Java基础教程(24)--集合
一.java集合框架
集合，有时也称为容器，是一个用来存储和管理多个元素的对象。java中的集合框架定义了一套规范，用来表示和操作集合，使具体操作与实现细节解耦。集合框架都包含下列内容：
- 接口：这些是表示集合的抽象数据类型，它们定义了集合中常见的操作。
- 实现：为各种集合提供了具体的实现。
- 算法：这些是对实现集合接口的对象执行有用计算（如搜索和排序）的方法。算法被认为是多态的：也就是说，相同的方法可以用于集合接口的不同实现。
集合框架有以下优点：
- 减少编程工作：通过提供有用的数据结构和算法，集合可以让我们专注于程序的重要部分，而不是考虑如何实现集合。
- 提高程序速度和质量：集合框架提供了各种集合的高性能、高质量实现，使得我们在编写代码时不必过多地考虑程序的速度和性能。
- 促进代码重用：如果我们要实现自己的集合，只需要实现集合框架中的标准接口，就可以应用集合框架提供的算法，而无需重复地“造*”。
二.接口
下图是集合框架中的核心接口：
java中的集合框架分为collection和map两类。下面是这两个接口的声明：
public interface collection<e> extends iterable<e> {...}
public interface map<k,v> {...}
可以看到，java中的集合都是泛型的。在声明集合时，应该指定集合中包含的对象类型。这样编译器可以帮我们验证放入集合中的对象类型是否正确，从而减少运行时的错误。
现在对上图中的接口进行介绍：
- collection：集合层次结构的根接口。集合表示一组被称为元素的对象，不同的集合有不同的特点。例如，有些集合允许存在重复的元素，有些则不允许；有些集合的元素是有序的，有些则是无序的。这个接口定义了所有集合都应该具有的行为，至于这些特性行为则交给子接口去定义。java平台不提供这个接口的直接实现，而是提供它的子接口的实现。
- set：不能包含重复元素的集合。这个接口是对数学概念中的集合的抽象。
- list：list表示有序集合。注意，这个有序的意思是位置有序，而不是内容有序。它与set的区别在于，set没有位置的概念，并且list允许有重复的元素。
- queue：queue是对数据结构中的队列的抽象。队列按照（但不一定）fifo（first in first out，先进先出）方式对元素进行存放，它的插入和删除操作是在不同的两端进行的。
- deque：deque表示双端队列，它与queue的不同之处在于它的两端都支持插入和删除。
- map：映射层次结构的根接口。它可以用来存储多个键值对，但是map中不能包含重复键。
最后的两个接口仅仅是set和map接口的排序版本：
- sortedset：按升序维护set中的元素。它提供了几个额外的操作来利用set中的顺序。
- sortedmap：按键的升序来维护map中的键值对。它也提供了几个额外的操作来利用map中的顺序。
下面分别对这些接口进行介绍。
1.collection接口
集合表示一组被称为元素的对象，它与数组的最大区别就是数组的长度是固定的，而集合的长度是可以动态变化的。当我们无法事先预估元素的个数时，就可以选择使用集合。此外，使用集合还可以利用集合为我们提供的大量实用的方法。
collection接口中包含了一些基本操作： 从java8之后，collection接口中增加了两个与流（stream）相关的方法，stream
有三种遍历collection的操作：(1)增强型for循环；(2)迭代器；(3)聚合操作。 (2)迭代器
hasnext方法用于判断迭代器所在的位置后面是否存在元素，而next方法则会返回迭代器所在位置后面的元素并移动迭代器，如果没有下一个元素，这个方法会抛出nosuchelementexception。remove方法会移除上一个由next返回的元素，但是这个方法只能在每次调用next后调用一次。 如果要在遍历的过程中删除元素，那么使用迭代器的remove方法是最安全的做法，调用collection中定义的remove方法可能会引起错误。例如： 这种方式的问题在于，删除某个元素后，集合内元素的索引发生变化，而我们的索引也在变化，所以会导致你在遍历的时候漏掉某些元素。而且，如果在删除元素时引起了集合的收缩（当集合中的元素个数小于集合的容量且达到一定程度后，集合会自动进行缩容操作），那么我们的最后几次循环可能会造成索引越界。所以，更安全的做法是： (3)聚合操作 同样，您可以轻松地请求并行流，如果集合足够大并且您的cpu具有足够的核心，这可能是有意义的： 使用此api操作集合元素的方法有很多种。例如，您可能希望将一个collection的元素转换为string对象，然后将它们连接起来，用逗号分隔： 或者对所有员工的工资进行求和： 这里只是简单的对集合的聚合操作进行一个简单的展示，稍后我们将会详细地介绍聚合操作。 批量操作对于整个集合进行操作。下面是collection中的批量操作： 如果集合发生了变化，那么addall，removeall和retainall将会返回true。 或者说，要从集合中删除所有null元素： collections.singleton是一个静态工厂方法，它返回一个只包含一个元素的set。collections类提供了大量操作集合的方法，我们会在下面逐一进行介绍。 set是collection接口的子接口，它表示不能含有重复元素的集合，这一点和数学中的集合相同。set接口包含了继承自collection接口中的方法并添加了禁止重复元素的限制。 set最大的特点就是不包含重复项，因此在构造过程中会自动去除重复的元素，而无需我们关心。上面使用的hashset是set接口的一个实现，我们会在稍后介绍各接口的常用实现。 此外，对于set来说，只要两个集合的元素都是相等的，那么我们就认为这两个集合是相等的。