關係總覽
java.util包下集合類關係圖如下，不包含concurrent包，斜體標識介面，粗體標識抽象類，紅線標識繼承或實現。
Collection
Collection提供以下介面方法及預設介面方法
AbstractCollcetion
概述
該類實現類Collection介面的大部分方法，其中提供實現的具體方法，大部分依賴於待子類實現的抽象方法。
繼承自該類的子類，按可變性來說，對子類要求如下：
- 不可修改Collection：如果要實現一個不可修改的Collection，那麼子類只需要實現iterator和size方法。iterator返回的迭代器，必須實現hasNext、next方法
- 可修改Collection：如果要實現一個可修改的Collection，除了iterator和size方法，子類還需要覆蓋add方法；iterator返回的迭代器，必須實現remove方法。
抽象方法
- iterator()：源自Iterable介面。返回迭代器物件。
- size()：源自Collection介面。返回集合元素數量。
具體方法
- isEmpty()：判斷集合是否為空。具體實現依賴子類實現的size()，判斷size()==0
- contains(Object)：判斷集合是否包含指定元素。具體實現依賴子類實現的iterator()，透過迭代器遍歷集合中元素，若存在元素與引數物件相等(同為null，或者equals返回true)，返回true；否則返回false
- toArray()：返回集合元素組成的陣列。具體實現依賴子類實現的iterator()和size()，透過size()構建對應長度的陣列，透過迭代器遍歷所有元素初始化陣列
- toArray(T[])：返回集合元素組成的陣列。具體實現依賴子類實現的iterator()和size()。如果引數傳入的陣列長度不能容納所有元素，則新建立一個更大的陣列儲存所有元素並返回。
- add(E) : 預設丟擲UnsupportedOperationException異常
- remove(Object)：刪除指定元素。具體實現依賴子類實現的iterator()。透過迭代器遍歷集合中元素，若存在元素與引數物件相等(同為null，或者equals返回true)，則呼叫迭代器的remove()，同時返回true；否則返回false
- containsAll(Collection<?> )：如果引數集合是當前集合的子集，則返回true，否則返回false。具體實現是for迴圈遍歷引數集合中的元素，呼叫contains(Object)，如果有一個元素不包含在當前集合，則返回false；如果均包含在當前集合，返回true
- addAll(Collection<?> )：將引數集合中的所有元素加入到當前集合。具體實現依賴add(E) 。具體實現是for迴圈遍歷引數集合中元素，逐個呼叫add(E)，只要有一個新增成功，則最終返回true
- removeAll(Collection<?> )：刪除當前集合中與引數集合中的元素相等的元素。具體實現依賴iterator()。透過迭代器遍歷當前集合中元素，若引數集合包含該元素，則呼叫迭代器的remove()進行刪除，若成功刪除過一個元素，則最終返回true。否則返回false。
- retainAll(Collection<?> )：刪除當前集合中與引數集合中的元素不相等的元素。具體實現依賴iterator()。透過迭代器遍歷當前集合中元素，若引數集合不包含該元素，則呼叫迭代器的remove()進行刪除，若成功刪除過一個元素，則最終返回true。否則返回false。
- clear()：刪除集合所有元素。具體實現依賴iterator()。透過迭代器遍歷當前集合中元素，呼叫迭代器的remove()進行刪除
- toString()：列印出集合中所有元素，元素中間用逗號分隔，兩邊用中括號。具體實現依賴iterator()。透過迭代器遍歷當前集合中的元素，實用StringBuilder進行拼接，最終返回所有元素組成的字串。例如 [1,2,3,4,5]
Set
Set 介面覆蓋了Collection介面的預設方法spliterator，指定characteristics為DISTINCT；除此之外，沒有新增任何新方法。
AbstractSet
概述
AbstractSet繼承AbstractCollcetion，實現Set介面。AbstractSet規定不允許子類新增相同元素到集合中，但具體邏輯中沒有做相應控制，需要子類具體遵循該規定進行實現。AbstractSet覆蓋了AbstractCollection的removeAll方法，同時實現了equals和hashCode方法，除此之外沒有定義任何額外的抽象方法。
抽象方法
- iterator()：源自Iterable介面。返回迭代器物件。
- size()：源自Collection介面。返回集合元素數量。
具體方法
- equals(Object)：判斷是否相等；若指向同一物件則返回true；若引數不是Set的例項則返回false；若引數是Set的例項，則比較引數Set和當前Set的size()，如果不相等則返回false；如果相等，則呼叫父類實現的containsAll(Collection)返回結果。
- hashCode()：計算hash值；該方法依賴於iterator()。透過迭代器遍歷集合中元素，將所有元素的hashCode累加並返回。
- removeAll(Collection)：刪除當前集合中與引數集合中的元素相等的元素。該方法覆蓋了AbstractCollection的實現。透過size()和iterator()獲取元素較少的集合的迭代器，然後迭代出所有元素，如果呼叫較大集合的contains(E)，如果包含則刪除。如果刪除過一個元素，則最終返回true
List
List介面覆蓋了Collection介面的預設方法spliterator，指定characteristics為ORDERED；除此之外，新增了圖中所圈的方法。
List介面新增方法簡述：
位置訪問操作（Postional Access Operations）
- get(int): 按index查詢元素
- set(int,E): 按index修改元素
- add(int, E): 按index增加元素
- remove(int): 按index刪除元素
