這篇文章總結(jié)了所有的Java集合（Collection）。主要介紹各個(gè)集合的特性和用途，以及在不同的集合類型之間轉(zhuǎn)換的方式。

Arrays

Array是Java特有的數(shù)組。在你知道所要處理數(shù)據(jù)元素個(gè)數(shù)的情況下非常好用。java.util.Arrays 包含了許多處理數(shù)據(jù)的實(shí)用方法：

• Arrays.asList：可以從 Array 轉(zhuǎn)換成 List?？梢宰鳛槠渌项愋蜆?gòu)造器的參數(shù)。
• Arrays.binarySearch：在一個(gè)已排序的或者其中一段中快速查找。
• Arrays.copyOf：如果你想擴(kuò)大數(shù)組容量又不想改變它的內(nèi)容的時(shí)候可以使用這個(gè)方法。
• Arrays.copyOfRange：可以復(fù)制整個(gè)數(shù)組或其中的一部分。
• Arrays.deepEquals、Arrays.deepHashCode：Arrays.equals/hashCode的高級(jí)版本，支持子數(shù)組的操作。
• Arrays.equals：如果你想要比較兩個(gè)數(shù)組是否相等，應(yīng)該調(diào)用這個(gè)方法而不是數(shù)組對(duì)象中的 equals方法（數(shù)組對(duì)象中沒有重寫equals()方法，所以這個(gè)方法之比較引用而不比較內(nèi)容）。這個(gè)方法集合了Java 5的自動(dòng)裝箱和無參變量的特性，來實(shí)現(xiàn)將一個(gè)變量快速地傳給 equals() 方法——所以這個(gè)方法在比較了對(duì)象的類型之后是直接傳值進(jìn)去比較的。
• Arrays.fill：用一個(gè)給定的值填充整個(gè)數(shù)組或其中的一部分。
• Arrays.hashCode：用來根據(jù)數(shù)組的內(nèi)容計(jì)算其哈希值（數(shù)組對(duì)象的hashCode()不可用）。這個(gè)方法集合了Java 5的自動(dòng)裝箱和無參變量的特性，來實(shí)現(xiàn)將一個(gè)變量快速地傳給 Arrays.hashcode方法——只是傳值進(jìn)去，不是對(duì)象。
• Arrays.sort：對(duì)整個(gè)數(shù)組或者數(shù)組的一部分進(jìn)行排序。也可以使用此方法用給定的比較器對(duì)對(duì)象數(shù)組進(jìn)行排序。
• Arrays.toString：打印數(shù)組的內(nèi)容。

如果想要復(fù)制整個(gè)數(shù)組或其中一部分到另一個(gè)數(shù)組，可以調(diào)用 System.arraycopy方法。此方法從源數(shù)組中指定的位置復(fù)制指定個(gè)數(shù)的元素到目標(biāo)數(shù)組里。這無疑是一個(gè)簡(jiǎn)便的方法。（有時(shí)候用 ByteBuffer bulk復(fù)制會(huì)更快?？梢詤⒖?a href="http:///various-methods-of-binary-serialization-in-java/" rel="nofollow" target="_blank">這篇文章）.

最后，所有的集合都可以用T[] Collection.toArray( T[] a ) 這個(gè)方法復(fù)制到數(shù)組中。通常會(huì)用這樣的方式調(diào)用：

這個(gè)方法會(huì)分配足夠大的數(shù)組來儲(chǔ)存所有的集合，這樣 toArray 在返回值時(shí)就不必再分配空間了。

單線程集合

這一部分介紹的是不支持多線程的集合。這些集合都在java.util包里。其中一些在Java 1.o的時(shí)候就有了（現(xiàn)在已經(jīng)棄用），其中大多數(shù)在Java 1.4中重新發(fā)布。枚舉集合在Java 1.5中重新發(fā)布，并且從這個(gè)版本之后所有的集合都支持泛型。PriorityQueue也在Java 1.5中加入。非線程安全的集合架構(gòu)的最后一個(gè)版本是ArrayDeque ，也在Java 1.6中重新發(fā)布了。