这与object类默认的equals方法不同，因此在实现set接口时，我们还需要重新定义equals和hashcode方法。 list也是collection接口的子接口，它表示有序集合，并且它可以包含重复元素，有时也将其称之为列表。除了继承自collection的方法外，它还支持以下操作： 由于list接口继承自collection接口，因此collection中的方法不再介绍。此外，list接口中也包含of和copyof静态方法，除了它返回的是不可变的list之外，其他都和上面set接口中的这两个方法一致。下面对list接口中特有的方法进行介绍。 下面是list接口中与位置有关的操作： 这些方法的使用都比较简单，这里不再一一举例。 list接口中提供了indexof和lastindexof两个方法来对指定元素进行查找，它们与contains最大的区别就是如果找到元素，就可以返回元素在列表中的位置。如果没有找到，这两个方法将会返回-1。由于列表允许重复的元素，因此indexof会返回从前向后查找时该元素第一次出现的位置，而lastindexof会返回从后向前查找时该元素第一次出现的位置。例如： 上面的例子将会输出： 除了继承自collection接口的iterator方法，list接口还提供了listiterator方法，使用这个方法可以获取一个listiterator类型的迭代器。使用这种迭代器可以以任一方向对列表进行遍历，在遍历期间修改列表（不只是删除，还可以插入和替换），或者是获取迭代器的当前位置。 这里有必要解释一下listiterator的位置的概念。对于一个listiterator来说，它的游标并不指向某个元素，而是位于两个元素之间。如果一个列表有n个元素，那么listiterator的游标的位置就有n+1个，例如： sublist(int fromindex, int toindex)是一个视图操作，它返回一个子列表，这个子列表包含了原列表中索引在fromindex到toindex（不包括toindex）之间的元素。之所以说sublist是一个视图操作，是因为它返回的子列表的元素都是原列表中的元素，而不是它们的拷贝。对子列表的操作也会影响到原列表。 这比我们使用迭代器去删除这些元素简洁不少。下面的例子在指定的范围中查找元素： 注意，上面的例子中返回的是元素在子列表中的索引，而不是在原列表中的索引。 上面的程序中，sublist是索引为0和1的两个元素的视图，从原集合中删除索引为1的元素，视图也会随着改变。但是对于我们来说，如果这个操作在其他的方法中，那么我们无法感知视图的变化，程序也有可能会抛出异常。为了避免这种情况，建议在修改原始列表后，不要再使用之前的视图，而是应该重新获取。 list接口提供了一个默认方法sort(comparator<? super e> c)，它接受一个comparator类型的对象作为参数，然后根据该对象中定义的比较规则对列表进行排序。comparator定义了某种类型的比较规则，它只有一个抽象方法compare(t o1, t o2)，因此它是一个函数式接口，也就是说可以向sort方法传递lambda表达式。当o1大于o2时，compare方法返回正数；当o1小于o2时，compare方法返回负数；当o1等于o2时，compare方法返回0。 现在就可以对apple列表applelist进行排序了： 当然，可以使用更加简洁的lambda表达式，这样就无需编写applecomparator类了，只需要像下面这样： sort方法首先将列表转换为数组，然后使用归并排序对数组进行排序，最后再将数组中的元素放回列表中。该sort方法提供了快速、稳定的排序（排序算法的稳定性是排序前后相等元素的相对顺序不发生改变）。 list接口提供了一个默认方法replaceall(unaryoperator
除了list接口中声明的这些方法以外，collections类还提供了许多操作list的方法。下面对这些方法进行简要地介绍： 队列是在处理之前保存元素的集合。除了基本的集合操作外，queue接口还新增了以下方法： queue的每种方法都存在两种形式：一种是在操作失败的时候抛出异常，另一种在操作失败的时候返回特定值（null或false，取决于操作类型）。下表列出了这些方法： 该程序将会每秒输出一个数字，这个数字代表倒计时所剩的秒数。由于我们入队时是按照从大到小的顺序，而出队时也是从大到小的顺序，这正好证明了队列的先进先出的特性。 deque是queue的子接口，它表示双端队列。双端队列是支持在两端进行插入和删除操作的队列。正是由于双端队列支持在两端进行操作，它既可以被用作后进先出的栈，也可以被用作先进先出的队列。 map接口表示映射结构，它是对数学概念中的映射的抽象，可以将它理解为存储键值对的集合。但实际上它并不是集合，它是java集合框架中映射结构的*接口。通过给定的键可以很快地从map中找到对应的值。map中不能包含重复的键，如果向map中插入键相同的键值对，那么map中这个键对应的值将会被新的值覆盖。 map接口中还提供了几个可以直接返回map实例的方法： sortedset是set接口的子接口，它实际上是set的排序版本。它对内部的元素按照自然顺序或者在构建sortedset的实例时指定的comparator来对元素进行排序。我们上面提到的treeset就实现了sortedset接口。除了继承自set接口的方法外，sortedset还提供了以下操作： sortedset中定义了以下方法： sortedset的视图操作共有三个方法： 与list的视图不同，即使修改了原集合，sortedset的视图仍然有效。list的视图是原集合中的特定元素，当原集合发生结构性的变化后，视图无法继续保持原来的特定元素；而sortedset的视图则是原集合中特定范围内的元素，只与范围有关，因此在修改了原集合之后，视图仍然有效。 