搜尋操作（Search Operations）
判斷相等的條件： o==null?get(i)==null:o.equals(get(i))
- indexOf(Object): 返回列表中第一個等於引數元素的下標
- lastIndexOf(Object): 返回列表中最後一個等於引數元素的下標
列表迭代器（List Iterators）
ListIterator是List介面提供特殊的Iterator，允許元素插入、替換操作，除了Iterator常規的操作外還可以支援雙向訪問。
- listIterator():返回ListIterator物件，下標從第一個元素開始
- listIterator(int)：返回ListIterator物件，下標從指定元素位置開始
檢視（View）
- subList(int,int)：返回list中指定部分的檢視，包含fromIndex，不包含toIndex，如果二者相等，則返回空。
AbstractList
概述
AbstractList繼承抽象類AbstractCollection，實現了List介面中的大部分方法，支援隨機訪問（random access），對於需要順序訪問（sequential access）的資料，優先用子類抽象類AbstractSequentialList的例項
子類按可變性分類
- 不可修改list：如果要實現一個不可修改的list，那麼子類只需要實現get和size方法；
- 可修改list：如果要實現一個可修改的的list，除了get和size方法，子類還需要覆蓋set方法；如果可改變的list是變長的，還需要覆蓋add和remove方法。
迭代器實現
Iterator
對外提供hasNext、next、remove方法。remove方法不是執行緒安全的，但提供了基本的fast-fail功能，儘管多執行緒下存在一定缺陷。具體如下：
private class Itr implements Iterator<E> { /** * Index of element to be returned by subsequent call to next. */ int cursor = 0; /** * Index of element returned by most recent call to next or * previous. Reset to -1 if this element is deleted by a call * to remove. */ int lastRet = -1; /** * The modCount value that the iterator believes that the backing * List should have. If this expectation is violated, the iterator * has detected concurrent modification. */ int expectedModCount = modCount; public boolean hasNext() { return cursor != size(); } public E next() { checkForComodification(); try { int i = cursor; E next = get(i); lastRet = i; cursor = i + 1; return next; } catch (IndexOutOfBoundsException e) { checkForComodification(); throw new NoSuchElementException(); } } public void remove() { if (lastRet < 0) throw new IllegalStateException(); checkForComodification(); try { AbstractList.this.remove(lastRet); if (lastRet < cursor) cursor--; lastRet = -1; expectedModCount = modCount; } catch (IndexOutOfBoundsException e) { throw new ConcurrentModificationException(); } } final void checkForComodification() { if (modCount != expectedModCount) throw new ConcurrentModificationException(); } }AbstractList 透過內部成員變數 modCount 來記錄list的長度發生變化的次數，例如add和remove方法會改變list的長度，modCount 的值會隨之增加。
Itr 透過成員變數expectedModCount來記錄list當前的modCount值，呼叫next和remove方法時，首先會檢查迭代器中的儲存的expectedModCount是否等於當前list的modCount值：
- 若不等於，說明迭代器再操作list的過程中，list的長度發生了變化，併發修改list長度可能會引起資料的不一致，丟擲ConcurrentModificationException
- 若等於，則繼續執行後續邏輯；但expectedModCount等於當前list的modCount未必就代表沒有併發問題。例如，當程式執行到 AbstractList.this.remove(lastRet); 時，CPU時間片到，切換到其它執行緒執行類remove或add操作，然後切換回當前執行緒的時候 執行了 expectedModCount = modCount; 此時並沒有做到快速失敗。ListItr中的set和add方法存在類似問題。
思考：為什麼 Itr 不在迭代器中儲存list的size，透過比較迭代器中的size和外部size是否相等來進行fast-fail ？
回答：因為存在ABA問題。相連的remove和add操作會導致最終size相等，但是list的長度已發生改變。
ListIterator
ListIterator繼承自Iterator介面，提供add、set方法用於元素的插入、替換，透過hasPrevious、previous、nextIndex、previousIndex支援雙向訪問。
