"这篇文章主要探讨了Java编程语言中四种常用的数据结构:List、Map、Set和Vector的区别和联系。" 在Java中,List、Map、Set和Vector是四种不同的数据结构,它们各自有着特定的用途和特性。 首先,List是一个有序的集合,允许重复元素,并且元素有其特定的位置。在List接口中,每个元素都有一个索引,可以使用索引来访问和操作元素。Java提供了多种List的实现,如ArrayList和LinkedList。ArrayList基于动态数组实现,适用于随机访问和遍历,但在插入和删除元素时效率较低,因为可能需要移动大量元素。LinkedList则是双向链表实现,插入和删除速度快,但随机访问性能较差。为了确保线程安全,可以使用Collections.synchronizedList()将LinkedList或ArrayList转换为线程安全的List。 Set接口则不允许重复元素,它保证了元素的唯一性。Set的实现包括HashSet、TreeSet等。HashSet基于哈希表实现,提供快速的添加、删除和查找操作,但不保证元素的顺序。TreeSet内部使用了红黑树,元素按照自然排序或自定义比较器进行排序,插入和查询效率略低于HashSet,但提供了有序性。 Map接口用于存储键值对,其中键(Key)必须是唯一的,而值(Value)可以重复。键和值之间通过equals()方法进行比较。常见的Map实现有HashMap、TreeMap和WeakHashMap。HashMap同样基于哈希表,提供快速的键值对存取,而TreeMap使用红黑树,使得Map中的键按照自然排序或自定义比较器排序。WeakHashMap则使用弱引用作为键,当键不再被引用时,键值对会自动从Map中移除。 Vector与ArrayList非常相似,都是动态数组实现,但Vector是线程安全的,每个方法都由synchronized关键字修饰。这意味着在多线程环境下,多个线程可以安全地操作Vector,但这也导致其在单线程环境中的性能比ArrayList低。Stack是Vector的一个子类,实现了后进先出(LIFO)的栈数据结构,提供了push、pop、peek等方法。 List适合需要保持元素顺序并允许重复的情况;Set用于存储唯一元素,不关心顺序;Map则用于关联键和值;而Vector和Stack是线程安全的版本,适用于多线程环境。选择哪种数据结构取决于具体的应用场景和性能需求。
List是有序的Collection,使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置。用户能够 使用索引(元素在List中的位置,类似于数组下标)来访问List中的元素,这类似于Java的数组。
和下面要提到的Set不同,List允许有相同的元素。
除了具有Collection接口必备的iterator()方法外,List还提供一个listIterator()方法,返回一个ListIterator接口,和标准的Iterator接口相比,ListIterator多了一些add()之类的方法,允许添加,删除,设定元素,还能向前或向后遍历。
实现List接口的常用类有LinkedList,ArrayList,Vector和Stack。
LinkedList类
LinkedList实现了List接口,允许null元素。此外LinkedList提供额外的get,remove,insert方法在LinkedList的首部或尾部。这些操作使LinkedList可被用作堆栈(stack),队列(queue)或双向队列(deque)。
注意LinkedList没有同步方法。如果多个线程同时访问一个List,则必须自己实现访问同步。一种解决方法是在创建List时构造一个同步的List:
List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));
ArrayList类
ArrayList实现了可变大小的数组。它允许所有元素,包括null。ArrayList没有同步。size,isEmpty,get,set方法运行时间为常数。但是add方法开销为分摊的常数,添加n个元素需要O(n)的时间。其他的方法运行时间为线性。
每个ArrayList实例都有一个容量(Capacity),即用于存储元素的数组的大小。这个容量可随着不断添加新元素而自动增加,但是增长算法并没有定义。当需要插入大量元素时,在插入前可以调用ensureCapacity方法来增加ArrayList的容量以提高插入效率。
和LinkedList一样,ArrayList也是非同步的(unsynchronized)。
Vector类
Vector非常类似ArrayList,但是Vector是同步的。由Vector创建的Iterator,虽然和ArrayList创建的Iterator是同一接口,但是,因为Vector是同步的,当一个Iterator被创建而且正在被使用,另一个线程改变了Vector的状态(例如,添加或删除了一些元素),这时调用Iterator的方法时将抛出ConcurrentModificationException,因此必须捕获该异常。
Stack 类
Stack继承自Vector,实现一个后进先出的堆栈。Stack提供5个额外的方法使得Vector得以被当作堆栈使用。基本的push和pop方法,还有peek方法得到栈顶的元素,empty方法测试堆栈是否为空,search方法检测一个元素在堆栈中的位置。Stack刚创建后是空栈。
Set接口
Set是一种不包含重复的元素的Collection,即任意的两个元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false,Set最多有一个null元素。
很明显,Set的构造函数有一个约束条件,传入的Collection参数不能包含重复的元素。
请注意:必须小心操作可变对象(Mutable Object)。如果一个Set中的可变元素改变了自身状态导致Object.equals(Object)=true将导致一些问题。
Map接口
请注意,Map没有继承Collection接口,Map提供key到value的映射。一个Map中不能包含相同的key,每个key只能映射一个value。Map接口提供3种集合的视图,Map的内容可以被当作一组key集合,一组value集合,或者一组key-value映射。
Hashtable类
Hashtable继承Map接口,实现一个key-value映射的哈希表。任何非空(non-null)的对象都可作为key或者value。
添加数据使用put(key, value),取出数据使用get(key),这两个基本操作的时间开销为常数。
Hashtable通过initial capacity和load factor两个参数调整性能。通常缺省的load factor 0.75较好地实现了时间和空间的均衡。增大load factor可以节省空间但相应的查找时间将增大,这会影响像get和put这样的操作。
使用Hashtable的简单示例如下,将1,2,3放到Hashtable中,他们的key分别是”one”,”two”,”three”:
Hashtable numbers = new Hashtable();
numbers.put(“one”, new Integer(1));
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