首发于极乐科技
【深入理解Java集合框架】Java Collections Framework概览

【深入理解Java集合框架】Java Collections Framework概览

来源:Java Collections Framework概览

作者:CarpenterLee(转载已获得作者许可,如需转载请与原作者联系)


  • 概览

容器,就是可以容纳其他Java对象的对象。Java Collections Framework(JCF)为Java开发者提供了通用的容器,其始于JDK 1.2,优点是:

    • 降低编程难度
    • 提高程序性能
    • 提高API间的互操作性
    • 降低学习难度
    • 降低设计和实现相关API的难度
    • 增加程序的重用性

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。

  • 泛型(Generics)

Java容器能够容纳任何类型的对象,这一点表面上是通过泛型机制完成,Java泛型不是什么神奇的东西,只是编译器为我们提供的一个“语法糖”,泛型本身并不需要Java虚拟机的支持,只需要在编译阶段做一下简单的字符串替换即可。实质上Java的单继承机制才是保证这一特性的根本,因为所有的对象都是Object的子类,容器里只要能够存放Object对象就行了。

事实上,所有容器的内部存放的都是Object对象,泛型机制只是简化了编程,由编译器自动帮我们完成了强制类型转换而已。JDK 1.4以及之前版本不支持泛型,类型转换需要程序员显式完成。

//JDK 1.4 or before
ArrayList list = new ArrayList();
list.add(new String("Monday"));
list.add(new String("Tuesday"));
list.add(new String("Wensday"));
for(int i = 0; i < list.size(); i++){
    String weekday = (String)list.get(i);//显式类型转换
    System.out.println(weekday.toUpperCase());
}
//JDK 1.5 or latter
ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();//参数化类型
list.add(new String("Monday"));
list.add(new String("Tuesday"));
list.add(new String("Wensday"));
for(int i = 0; i < list.size(); i++){
    String weekday = list.get(i);//隐式类型转换,编译器自动完成
    System.out.println(weekday.toUpperCase());
}

  • 内存管理

跟C++复杂的内存管理机制不同,Java GC自动包揽了一切,Java程序并不需要处理令人头疼的内存问题,因此JCF并不像C++ STL那样需要专门的空间适配器(alloctor)。

另外,由于Java里对象都在堆上,且对象只能通过引用(reference,跟C++中的引用不是同一个概念,可以理解成经过包装后的指针)访问,容器里放的其实是对象的引用而不是对象本身,也就不存在C++容器的复制拷贝问题。

  • 接口和实现(Interfaces and Implementations)
    • 接口

为了规范容器的行为,统一设计,JCF定义了14种容器接口(collection interfaces),它们的关系如下图所示:

Map接口没有继承自Collection接口,因为Map表示的是关联式容器而不是集合。但Java为我们提供了从Map转换到Collection的方法,可以方便的将Map切换到集合视图。

上图中提供了Queue接口,却没有Stack,这是因为Stack的功能已被JDK 1.6引入的Deque取代。

    • 实现

上述接口的通用实现见下表:

接下来的篇幅,会逐个介绍上表中容器的数据结构以及用到的算法。

  • 迭代器(Iterator)

跟C++ STL一样,JCF的迭代器(Iterator)为我们提供了遍历容器中元素的方法。只有容器本身清楚容器里元素的组织方式,因此迭代器只能通过容器本身得到。每个容器都会通过内部类的形式实现自己的迭代器。相比STL的迭代器,JCF的迭代器更容易使用。

//visit a list with iterator
ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
list.add(new String("Monday"));
list.add(new String("Tuesday"));
list.add(new String("Wensday"));
Iterator<String> it = list.iterator();//得到迭代器
while(it.hasNext()){
    String weekday = it.next();//访问元素
    System.out.println(weekday.toUpperCase());
}

JDK 1.5 引入了增强的for循环,简化了迭代容器时的写法。

//使用增强for迭代
ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
list.add(new String("Monday"));
list.add(new String("Tuesday"));
list.add(new String("Wensday"));
for(String weekday : list){//enhanced for statement
    System.out.println(weekday.toUpperCase());
}

  • 源代码

JDK安装目录下的src.zip包含了Java core API的源代码,本文采用的是JDK 1.7u79的源码,下载地址这里复制了一份

  • 参考文献

  • 系列回顾

《深入理解Java集合框架》系列文章

—————————————————————————————————————————

在学习过程如果有任何疑问,请来极乐网(dreawer.com)提问,或者扫描下方二维码,关注极乐官方微信,在平台下方留言。

发布于 2017-01-03

文章被以下专栏收录