Java集合框架綜述

最近被陸陸續續問了幾遍HashMap的實現，回答的不好，打算複習複習JDK中的集合框架，並嘗試分析其原始碼，這麼做一方面是這些類非常實用，掌握其實現能更好的優化我們的程式；另一方面是學習借鑑JDK是如何實現了這麼一套優雅高效的類庫，提升程式設計能力。

在介紹具體適合類之前，本篇文章對Java中的集合框架做一個大致描述，從一個高的角度俯視這個框架，瞭解了這個框架的一些理念與約定，會大大幫助後面分析某個具體類，讓我們開始吧。

集合框架（collections framework）

首先要明確，集合代表了一組物件（和陣列一樣，但陣列長度不能變，而集合能）。Java中的集合框架定義了一套規範，用來表示、操作集合，使具體操作與實現細節解耦。

其實說白了，可以把一個集合看成一個微型資料庫，操作不外乎“增刪改查”四種操作，我們在學習使用一個具體的集合類時，需要把這四個操作的時空複雜度弄清楚了，基本上就可以說掌握這個類了。

設計理念

主要理念用一句話概括就是：提供一套“小而美”的API。API需要對程式設計師友好，增加新功能時能讓程式設計師們快速上手。
為了保證核心介面足夠小，最頂層的介面（也就是Collection與Map介面）並不會區分該集合是否可變（mutability）,是否可更改（modifiability）,是否可改變大小（resizability）這些細微的差別。相反，一些操作是可選的，在實現時丟擲UnsupportedOperationException即可表示集合不支援該操作。集合的實現者必須在文件中宣告那些操作是不支援的。

為了保證最頂層的核心介面足夠小，它們只能包含下面情況下的方法：

1. 基本操作，像之前說的“增刪改查”
2. There is a compelling performance reason why an important implementation would want to override it.

此外，所有的集合類都必須能提供友好的互動操作，這包括沒有繼承Collection類的陣列物件。因此，框架提供一套方法，讓集合類與陣列可以相互轉化，並且可以把Map看作成集合。

兩大基類Collection與Map

在集合框架的類繼承體系中，最頂層有兩個介面：

• Collection表示一組純資料
• Map表示一組key-value對

一般繼承自Collection或Map的集合類，會提供兩個“標準”的建構函式：

• 沒有引數的建構函式，建立一個空的集合類
• 有一個型別與基類（Collection或Map）相同的建構函式，建立一個與給定引數具有相同元素的新集合類

因為介面中不能包含建構函式，所以上面這兩個建構函式的約定並不是強制性的，但是在目前的集合框架中，所有繼承自Collection或Map的子類都遵循這一約定。

Collection

java-collection-hierarchy

如上圖所示，Collection類主要有三個介面：

• Set表示不允許有重複元素的集合（A collection that contains no duplicate elements）
• List表示允許有重複元素的集合（An ordered collection (also known as a sequence)）
• Queue JDK1.5新增，與上面兩個集合類主要是的區分在於Queue主要用於儲存資料，而不是處理資料。（A collection designed for holding elements prior to processing.）

Map

MapClassHierarchy

Map並不是一個真正意義上的集合（are not true collections），但是這個介面提供了三種“集合視角”（collection views ），使得可以像操作集合一樣操作它們，具體如下：

• 把map的內容看作key的集合（map’s contents to be viewed as a set of keys）
• 把map的內容看作value的集合（map’s contents to be viewed as a collection of values）
• 把map的內容看作key-value對映的集合（map’s contents to be viewed as a set of key-value mappings）

總結

今天先開個頭，後面會陸陸續續來一系列乾貨，Stay Tuned。

需要說明一點，今後所有原始碼分析都將基於Oracle JDK 1.7.0_71，請知悉。

$ java -version
java version "1.7.0_71"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.7.0_71-b14)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 24.71-b01, mixed mode)