sortedmap是map接口的子接口，它实际上是map的排序版本。它按照自然顺序或者在构建sortedmap的实例时指定的comparator来对键进行排序。与sortedset类似，它也提供了以下操作： sortedmap中定义了以下方法： 这些方法与sortedset中定义的方法基本类似，可以类比参照上一小节中对这些方法的介绍，这里不再进行过多描述。 在讲完了java集合框架中的基本接口后，现在我们来学习这些接口的实现。本文描述了以下几种实现： 下面将依次对第二节中提到的接口的实现进行介绍。在介绍实现时，由于之前已经对各接口中定义的方法做了说明，因此不再重复阐述，只是描述各实现类的特点和注意事项。 java平台中提供的set接口的通用实现是hashset、treeset和linkedhashset。hashset将元素存在一个哈希表中，是性能最佳的实现，但是它不能保证迭代的顺序。treeset将元素存储在一个红黑树中，根据元素的值来进行排序，它比hashset慢得多。linkedhashset同时具备了链表和哈希表的特点，使用链表来保存插入顺序，使用哈希表来快速定位元素，也就是说它的遍历顺序和插入顺序是一致的，但同时它的成本也是最高的。在实际使用过程中，可以灵活选择这几种set。如果对遍历的顺序没有要求或者不需要遍历，可以选择hashset；如果在遍历时需要按照元素的值进行排序，可以选择treeset；如果需要按照插入顺序遍历，可以选择linkedhashset。 java提供了两个set接口的专用实现——enumset和copyonwritearrayset。 我们使用of方法来创建一个enumset实例： 那么对于这个enumset来说，它的位向量是下面这样的： java集合框架中提供了两个list集合的通用实现——arraylist和linkedlist。arraylist内部使用数组实现，因此它的访问速度非常快。但正是由于它内部使用数组，因此在指定位置处添加或删除元素时需要移动后面所有的元素。需要注意的是，它并不是线程安全的。不过，可以使用collections类的synchronizedlist方法来将一个arraylist转换为线程安全的对象。 java提供了两个list接口的专用实现——vector和copyonwritearraylist。 map接口的三个通用实现分别是hashmap、treemap和linkedhashmap。如果你想要最快的速度而不关心迭代顺序，请使用hashmap。如果需要sortmap操作或按键排序的迭代顺序，请使用treemap。如果需要接近hashmap的速度和按插入顺序迭代，请使用linkedhashmap。这三个实现和set接口中的三个通用实现非常类似。 实际上，还有一个map接口的通用实现——hashtable（注意小写）。它也是从java1.0开始就存在的一个“元老”。从java1.2开始，它被改进以实现map接口。它是线程安全的，但是由于效率较低，单线程时可以使用hashmap来代替，多线程时又可以使用下文中的concurrenthashmap来代替，因此这个类现在已经不再推荐使用。 java提供了三个map接口的专用实现——enummap，weakhashmap和identityhashmap。 concurrenthashmap时java提供的一个高并发、高性能的map实现，它位于java.util.concurrent包中。这个实现在执行读操作时不需要加锁。因为这个类旨在作为hashtable的替代品，因此，除了实现concurrentmap接口外（为线程安全map定义的接口），它还保留了大量hashtable中的遗留代码。因此，在使用concurrenthashmap时，应该尽量使用concurrentmap或map接口去操作。 queue接口的通用实现包括linkedlist和priorityqueue。 java.util.concurrent包中提供了一组queue实现类，这些类都是线程安全的，因此可以在多线程中使用。这些类都实现了blockingqueue接口，这个接口继承了queue接口并且增加了一些额外的操作，支持当获取队列元素但是队列为空时，会阻塞等待队列中有元素再返回或超时返回；也支持添加元素时，如果队列已满，那么等到队列可以放入新元素时再放入或超时返回。 此外，java.util.concurrent包中还定义了transferqueue接口，它是blockingqueue的子接口。在添加元素时，除了blockingqueue中定义的方法，transferqueue还定义了transfer和trytransfer方法。transfer方法在传递元素时，若存在消费者，则立即将元素传递给消费者，否则将元素插入到队列尾部；trytransfer方法在传递元素时，若存在消费者，则立即将元素传递给消费者，否则将元素插入到队列尾部，若在指定的时间内元素没有被消费者获取，则将该元素从队列中移除并返回false。transferqueue接口有一个基于链式节点的*实现——linkedtransferqueue。 deque接口的通用实现包括linkedlist和arraydeque。arraydeque使用可调整大小的数组实现，而 linkedlist则是链表实现。 linkedblockingdeque类是deque接口的并发实现。和blockingqueue相同，它在获取双端队列元素但是队列为空时，会阻塞等待队列中有元素再返回或超时返回；也支持在双端添加元素时，如果队列已满，那么等到队列可以放入新元素时再放入或超时返回。 位于java.utils包中的collections也是java集合框架的一员，但它不是任意一种集合，而是一个包装类。它包含各种有关集合操作的静态方法，这个类不能实例化。它就像一个工具类，服务于集合框架。 