抽象方法
- get(int) : 源自List介面。根據下標獲取元素
- size()：源自Collection介面。獲取list元素數量
具體方法
- add(E) : 呼叫add(size(), e)實現往list尾部新增元素；
- add(int,E) ： 預設丟擲UnsupportedOperationException異常
- addAll(int,Collection)：從指定下標開始，呼叫add(int,E)將引數集合的元素逐個加入list
- set(int,E) ： 預設丟擲UnsupportedOperationException異常
- remove(int)： 預設丟擲UnsupportedOperationException異常
- indexOf(Object)：使用迭代器listIterator，從list頭部查詢第一個相等元素的下標，object可為null
- lastIndexOf(Object)：使用迭代器listIterator，從list尾部查詢最後一個相等元素的下標，object可為null
- clear()：呼叫removeRange(0,size())刪除所有元素
- iterator()：返回內部私有類Itr的例項
- listIterator()： 返回內部私有類ListItr的例項，預設從list首部開始遍歷
- listIterator(int)：返回內部私有類ListItr的例項，引數指定了從list的開始遍歷的位置
- subList(int,int)：返回SubList類的例項，該例項內部儲存了list的例項，用於檢視或操作list的指定下標區間的元素
- equals(Object)：判斷是否相等；若指向同一物件則返回true；若引數不是List的例項則返回false；若引數是list，則順序比對兩個list中對應位置的元素，如有一個equal為false則返回false，否則為true
hashCode()：計算方式如下
/** * Returns the hash code value for this list. * * <p>This implementation uses exactly the code that is used to define the * list hash function in the documentation for the {@link List#hashCode} * method. * * @return the hash code value for this list */ public int hashCode() { int hashCode = 1; for (E e : this) hashCode = 31*hashCode + (e==null ? 0 : e.hashCode()); return hashCode; }- removeRange(int,int)：protected方法；刪除指定區間內的元素
AbstractSequentialList
概述
該類支援順序訪問（sequential access），對於隨機訪問（random access）的資料，使用父類AbstractList儲存。
所有子類都必須實現ListIterator方法和size方法，按可變性來說，對子類要求如下：
- 不可修改list：如果要實現一個不可修改的list，那麼子類需要實現ListIterator中的hasNext、next、hasPrevious、previous、index方法；
- 可修改list：如果要實現一個可修改的list，除不可修改中描述的方法外，還必須實現ListIterator中的set方法；如果list是變長的，還需要實現ListIterator中的add和remove方法。
抽象方法
listIterator(int)：源自List介面。獲取迭代器物件。此類的ListIterator實現與父類AbstractList中的ListIterator實現不同：
- AbstractList提供了迭代器ListIterator的具體實現類ListItr，AbstractList的listIterator方法不是抽象方法；而AbstractSequentialList不提供迭代器ListIterator的具體實現，需要子類必須實現
- AbstractList提供的迭代器ListIterator預設實現ListItr中的next、set、add、remove方法依賴於AbstractList類的get、set、add、remove方法；
- AbstractSequentialList中的提供的get、set、add、remove方法實現，依賴於ListIterator的next、set、add、remove方法
- size()：源自Collection介面。獲取list元素數量
具體方法
- get(int) : 根據指定下標獲取元素。該方法呼叫listIterator(int).next()實現
- add(int,E) ：在指定下標後，新增元素。該方法呼叫listIterator(int).add(E)實現
- addAll(int,Collection)：從指定下標後，新增集合元素。呼叫listIterator(int)獲取迭代器，然後遍歷引數集合，逐個呼叫迭代器的add(E)方法新增集合元素
- set(int,E) ： 替換指定位置的元素。該方法呼叫listIterator(int).next()獲取老值，呼叫listIterator(int).set(E)來實現替換
- remove(int)： 刪除指定位置的元素。該方法呼叫listIterator(int).next()獲取老值，呼叫listIterator(int).remove()來實現刪除
Queue
jdk1.5新增此介面，繼承Collection介面的所有方法，另外新增下圖中所圈的方法。
各個實現類的實現原理和用途
add(E): 在佇列尾部新增元素。如果增加成功就返回true；如果當前沒有空間導致增加失敗，丟擲 IllegalStateException異常；
offer(E): 在佇列尾部新增元素。如果增加成功就返回true; 如果當前沒有空間導致增加失敗，返回false；