List

• ArrayList：最有用的List集合實(shí)現(xiàn)。由一個(gè)整形數(shù)字或數(shù)組存儲(chǔ)了集合的大?。〝?shù)組中第一個(gè)沒有使用的元素）。像所有的List集合一樣，ArrayList可以在必要的時(shí)候擴(kuò)展它的大小。ArrayList訪問元素的時(shí)間開銷固定。在尾部添加元素成本低（為常數(shù)復(fù)雜度），而在頭部添加元素成本很高（線性復(fù)雜度）。這是由ArrayList的實(shí)現(xiàn)原理——所有的元素的從角標(biāo)為0開始一個(gè)接著一個(gè)排列造成的。也就是說，從要插入的元素位置往后，每個(gè)元素都要向后移動(dòng)一個(gè)位置。CPU緩存友好的集合是基于數(shù)組的。（其實(shí)也不是很友好，因?yàn)橛袝r(shí)數(shù)組會(huì)包含對(duì)象，這樣存儲(chǔ)的只是指向?qū)嶋H對(duì)象的指針）。
• LinkedList：Deque實(shí)現(xiàn)：每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都保存著上一個(gè)節(jié)點(diǎn)和下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針。這就意味著數(shù)據(jù)的存取和更新具有線性復(fù)雜度（這也是一個(gè)最佳化的實(shí)現(xiàn)，每次操作都不會(huì)遍歷數(shù)組一半以上，操作成本最高的元素就是數(shù)組中間的那個(gè)）。如果想寫出高效的LinkedList代碼可以使用 ListIterators 。如果你想用一個(gè)Queue/Deque實(shí)現(xiàn)的話（你只需讀取第一個(gè)和最后一個(gè)元素就行了）——考慮用ArrayDeque代替。
• Vector：一個(gè)帶有線程同步方法的ArrayList版本。現(xiàn)在直接用ArrayList代替了。

Queues/deques

• ArrayDeque：Deque是基于有首尾指針的數(shù)組（環(huán)形緩沖區(qū)）實(shí)現(xiàn)的。和LinkedList不同，這個(gè)類沒有實(shí)現(xiàn)List接口。因此，如果沒有首尾元素的話就不能取出任何元素。這個(gè)類比LinkedList要好一些，因?yàn)樗a(chǎn)生的垃圾數(shù)量較少（在擴(kuò)展的時(shí)候舊的數(shù)組會(huì)被丟棄）。
• Stack：一種后進(jìn)先出的隊(duì)列。不要在生產(chǎn)代碼中使用，使用別的Deque來代替（ArrayDeque比較好）。
• PriorityQueue：一個(gè)基于優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列。使用自然順序或者制定的比較器來排序。他的主要屬性——poll/peek/remove/element會(huì)返回一個(gè)隊(duì)列的最小值。不僅如此，PriorityQueue還實(shí)現(xiàn)了Iterable接口，隊(duì)列迭代時(shí)不進(jìn)行排序（或者其他順序）。在需要排序的集合中，使用這個(gè)隊(duì)列會(huì)比TreeSet等其他隊(duì)列要方便。