同步包装器将自动同步（线程安全）特性添加到任意集合上。collection，set，list，map，sortedset和 sortedmap接口都有一个静态工厂方法。 每一个方法都会返回指定集合的包装对象，这个集合是线程安全的。所有对于集合的操作都应该通过这个集合来完成，保证这一点最简单的方法就是不再保留对原集合的引用。 有关synchronized关键字和多线程的内容会在之后的文章中进行介绍。 不可变包装器可以使集合变为不可变集合，从而具有只读属性，任何会对集合进行改变的操作都会抛出一个unsupportedoperationexception。与同步包装器一样，六个核心接口中的每一个都有一个静态工厂方法： 为了保证集合的绝对不变性，应该在获取集合的不可变包装后，不再保留对原集合的引用。 本节描述了几种便捷实现，当您不需要集合的全部功能时，它们比通用实现更方便，更高效。本节中的所有实现都是通过静态工厂方法提供的。 arrays.aslist方法可以接受一个数组并返回该数组的列表视图。对于集合的改变会应用在数组上，反之亦然。集合的大小就是数组的大小且不能更改，如果再集合视图上调用可能会修改集合大小的方法将会抛出一个unsupportedoperationexception。 下面的方法可以根据指定的元素来创建集合： collections类提供了返回空set、list和map的方法，它们分别是emptyset()、emptylist()和emptymap()。 本节中所有的算法都来自collections类，这些算法绝大多数都以list实例作为参数，也有少部分是以collection实例作为参数的。下面是这些算法： 到这里为止，关于java集合框架的介绍就告一段落了。我们从接口、实现和算法三个层面了解了java为我们提供的优秀的集合框架。考虑到本系列是基础教程，因此对于部分实现类的数据结构和实现细节没有进行过多地阐述。感兴趣的读者可以查阅其他资料或者尝试阅读源码，我之后也会在其他的系列中对部分重要的类的源码进行讲解，敬请期待。
collection接口用在需要最大通用性地传递集合的地方。例如，按照惯例，每种集合的实现都有一个接受collection参数的构造方法。这个方法被称为转换构造器，它使用指定集合中的所有元素来初始化新的集合，无论给定的集合是什么类型。换句话说，使用这个构造方法可以转换集合的类型。
例如，现在有一个collectionlist<string> list = new arraylist<>(c);
collection接口中还包含了一些操作整个集合的方法：
还有两个将集合转为数组的方法：
这两个方法都可以将集合转换为数组。不过，toarray()方法只能将集合转换为object数组，而object数组又无法直接强制转换为其他类型的数组，因此这个方法的实用性就要差一些。而toarray(t[] a)方法则可以直接将集合转换为t类型的数组，如果参数a的长度小于集合中元素的个数，该函数会返回一个包含集合中所有元素的新的数组；如果参数a的长度大于等于集合中元素的个数，该函数就会使用数组a来返回，并且在a[size]放置一个null，size表示集合中元素的个数，这样toarray(t[] t)方法的调用者就可以知道null后面已经没有集合元素了。不过，一般我们传递的数组只是为了传递数组的类型，因此我们会传递一个空的数组进去。例如，假设现在有一个存放字符串的集合，要将它转换为字符串数组，可以像下面这样写：string[] y = x.toarray(new string[0]);
遍历collection
(1)增强型for循环
我们早在一文中已经提到了增强型for循环。增强型for循环可以用来遍历数组或实现了iterable接口的类。从上面的collection接口的声明可以看到，collection接口继承了iterable接口，这意味着所有的集合都可以使用增强型for循环来遍历。例如：public void traversewithfor(collection<string> collection) {
for(string str : collection) {
system.out.println(str);
}
}
迭代器（也称作游标）是一种可以访问容器中的元素的对象。由于各种容器的内部结构不同，它们的遍历方式也就不尽相同。为了使对容器内元素的遍历方式更加简单和统一，java引入了迭代器模式。迭代器模式提供了一种方法顺序访问一个聚合对象中的各种元素，但又不暴露该对象的内部表示。java中定义的迭代器接口是iteratorboolean hasnext();
e next();
void remove();
}
如何获取迭代器呢？或者说什么样的对象才能获取迭代器呢？实际上，如果要从一个对象上获取迭代器，那么这个对象必须是可迭代的，也就是说这个类必须实现iterable接口，通过iterable的iterator方法可以获取到迭代器。collection接口继承了iterable接口，也就是说所有的集合都是可迭代的，因此可以从所有的集合对象上获取迭代器，并使用迭代器对集合进行遍历。例如：public void traversewithiterator(collection<string> collection) {
iterator <string> it = collection.iterator();
while(it.hasnext()) {
system.out.println(it.next());
}
}
public void removesomething(collection<string> collection, string something) {
for(int i = 0;i < collection.size(); ++i){
if(collection.get(i).equals(something)) {
