容器，又可以看作一个队列(Queue)，同时又可以看作一个栈(Stack)。关于栈或队列，现在的首选是ArrayDeque，它有着比LinkedList(当作栈或队列使用时)有着更好的性能。
LinkedList的实现方式决定了所有跟下标相关的操作都是线性时间，而在首段或者末尾删除元素只需要常数时间。为追求效率LinkedList没有实现同步(synchronized)，如果需要多个线程并发访问，可以先采用Collections.synchronizedList()方法对其进行包装。
二、实现 1. 底层数据结构LinkedList底层通过双向链表实现，双向链表的每个节点用内部类Node表示。LinkedList通过first和last引用分别指向链表的第一个和最后一个元素。当链表为空的时候first和last都指向null。
transient int size = 0;
transient Node first;
transient Node last;
其中Node是私有的内部类:
private static class Node2. 构造函数{ E item; Node next; Node prev; Node(Node prev, E element, Node next) { this.item = element; this.next = next; this.prev = prev; } }
public LinkedList() {
}
public LinkedList(Collection c) {
this();
addAll(c);
}
3. getFirst(), getLast()
获取第一个元素， 和获取最后一个元素:
public E getFirst() {
final Node f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return f.item;
}
public E getLast() {
final Node l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return l.item;
}
4. removeFirst(), removeLast(), remove(e), remove(index)
remove()方法也有两个版本，一个是删除跟指定元素相等的第一个元素remove(Object o)，另一个是删除指定下标处的元素remove(int index)。
删除元素 - 指的是删除第一次出现的这个元素, 如果没有这个元素，则返回false；判断的依据是equals方法， 如果equals，则直接unlink这个node；由于LinkedList可存放null元素，故也可以删除第一次出现null的元素；
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
for (Node x = first; x != null; x = x.next) {
if (x.item == null) {
unlink(x);
return true;
}
}
} else {
for (Node x = first; x != null; x = x.next) {
if (o.equals(x.item)) {
unlink(x);
return true;
}
}
}
return false;
}
E unlink(Node x) {
// assert x != null;
final E element = x.item;
final Node next = x.next;
final Node prev = x.prev;
if (prev == null) {// 第一个元素
first = next;
} else {
prev.next = next;
x.prev = null;
}
if (next == null) {// 最后一个元素
last = prev;
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;
}
x.item = null; // GC
size--;
modCount++;
return element;
}
remove(int index)使用的是下标计数， 只需要判断该index是否有元素即可，如果有则直接unlink这个node。
public E remove(int index) {
checkElementIndex(index);
return unlink(node(index));
}
删除head元素:
public E removeFirst() {
final Node f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkFirst(f);
}
private E unlinkFirst(Node f) {
// assert f == first && f != null;
final E element = f.item;
final Node next = f.next;
f.item = null;
f.next = null; // help GC
first = next;
if (next == null)
last = null;
else
next.prev = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
删除last元素:
public E removeLast() {
final Node l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkLast(l);
}
private E unlinkLast(Node l) {
// assert l == last && l != null;
final E element = l.item;
final Node prev = l.prev;
l.item = null;
l.prev = null; // help GC
last = prev;
if (prev == null)
first = null;
else
prev.next = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
5. add()
add()方法有两个版本，一个是add(E e)，该方法在LinkedList的末尾插入元素，因为有last指向链表末尾，在末尾插入元素的花费是常数时间。只需要简单修改几个相关引用即可；另一个是add(int index, E element)，该方法是在指定下表处插入元素，需要先通过线性查找找到具体位置，然后修改相关引用完成插入操作。
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
void linkLast(E e) {
final Node l = last;
final Node newNode = new Node<>(l, e, null);
last = newNode;
if (l == null)
first = newNode;
else
l.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
add(int index, E element), 当index==size时，等同于add(E e); 如果不是，则分两步: 1.先根据index找到要插入的位置,即node(index)方法；2.修改引用，完成插入操作。
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);
if (index == size)
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}
上面代码中的node(int index)函数有一点小小的trick，因为链表双向的，可以从开始往后找，也可以从结尾往前找，具体朝那个方向找取决于条件index < (size >> 1)，也即是index是靠近前端还是后端。从这里也可以看出，linkedList通过index检索元素的效率没有arrayList高。
Node node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
if (index < (size >> 1)) {
Node x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else {
Node x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
6. addAll()
addAll(index, c) 实现方式并不是直接调用add(index,e)来实现，主要是因为效率的问题，另一个是fail-fast中modCount只会增加1次；
public boolean addAll(Collection c) {
return addAll(size, c);