Maps

• HashMap：最常用的Map實(shí)現(xiàn)。只是將一個(gè)鍵和值相對(duì)應(yīng)，并沒有其他的功能。對(duì)于復(fù)雜的hashCode method，get/put方法有固定的復(fù)雜度。
• EnumMap：枚舉類型作為鍵值的Map。因?yàn)殒I的數(shù)量相對(duì)固定，所以在內(nèi)部用一個(gè)數(shù)組儲(chǔ)存對(duì)應(yīng)值。通常來說，效率要高于HashMap。
• HashTable：舊HashMap的同步版本，新的代碼中也使用了HashMap。
• IdentityHashMap：這是一個(gè)特殊的Map版本，它違背了一般Map的規(guī)則：它使用 “==” 來比較引用而不是調(diào)用Object.equals來判斷相等。這個(gè)特性使得此集合在遍歷圖表的算法中非常實(shí)用——可以方便地在IdentityHashMap中存儲(chǔ)處理過的節(jié)點(diǎn)以及相關(guān)的數(shù)據(jù)。
• LinkedHashMap ：HashMap和LinkedList的結(jié)合，所有元素的插入順序存儲(chǔ)在LinkedList中。這就是為什么迭代LinkedHashMap的條目（entry）、鍵和值的時(shí)候總是遵循插入的順序。在JDK中，這是每元素消耗內(nèi)存最大的集合。
• TreeMap：一種基于已排序且?guī)?dǎo)向信息Map的紅黑樹。每次插入都會(huì)按照自然順序或者給定的比較器排序。這個(gè)Map需要實(shí)現(xiàn)equals方法和Comparable/Comparator。compareTo需要前后一致。這個(gè)類實(shí)現(xiàn)了一個(gè)NavigableMap接口：可以帶有與鍵數(shù)量不同的入口，可以得到鍵的上一個(gè)或者下一個(gè)入口，可以得到另一Map某一范圍的鍵（大致和SQL的BETWEEN運(yùn)算符相同），以及其他的一些方法。
• WeakHashMap：這種Map通常用在數(shù)據(jù)緩存中。它將鍵存儲(chǔ)在WeakReference中，就是說，如果沒有強(qiáng)引用指向鍵對(duì)象的話，這些鍵就可以被垃圾回收線程回收。值被保存在強(qiáng)引用中。因此，你要確保沒有引用從值指向鍵或者將值也保存在弱引用中m.put(key, new WeakReference(value))。

Sets

• HashSet：一個(gè)基于HashMap的Set實(shí)現(xiàn)。其中，所有的值為“假值”（同一個(gè)Object對(duì)象具備和HashMap同樣的性能?；谶@個(gè)特性，這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)會(huì)消耗更多不必要的內(nèi)存。
• EnumSet：值為枚舉類型的Set。Java的每一個(gè)enum都映射成一個(gè)不同的int。這就允許使用BitSet——一個(gè)類似的集合結(jié)構(gòu)，其中每一比特都映射成不同的enum。EnumSet有兩種實(shí)現(xiàn)，RegularEnumSet——由一個(gè)單獨(dú)的long存儲(chǔ)（能夠存儲(chǔ)64個(gè)枚舉值，99.9%的情況下是夠用的），JumboEnumSet——由long[]存儲(chǔ)。
• BitSet：一個(gè)比特Set。需要時(shí)?？紤]用BitSet處理一組密集的整數(shù)Set（比如從一個(gè)預(yù)先知道的數(shù)字開始的id集合）。這個(gè)類用 long[]來存儲(chǔ)bit。
• LinkedHashMap：與HashSet一樣，這個(gè)類基于LinkedHashMap實(shí)現(xiàn)。這是唯一一個(gè)保持了插入順序的Set。
• TreeSet：與HashSet類似。這個(gè)類是基于一個(gè)TreeMap實(shí)例的。這是在單線程部分唯一一個(gè)排序的Set。

java.util.Collections

就像有專門的java.util.Arrays來處理數(shù)組，Java中對(duì)集合也有java.util.Collections來處理。

第一組方法主要返回集合的各種數(shù)據(jù)：

• Collections.checkedCollection / checkedList / checkedMap / checkedSet / checkedSortedMap / checkedSortedSet：檢查要添加的元素的類型并返回結(jié)果。任何嘗試添加非法類型的變量都會(huì)拋出一個(gè)ClassCastException異常。這個(gè)功能可以防止在運(yùn)行的時(shí)候出錯(cuò)。//fixme
• Collections.emptyList / emptyMap / emptySet ：返回一個(gè)固定的空集合，不能添加任何元素。
• Collections.singleton / singletonList / singletonMap：返回一個(gè)只有一個(gè)入口的 set/list/map 集合。
• Collections.synchronizedCollection / synchronizedList / synchronizedMap / synchronizedSet / synchronizedSortedMap / synchronizedSortedSet：獲得集合的線程安全版本（多線程操作時(shí)開銷低但不高效，而且不支持類似put或update這樣的復(fù)合操作）
• Collections.unmodifiableCollection / unmodifiableList / unmodifiableMap / unmodifiableSet / unmodifiableSortedMap / unmodifiableSortedSet：返回一個(gè)不可變的集合。當(dāng)一個(gè)不可變對(duì)象中包含集合的時(shí)候，可以使用此方法。