collection.remove(i);
}
}
}
public void removesomething(collection<string> collection, string something) {
iterator <string> it = collection.iterator();
while(it.hasnext()) {
if(it.next().equals(something)) {
it.remove();
}
}
}
在java8及更高版本中，迭代集合的首选方法是获取流并对其执行聚合操作。聚合操作通常与lambda表达式结合使用，以使用较少的代码使程序更具表现力。以下代码按顺序遍历一个形状集合并打印出红色的形状：myshapescollection.stream()
.filter(e -> e.getcolor() == color.red)
.foreach(e -> system.out.println(e.getname()));
myshapescollection.parallelstream()
.filter(e -> e.getcolor() == color.red)
.foreach(e -> system.out.println(e.getname()));
string joined = elements.stream()
.map(object::tostring)
.collect(collectors.joining(", "));
int total = employees.stream()
.collect(collectors.summingint(employee::getsalary)));
批量操作
为了展示批量操作的效率，下面的例子从集合c中删除指定元素e：c.removeall(collections.singleton(e));
c.removeall(collections.singleton(null));
2.set接口
下面是一个简单但实用的使用set的例子。假设现在有一个集合，我们希望创建另一个包含相同元素但删除了所有重复元素的集合：collection<type> nodups = new hashset<>(c);
由于set接口继承自collection接口，因此大部分方法都和collection接口中的方法相同，这里不再赘述。此外，从java 9之后，set接口还提供了of和copyof两个用于快速创建集合的静态方法，不过需要注意的是，它们创建的都是不可变的set，也就是说集合一经创建就不能再添加或删除元素。其中of方法接受0个或多个参数，并返回包含这些元素的不可变集合，而copyof则根据指定的集合来创建包含该集合中元素的不可变集合。下面是使用这两个方法的例子：set<integer> set1 = set.of(1, 2);
set<integer> set2 = set.copyof(set1);
3.list接口
位置访问
搜索
list<integer> intlist = list.of(0, 1, 2, 1, 0);
system.out.println(intlist.indexof(1));
system.out.println(intlist.lastindexof(1));
1
3
迭代器
listiterator接口是iterator接口的子接口，除了继承自iterator接口的三个方法外（hasnext、next和remove），它还新增了六个方法。下面是这九个方法的简介：
上图中的列表共有4个元素，那么游标可能出现的位置就有5个，分别是0，1，2，3，4。
list接口的listiterator方法有两种形式。listiterator()返回一个游标在0处的迭代器，listiterator(int index)返回一个指定位置的迭代器，例如上图中，list.listiterator(4)就会返回最后一个位置的迭代器。通过这两个方法和listiterator，就可以从任意位置，任意方向去遍历列表。
需要注意的是，remove和set方法并没有涉及到迭代器的位置，它们操作的是上一次next或previous操作返回的元素。除此之外，在调用next或previous之后，调用remove之前，这中间不能调用add方法；而在调用next或previous之后，调用set之前，这中间不能调用add或remove方法。这是由于如果在set或remove之前进行了其他操作，列表会发生变化，此时再调用这两个方法有可能产生歧义，因此为了避免这种情况，这两个方法将会抛出illegalargumentexception。视图操作
例如，下面的例子从列表中移除子列表视图中的元素：list.sublist(fromindex, toindex).clear();
int i = list.sublist(fromindex, toindex).indexof(o);
int j = list.sublist(fromindex, toindex).lastindexof(o);
尽管sublist操作非常强大，但在使用时必须小心。在修改了原列表后，不要再使用之前的sublist，否则可能会出现异常，例如：list<string> list = new arraylist<>();
list.add("0");
list.add("1");
list.add("2");
list.add("3");
list<string> sublist = list.sublist(0,2);
list.remove(1);
system.out.println(sublist);
排序