}
public boolean addAll(int index, Collection c) {
checkPositionIndex(index);
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
if (numNew == 0)
return false;
Node pred, succ;
if (index == size) {
succ = null;
pred = last;
} else {
succ = node(index);
pred = succ.prev;
}
for (Object o : a) {
@SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
Node newNode = new Node<>(pred, e, null);
if (pred == null)
first = newNode;
else
pred.next = newNode;
pred = newNode;
}
if (succ == null) {
last = pred;
} else {
pred.next = succ;
succ.prev = pred;
}
size += numNew;
modCount++;
return true;
}
7. clear()
为了让GC更快可以回收放置的元素，需要将node之间的引用关系赋空。
public void clear() {
// Clearing all of the links between nodes is "unnecessary", but:
// - helps a generational GC if the discarded nodes inhabit
// more than one generation
// - is sure to free memory even if there is a reachable Iterator
for (Node x = first; x != null; ) {
Node next = x.next;
x.item = null;
x.next = null;
x.prev = null;
x = next;
}
first = last = null;
size = 0;
modCount++;
}
8. Positional Access 方法
通过index获取元素:
public E get(int index) {
checkElementIndex(index);
return node(index).item;
}
将某个位置的元素重新赋值:
public E set(int index, E element) {
checkElementIndex(index);
Node x = node(index);
E oldVal = x.item;
x.item = element;
return oldVal;
}
将元素插入到指定index位置:
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);
if (index == size)
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}
删除指定位置的元素:
public E remove(int index) {
checkElementIndex(index);
return unlink(node(index));
}
其它位置的方法:
private boolean isElementIndex(int index) {
return index >= 0 && index < size;
}
private boolean isPositionIndex(int index) {
return index >= 0 && index <= size;
}
private String outOfBoundsMsg(int index) {
return "Index: "+index+", Size: "+size;
}
private void checkElementIndex(int index) {
if (!isElementIndex(index))
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
private void checkPositionIndex(int index) {
if (!isPositionIndex(index))
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
9. 查找操作
查找操作的本质是查找元素的下标:
查找第一次出现的index, 如果找不到返回-1；
public int indexOf(Object o) {
int index = 0;
if (o == null) {
for (Node x = first; x != null; x = x.next) {
if (x.item == null)
return index;
index++;
}
} else {
for (Node x = first; x != null; x = x.next) {
if (o.equals(x.item))
return index;
index++;
}
}
return -1;
}
查找最后一次出现的index, 如果找不到返回-1；
public int lastIndexOf(Object o) {
int index = size;
if (o == null) {
for (Node x = last; x != null; x = x.prev) {
index--;
if (x.item == null)
return index;
}
} else {
for (Node x = last; x != null; x = x.prev) {
index--;
if (o.equals(x.item))
return index;
}
}
return -1;
}
10. Queue 方法
public E peek() {
final Node f = first;
return (f == null) ? null : f.item;
}
public E element() {
return getFirst();
}
public E poll() {
final Node f = first;
return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}
public E remove() {
return removeFirst();
}
public boolean offer(E e) {
return add(e);
}
11. Deque方法
public boolean offerFirst(E e) {
addFirst(e);
return true;
}
public boolean offerLast(E e) {
addLast(e);
return true;
}
public E peekFirst() {
final Node f = first;
return (f == null) ? null : f.item;
}
public E peekLast() {
final Node l = last;
return (l == null) ? null : l.item;
}
public E pollFirst() {
final Node f = first;
return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}
public E pollLast() {
final Node l = last;
return (l == null) ? null : unlinkLast(l);
}
public void push(E e) {
addFirst(e);
}
public E pop() {
return removeFirst();
}
public boolean removeFirstOccurrence(Object o) {
return remove(o);
}
public boolean removeLastOccurrence(Object o) {
if (o == null) {
for (Node x = last; x != null; x = x.prev) {
if (x.item == null) {
unlink(x);
return true;
}
}
} else {
for (Node x = last; x != null; x = x.prev) {
if (o.equals(x.item)) {
unlink(x);
return true;
}
}
}
return false;
}
Java集合 — Stack & Queue
搜集网上比较好的资料，自己复习。