第二組方法中，其中有一些方法因?yàn)槟承┰驔]有加入到集合中：

• Collections.addAll：添加一些元素或者一個(gè)數(shù)組的內(nèi)容到集合中。
• Collections.binarySearch：和數(shù)組的Arrays.binarySearch功能相同。
• Collections.disjoint：檢查兩個(gè)集合是不是沒有相同的元素。
• Collections.fill：用一個(gè)指定的值代替集合中的所有元素。
• Collections.frequency：集合中有多少元素是和給定元素相同的。
• Collections.indexOfSubList / lastIndexOfSubList：和String.indexOf(String) / lastIndexOf(String)方法類似——找出給定的List中第一個(gè)出現(xiàn)或者最后一個(gè)出現(xiàn)的子表。
• Collections.max / min：找出基于自然順序或者比較器排序的集合中，最大的或者最小的元素。
• Collections.replaceAll：將集合中的某一元素替換成另一個(gè)元素。
• Collections.reverse：顛倒排列元素在集合中的順序。如果你要在排序之后使用這個(gè)方法的話，在列表排序時(shí)，最好使用Collections.reverseOrder比較器。
• Collections.rotate：根據(jù)給定的距離旋轉(zhuǎn)元素。
• Collections.shuffle：隨機(jī)排放List集合中的節(jié)點(diǎn)，可以給定你自己的生成器——例如 java.util.Random / java.util.ThreadLocalRandom or java.security.SecureRandom。
• Collections.sort：將集合按照自然順序或者給定的順序排序。
• Collections.swap：交換集合中兩個(gè)元素的位置（多數(shù)開發(fā)者都是自己實(shí)現(xiàn)這個(gè)操作的）。

并發(fā)集合

這一部分將介紹java.util.concurrent包中線程安全的集合。這些集合的主要屬性是一個(gè)不可分割的必須執(zhí)行的方法。因?yàn)椴l(fā)的操作，例如add或update或者check再update，都有一次以上的調(diào)用，必須同步。因?yàn)榈谝徊綇募现薪M合操作查詢到的信息在開始第二步操作時(shí)可能變?yōu)闊o效數(shù)據(jù)。

多數(shù)的并發(fā)集合是在Java 1.5引入的。ConcurrentSkipListMap / ConcurrentSkipListSet 和 LinkedBlockingDeque是在Java 1.6新加入的。Java 1.7加入了最后的 ConcurrentLinkedDeque 和 LinkedTransferQueue

Lists

• CopyOnWriteArrayList：list的實(shí)現(xiàn)每一次更新都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的隱含數(shù)組副本，所以這個(gè)操作成本很高。通常用在遍歷操作比更新操作多的集合，比如listeners/observers集合。