现在假设我们有一个apple类，这个类有weight以及其他的属性。当一个apple的weight大于另一个apple的weight时，我们就认为这个apple是“大于”另一个apple的。根据这个定义，我们来编写用于排序apple列表的comparator：public class applecomparator implements comparator<apple> {
public int compare(apple a1, apple a2) {
return a1.getweight() - a2.getweight();
}
}
applilist.sort(new applecomparator());
applelist.sort((a1, a2) -> a1.getweight() - a2.getweight());
替换
利用这个方法可以对满足条件的元素执行替换操作。例如，现在有一个存放字符的集合charlist，我们需要找到其中的小写字母并将其转换为大写字母：charlist.replaceall(c -> {
if (character.islowercase(c)) {
return character.touppercase(c);
}
return c;
});
列表算法
4.queue接口
e element();
boolean offer(e e);
e peek();
e poll();
e remove();
队列通常（但不一定）是按照先进先出（fifo，first in first out）的方式来保存元素。优先级队列除外，它们根据元素的值对元素进行排序。无论使用什么顺序，队列头部的元素都是通过调用remove或poll方法将会被删除的那个元素。在fifo队列中，所有的新元素都被插入队列的尾部。其他类型的队列可能使用不同的排列规则。每个queue接口的实现都必须指定其排序特性。
有些类型的队列会限制元素的个数，这样的队列被认为是有界的。java.util.concurrent包中的某些queue的实现是有界的，而java.util包中的queue的实现则不是。
queue接口中的add方法继承自collection接口，它向队列中插入一个元素。如果元素的个数超出容量限制，这个方法会抛出一个illegalstateexception异常。另一个向队列中插入元素的方法是offer方法，当插入失败时，这个方法将会返回false。当使用有界队列时，更推荐使用这个方法。
remove和poll方法都返回并移除队列头部的元素。当队列为空时，remove抛出nosuchelementexception异常，而poll则返回null。
element和peek方法返回但不移除队列头部的元素。当队列为空时，element抛出nosuchelementexception异常，而peek则返回null。
queue的实现类通常来说不允许插入null元素。但linkedlist类是个例外，它也是queue的实现类，但是它允许插入null。在使用linkedlist时应该避免插入null元素，因为null被peek和poll方法作为特殊的返回值。
下面的例子将队列用作一个倒计时器：public void countdown(int seconds) throws interruptedexception {
int time = integer.parseint(seconds);
queue<integer> queue = new linkedlist<integer>();
for (int i = time; i >= 0; i--)
queue.add(i);
while (!queue.isempty()) {
system.out.println(queue.remove());
thread.sleep(1000);
}
}
5.deque接口
由于deque支持在两端进行插入、删除和查看操作，再加上每种操作都有抛出异常和返回特殊值两种形式，因此deque接口*定义了以下12个访问元素的方法：
以上这些方法与除了操作的位置不同外，其余与queue中的方法完全相同，这里不再赘述。除此之外，deque还提供了removefirstoccurence和removelastoccurence两个方法，这两个方法分别删除指定元素在deque中第一次和最后一次出现的位置。6.map接口
下面是map接口中定义的基本方法：
需要注意的是，某些map实现支持null值，而有些则不支持。因此，当使用get方法获取value时，若返回null，则需要根据对应的实现类来进行判断是key不存在还是key对应的value是null。当然，为了保险起见，可以先调用containskey来判断指定的key是否存在。
除了操作单个元素的基本操作外，map中还定义了两个批量操作映射的方法：
map中定义了一个内部接口entry，它用来表示map中的一个键值对。entry接口提供了getkey和getvalue方法，可以分别获得键值对的键和值。map接口还提供了一个静态方法entry(k key,v value)，这个方法将会根据指定的key和value生成一个不可变的entry类型的对象。
map接口提供了针对键、值和键值对的集合视图：
copyof相当于是对原map的拷贝，of方法根据指定的若干对键和值来创建map，ofentries接受的是可变参数，它根据指定的若干个键值对来创建map。需要注意的是，这些方法返回的都是不可变的map，对其调用任何可能会改变映射内容的方法都会抛出异常。
此外，map接口中还提供了一些实用的默认方法，下面对这些方法做一个简单的介绍，具体的使用方法可以参考官方的api：7.sortedset接口
public interface sortedset<e> extends set<e> {
// range-view
sortedset<e> subset(e fromelement, e toelement);
sortedset<e> headset(e toelement);
