Java 容器接口

2021-10-02 22:07:33

Java 中容器框架的内容可以分为三层：接口（模型），模板和具体实现。

在开发中使用容器正常的流程是，首先根据需求确定使用何种容器模型，然后选择一个符合性能要求的容器实现类或者自己实现一个容器类。例如：

// 这是我们最经常用的方式了

List stringList = new ArrayList<String>();

这种方式的好处在于：

模型与实现分开可以复用一部分实现类；
屏蔽了实现逻辑的细节，可以更专注模型的操作；
接口为操作添加了约束，避免误操作。

上面所说的模型在容器框架中对应的是接口。在容器框架中根据它的特征可以作如下划分。

Collection, Map 高度抽象的容器接口。可以作为构造函数的参数，实现一个容器到另一个容器的复制
Iterator, ListIterator, Enumeration 迭代器接口
List, Set, Queue, SortedSet, NavigatorSet,SortedMap,NavigatorMap 容器模型
Comparator, Comparable 比较器接口
RandomAccess 标记接口，没有操作

他们之间的关系如下：

接口的所有操作都包含在类图当中了。

下面我们按照分类讲一下它们的具体功能

高度抽象的容器接口

Collection

它是整个集合系容器的 Root(尽管它继承了Iterable)。代表一系列元素的‘集合’，JDK中没有它的直接实现类。一般情况下要求它的子类有两个标准构造函数：一个不带参数的构造函数，一个只有Collection类型参数的构造函数。不强制要求，但它是所有JDK中容器类已经遵守的规范。

如果Collection子类中不支持某种操作，要抛出UnSupportedOperationException异常。所以收到这个异常的时候先检查选用的实现类是否支持特定的操作。

由于它高度抽象，所以很多的约束都没有定义。包括是否线程安全，是否有类型约束，是否支持null值等，这些约束需要根据子类实现方式确定。

Map

Map系容器类的Root。它保存的是key到value的映射，所有的key不能重复。替代了JDK之前版本的Dictionary类。提供了三个获取视图的操作，分别用来查看key,value,Entry，遍历顺序由具体的实现决定。

需要注意的是，在某些类型的对象中如果修改一些属性会影响到equals方法的结果的时候，修改key对象的属性可能会产生意料之外的影响。当一个Map使用自己的实例做key的时候，hash和equals都有可能不再正常。

这两个类的代码都比较简单，这里就不提供了。

容器模型

List

列表特征：

可以通过位置访问
支持重复元素。
有ListIterator类辅助。
支持顺序查找，复杂度O(n)
如果自己持有自己，equals和hashCode会失效

列举几个不常用的方法：

// 这两个方法是返回listIterator的，它在移动指针方面要比Iterator灵活

ListIterator<E> listIterator();

ListIterator<E> listIterator();

// 这里会产生一个子列表，不过所有对它的操作都会映射到父列表中。它仅仅是个View而已。

List<E> subList(int fromIndex, int to Index);

Set

Set 与List类似，只是不支持重复元素。它的所有操作都是Collection接口中定义的方法。

你可能会发现Set系的接口与Map系的接口是类似的。他们的确是类似的，只是名字不同而已。从Set的源码可以发现，Set是使用Map来实现的。Set相当与做了一层封装，Set是一类特殊的Map。源码的开发者也有偷懒的时候。不过这里使用Map造成的多余开销影响不大。

SortedSet

这个列表对所有元素提供了全排序。所以它的元素要么实现了Comparable接口，要么在Set中指定一个Comparator对象。它跟SortedMap是类似的。

NavigableSet

它提供了四个查询操作要区分一下：

/**

 * 下面的操作中，没有对应的值都返回null

 */

// 返回集合中 小于 e 的最大元素

E lower(E e);

// 返回集合中 小于或等于 e 的最大元素

E floor(E e);

// 返回集合中 大于或等于 e 的最小元素

E celing(E e);

// 返回集合中 大于 e 的最小元素

E higher(E e);

它还提供了逆序操作：

// 返回一个逆序的集合，但它是本集合的view而已。对结果集合所做的任何操作都会反馈到本集合上。反之亦然。

NavigableSet<E> descendingSet();

// 一个逆序的迭代器；等同于desendingSet().iterator();

Iterator<E> descendingIterator();

还有很多求子集的方法，大家自己了解，这里不列举了

Queue

满足 先进先出 模式的有序队列。

除了从Collection类继承来的方法外，有几个方法需要加以区别：

// 向队列中添加一个元素，如果队列中空间不够，抛出一个异常

boolean add(E e);

// 向队列中添加一个元素，如果队列空间不够，返回false

boolean offer(E e);

// 删除队列中的首个元素，如果队列为空，抛出异常

E remove();

// 删除队列中的首个元素，如果队列为空，返回null

E poll();

// 返回队列首个元素的值，但不删除它，如果队列为空，抛出异常

E element();

// 返回队列中首个元素的值，但不删除它，如果队列为空，返回null

E peek();

Deque

全称："Double End Queue"

两端都可以插入和删除队列。在Queue的基础上添加了两端都可以插入和删除的操作。

// xxx对应queue中的操作

boolean xxxFirst() // 队首操作

boolean xxxLasst() // 队尾操作

然而设计者对它的操作设计不止于此(个人感觉这样设计功能不再单一, 不是很好。但源码中确实是这样做的), Deque中还可以当作栈来使用：

// 下面两个操作是栈的操作

E pop();

void push(E e);

还有两个普通的操作, 根据方法名就可以理解方法的含义.

boolean removeFirstOccurrence(Object o);

boolean removeLastOccurrence(Object o);

比较器接口

如果一个类实现了 Comparable那么它就是有自然顺序的。如果一个类的对象没有实现Comparable接口，那当把它放到有顺序的容器中排序的时候，就需要为容器添加一个Comparator接口的对象。

在实现这两个接口的时候需要注意 比较与相等一致 的问题。当c1.compareTo(c2) == 0的时候, 必须要有c1.equals(c2)。不然在使用一些有序容器的时候，例如SortedSet, SortedMap，这类对象的行为很难预料。

标记接口

RandomAccess接口在容器框架中的接口，它的作用类似于一种标记。它是一个空接口，并没有方法。

凡是实现它容器随机访问都是O(1)的时间复杂度。例如ArrayList。

这里常用的一个例子就是：

List<String> list1 = new ArrayList();

List<String> list2 = new LinkedList();

for(int i = 0; i < list1.size(); i++) String s = list1.get(i);

for(int i = 0; i < list2.size(); i++) String s = list2.get(i);

由于实现方式的不同，两个列表的访问效率相差很大。前一个是O(n), 后一个是O(n ^ 2)。

接口这一部分就分享这些内容了。后面会对具体的实现做一些分析。

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