Queues/deques

• ArrayBlockingQueue：基于數(shù)組實(shí)現(xiàn)的一個(gè)有界阻塞隊(duì)，大小不能重新定義。所以當(dāng)你試圖向一個(gè)滿的隊(duì)列添加元素的時(shí)候，就會(huì)受到阻塞，直到另一個(gè)方法從隊(duì)列中取出元素。
• ConcurrentLinkedDeque / ConcurrentLinkedQueue：基于鏈表實(shí)現(xiàn)的無界隊(duì)列，添加元素不會(huì)堵塞。但是這就要求這個(gè)集合的消費(fèi)者工作速度至少要和生產(chǎn)這一樣快，不然內(nèi)存就會(huì)耗盡。嚴(yán)重依賴于CAS(compare-and-set)操作。
• DelayQueue：無界的保存Delayed元素的集合。元素只有在延時(shí)已經(jīng)過期的時(shí)候才能被取出。隊(duì)列的第一個(gè)元素延期最小（包含負(fù)值——延時(shí)已經(jīng)過期）。當(dāng)你要實(shí)現(xiàn)一個(gè)延期任務(wù)的隊(duì)列的時(shí)候使用（不要自己手動(dòng)實(shí)現(xiàn)——使用ScheduledThreadPoolExecutor）。
• LinkedBlockingDeque / LinkedBlockingQueue：可選擇有界或者無界基于鏈表的實(shí)現(xiàn)。在隊(duì)列為空或者滿的情況下使用ReentrantLock-s。
• LinkedTransferQueue：基于鏈表的無界隊(duì)列。除了通常的隊(duì)列操作，它還有一系列的transfer方法，可以讓生產(chǎn)者直接給等待的消費(fèi)者傳遞信息，這樣就不用將元素存儲(chǔ)到隊(duì)列中了。這是一個(gè)基于CAS操作的無鎖集合。
• PriorityBlockingQueue：PriorityQueue的無界的版本。
• SynchronousQueue：一個(gè)有界隊(duì)列，其中沒有任何內(nèi)存容量。這就意味著任何插入操作必須等到響應(yīng)的取出操作才能執(zhí)行，反之亦反。如果不需要Queue接口的話，通過Exchanger類也能完成響應(yīng)的功能。

Maps

• ConcurrentHashMap：get操作全并發(fā)訪問，put操作可配置并發(fā)操作的哈希表。并發(fā)的級(jí)別可以通過構(gòu)造函數(shù)中concurrencyLevel參數(shù)設(shè)置（默認(rèn)級(jí)別16）。該參數(shù)會(huì)在Map內(nèi)部劃分一些分區(qū)。在put操作的時(shí)候只有只有更新的分區(qū)是鎖住的。這種Map不是代替HashMap的線程安全版本——任何 get-then-put的操作都需要在外部進(jìn)行同步。
• ConcurrentSkipListMap：基于跳躍列表（Skip List）的ConcurrentNavigableMap實(shí)現(xiàn)。本質(zhì)上這種集合可以當(dāng)做一種TreeMap的線程安全版本來使用。

Sets

• ConcurrentSkipListSet：使用 ConcurrentSkipListMap來存儲(chǔ)的線程安全的Set。
• CopyOnWriteArraySet：使用CopyOnWriteArrayList來存儲(chǔ)的線程安全的Set。

相關(guān)閱讀

• Java 基本類型集合庫：Trove：Trove庫概述——存儲(chǔ)Java基本類型數(shù)據(jù)的集合庫（與大多數(shù)JDK中的Objects類不同）。
• Java常見數(shù)據(jù)類型內(nèi)存占用（1）：各種類的內(nèi)存占用會(huì)所名，包括enums、EnumMap、EnumSet、BitSet、ArrayList、LinkedList和ArrayDeque。
• Java常見數(shù)據(jù)類型內(nèi)存占用（2）：HashMap、HashSet、LinkedHashMap、LinkedHashSet、TreeMap、TreeSet和JDK 7 PriorityQueue內(nèi)存占用，以及對(duì)應(yīng)的Trove替代類說明。

推薦閱讀

如果想要了解更多關(guān)于Java集合的知識(shí)，推薦閱讀以下書籍：

• Cay S. Horstmann. Core Java Volume I–Fundamentals (9th Edition) (Core Series) ：第13章描述了Java集合.
• Naftalin, Wadler. Java Generics and Collections：書的第2部分（第10章至第17章）專門討論了Java集合。
• Goetz, Peierls, Bloch, Bowbeer, Holmes, Lea. Java Concurrency in Practice：最好的Java并發(fā)書籍。第5章討論了Java 1.5引入的并發(fā)集合。

總結(jié)