sortedset<e> tailset(e fromelement);
// endpoints
e first();
e last();
// comparator access
comparator<? super e> comparator();
}
访问双端元素的方法是first()和last()，它们分别返回sortedset中的第一个元素和最后一个元素。
通过comparator()方法可以获取sortedset在排序时使用的比较器。如果集合内元素是按照自然顺序排序的，这个方法将会返回null。8.sortedmap接口
public interface sortedmap<k, v> extends map<k, v>{
// range-view
sortedmap<k, v> submap(k fromkey, k tokey);
sortedmap<k, v> headmap(k tokey);
sortedmap<k, v> tailmap(k fromkey);
// endpoints
k firstkey();
k lastkey();
// comparator access
comparator<? super k> comparator();
}
三.实现
1.set实现
通用实现
实际上，有关这些实现类还有很多实现细节没有介绍。由于本系列是基础教程，因此不再过多深入。后续会推出阅读java源码的系列，届时将会对java中部分常用的类的源码进行详细介绍，敬请期待。专用实现
enumset是为枚举类型提供的高性能实现。enumset的所有成员必须具有相同的枚举类型。下面是enumset类中提供的构造enumset的工厂方法：
enumset内部维护了一个存储该枚举类型所有成员的数组，还有一个表示每个枚举成员是否存在于集合内的“位向量”，这个“位向量”可能是long也可能是long数组。因为每个枚举对象都有一个序号，因此位向量使用序号对应的位上的0或1来表示该对象是否存在于集合中。例如，现在我们有一个关于星期的枚举类型：public enum day {
sunday, monday, tuesday, wednesday, thursday, friday, saturday
}
set<day> days = enumset.of(day.tuesday, day.friday);
实际上，enumset是一个抽象类。java.util包中提供了它的两个子类，分别是regularenumset和jumboenumset，regularenumset使用一个long变量来表示位向量，而jumboenumset则使用long数组来表示位向量。在使用enumset的工厂方法构建实例时，它会自己选择使用哪个子类，而无需我们关心。
现在来看另外一个专用实现——copyonwritearrayset。在介绍这个类之前，首先我们要了解一下copyonwrite的概念。这个术语的字面意思是在写的时候复制，实际上也是这么做的。在修改某个数据时，我们先拷贝一份副本，在副本上进行写操作，然后再替换之前的数据。这样可以避免在写数据时，因为加锁而造成其他读线程等待的情况。copyonwritearrayset内部使用数组来保存元素，当对集合进行修改操作时（例如add、set或remove等），它会先将数组拷贝出一个副本，然后对这个副本进行操作，最后再将对原数组的引用指向新的数组。实际上，copyonwritearrayset内部使用了下文中list接口的实现类copyonwritearraylist来保存元素，而copyonwritearraylist才是真正使用数组来实现的。
正是由于这个机制，copyonwritearrayset具有以下特点：
2.list实现
通用实现
如果需要频繁地在list的开头添加或删除元素并且元素的个数非常多时，则应考虑使用linkedlist。它是使用链表来实现的，因此它的添加和删除元素操作非常快。但正是由于链式结构，因此它的访问速度则需要花费线性时间。此外，linkedlist还实现了deque，因此它支持deque接口中定义的操作。
在使用list时，要充分考量程序的性能，来选择使用arraylist还是linkedlist。一般来说，arraylist更快。专用实现
vector是线程安全的list，并且它比经过collections.synchronizedlist处理过的arraylist还要快一点。但是vector中含有大量的遗留代码，毕竟它从java1.0就开始存在了，当时还没有集合框架。从java1.2开始，这个类被改进以实现list接口，使其成为java集合框架的一员。因此，在使用vector时，应该尽量使用list接口去操作。
copyonwritearraylist的原理在上文中对copyonwritearrayset的介绍中已经做了说明，这里不再赘述。3.map实现
通用实现
虽然linkedhashmap默认是按照插入顺序来排序，但是可以在构造linkedhashmap实例时指定另外一种排序规则。这种规则按照最近对每个键值对的访问次数来排序，通过这种map可以很方便地构建lru缓存（least recently used，一种缓存策略）。linkedhashmap还提供了removeeldestentry方法，通过覆盖该方法，可以定义何时删除旧缓存。例如，假如我们的缓存最多只允许100个元素，在缓存中的元素个数达到100个之后，每次添加新元素时都要清除旧元素，从而保持100个元素的稳定状态，可以像下面这样：private static final int max_entries = 100;
protected boolean removeeldestentry(map.entry eldest) {
return size() > max_entries;
}
专用实现
enummap用在那些需要将枚举元素作为键的映射中，它的底层是使用数组来实现的。enummap是一个map与枚举键一起使用的高性能实现。该实现将map接口的丰富性和安全性与数组的速度相结合。如果要将枚举映射到值，则应始优先考虑enummap。
weakhashmap只存储对其键的弱引用。jvm提供了四种类型的引用，分别是强引用、弱引用、软引用和虚引用，可以让程序员来决定某些对象的生命周期，有利于jvm进行垃圾回收。在进行垃圾回收时，若某个对象只具有弱引用，它一定会被回收。因此，当weakhashmap中的键不再被外部引用时，jvm将会对它进行回收，该键值对也会消失。
identityhashmap在比较键时使用引用相等性代替对象相等性。在正常的map实现中，当key1.equals(key2)返回true时，我们就认为这两个key是相等的；而在identityhashmap中，只有当key1==key2时，才认为这两个key是相等的。并发实现
4.queue实现
通用实现
我们已经在list实现中介绍了linkedlist，为什么还要在queue实现中再次提到它呢？这是因为linkedlist同时实现了list接口和deque接口，而deque接口又是queue的子接口。因此，linkedlist可以算是list、queue和deque的实现。当我们使用不同的接口去引用linkedlist实例时，它就会表现出不同的行为。
priorityqueue用来表示基于堆结构的优先级队列。它使用指定的排序规则来对元素进行排序，而不是按照队列默认的先进先出的顺序。在对priorityqueue进行遍历时，迭代器不保证以任何特定顺序遍历优先级队列的元素。如果需要有序遍历，可以使用arrays.sort(pq.toarray())。并发实现
下表是blockingqueue接口中操作元素的方法，除了继承自queue接口的抛出异常和返回特定值的形式外，又增加了阻塞和超时两种形式：
下面是blockingqueue接口的实现类：
5.deque实现
通用实现
linkedlist允许null元素，而arraydeque则不允许。在效率方面，arraydeque比linkedlist两端的添加和删除操作更高效。linkedlist的最佳使用方式是在迭代期间删除元素。不过linkedlist并不是迭代的理想结构，并且它比arraydeque占用更多的内存。此外，无论是linkedlist还是arraydeque均不支持多个线程的并发访问。并发实现
6.包装实现
这个类提供了很多的静态工厂方法，通过这些方法，可以提供具有某些特性的集合（例如空集合，同步集合，不可变集合等），或者包装指定的集合，使之具有某些特性。下面对这个类中的一些方法进行介绍。同步包装器
public static <t> collection<t> synchronizedcollection(collection<t> c);
public static <t> set<t> synchronizedset(set<t> s);
public static <t> list<t> synchronizedlist(list<t> list);
public static <k,v> map<k,v> synchronizedmap(map<k,v> m);
public static <t> sortedset<t> synchronizedsortedset(sortedset<t> s);
public static <k,v> sortedmap<k,v> synchronizedsortedmap(sortedmap<k,v> m);
面对并发访问，用户必须在迭代时手动同步返回的集合。这是因为迭代是通过对集合的多次访问来完成的，而返回的集合虽然是同步的，但是它只能保证每一次对集合的操作都是线程安全的，而不能保证对于几个的多次操作也是安全的，因此这些操作必须组成一个单独的原子操作。以下是迭代通过包装器返回的同步集合的习惯用法：collection<type> c = collections.synchronizedcollection(mycollection);
synchronized(c) {
for (type e : c)
foo(e);
}
不可变包装器
public static <t> collection<t> unmodifiablecollection(collection<? extends t> c);
public static <t> set<t> unmodifiableset(set<? extends t> s);
public static <t> list<t> unmodifiablelist(list<? extends t> list);
public static <k,v> map<k, v> unmodifiablemap(map<? extends k, ? extends v> m);
public static <t> sortedset<t> unmodifiablesortedset(sortedset<? extends t> s);
public static <k,v> sortedmap<k, v> unmodifiablesortedmap(sortedmap<k, ? extends v> m);
7.便捷实现
数组的列表视图
这个实现的一般用途是作为数组和集合之间的桥梁。它允许我们将数组传递给需要collection或list的方法。这种实现还有一个用途，如果我们需要固定大小的list，它比任何通用实现都要高效：list<string> list = arrays.aslist(new string[size]);
指定元素的集合
空集合或空映射
四.算法
五.总结