remove(): 獲取並刪除佇列頭部元素。如果佇列為空，則丟擲NoSuchElementException異常；
poll(): 獲取並刪除佇列頭部元素。如果佇列為空，則返回null；
element(): 獲取但不刪除佇列頭部元素。如果佇列為空，則丟擲NoSuchElementException異常；
peek(): 獲取但不刪除佇列頭部元素。如果佇列為空，則返回null。
AbstractQueue
概述
繼承AbstractCollection類的抽象類，實現Queue介面，覆蓋AbstractCollection的add(E)、clear()、addAll(Collection<? extends E>) 方法。
繼承該類的子類，不允許往佇列中插入null元素
沒有實現Queue介面的offer(E)、poll()、peek()方法。
抽象方法
- offer(E)：源自Queue介面。在佇列尾部新增元素。如果增加成功就返回true; 如果當前沒有空間導致增加失敗，返回false
- poll()：源自Queue介面。獲取並刪除佇列頭部元素。如果佇列為空，則返回null；
- peek()：源自Queue介面。獲取但不刪除佇列頭部元素。如果佇列為空，則返回null。
- size()：源自Collection介面。獲取佇列元素數量。
- iterator()：源自Iterable介面。獲取迭代器物件。
具體方法
- add(E)：在佇列尾部新增元素。具體實現依賴子類實現的offer(E)，如果offer(E)返回false，則丟擲IllegalStateException異常
- addAll(Collection<? extends E>) ：在佇列尾部新增集合。具體實現是遍歷傳入的集合，呼叫add(E)新增集合中的元素，新增完畢後，如果有一個新增成功就返回true。
- remove()：獲取並刪除佇列頭部元素。具體實現依賴子類實現的poll()，如果poll()返回null，則丟擲NoSuchElementException異常
- element()：獲取但不刪除佇列頭部元素。具體實現依賴子類實現的peek()，如果peek()返回null，則丟擲NoSuchElementException異常
- clear()：刪除佇列中的所有元素。具體實現是迴圈呼叫poll()，直到poll()返回null
Deque
- 雙端佇列，Deque來源於double ended queue的縮寫，發音“deck”。
- 不同於List，Deque不支援隨機訪問；
- 儘管Deque介面沒有禁止插入null，但是具體實現應該禁止插入null，因為Deque的方法返回null一般用來表示佇列為空。
- jdk1.6新增此介面，繼承Queue介面的所有方法，另外新增下圖中所圈的方法。
方法說明
- Deque介面對佇列元素提供的插入、刪除、檢查操作，對於每種操作Deque分別提供佇列頭操作、對列尾操作，對於每個這樣的操作，又分別提供丟擲異常和返回指定值的方法，具體如下：
| First Element (Head) | Last Element (Tail) | |||
| Throws exception | Special value | Throws exception | Special value | |
| Insert | addFirst(e) | offerFirst(e) | addLast(e) | offerLast(e) |
| Remove | removeFirst() | pollFirst() | removeLast() | pollLast() |
| Examine | getFirst() | peekFirst() | getLast() | peekLast() |
- Deque被當作佇列（先進先出 FIFO）使用時，在佇列尾部新增元素，在佇列頭部獲取元素，與Queue介面的方法有如下對應關係：
| Queue Method | Equivalent Deque Method |
| add(e) | addLast(e) |
| offer(e) | offerLast(e) |
| remove() | removeFirst() |
| poll() | pollFirst() |
| element() | getFirst() |
| peek() | peekFirst() |
- Deque被當作棧（後進先出 LIFO）使用時，在棧頭部新增並獲取元素，類似於類Stack的實現，與Stack介面的方法有如下對應關係：
| Stack Method | Equivalent Deque Method |
| push(e) | addFirst(e) or push(e) |
| pop() | removeFirst() or pop() |
| peek() | peekFirst() |
- removeFirstOccurrence(Object）：從對佇列頭部刪除第一個匹配元素。如果存在這樣的元素被刪除則返回true，否則返回false
- removeLastOccurrence(Object）：從佇列尾部刪除第一個匹配元素。如果存在這樣的元素被刪除則返回true，否則返回false
- descendingIterator()：返回反序的迭代器。iterator()返回的迭代器是從佇列頭到佇列尾遍歷，descendingIterator()返回的迭代器，是從佇列尾到佇列頭遍歷
Map
Map中儲存鍵值對，鍵不可以重複，每一個鍵至多對應一個值。
如果將可變物件作為鍵，必須非常訊息。當前Map不允許將自身作為鍵，但可以將自身作為值。
方法說明
Map介面方法如下（不包含預設方法）：
查詢操作（Query Operations）
- size()：返回鍵值對的數量。
- isEmpty()：如果Map中沒有鍵值對，返回true。
- containsKey(Object)：如果Map中包含指定Key，返回true。比較Key相等條件：key==null ? k==null : key.equals(k)
- containsValue(Object)：如果Map中包含一個或更多key對應指定Value，返回true。比較Value相等條件：value==null ? v==null : value.equals(v)，對於大多數實現來說，這個操作可能需要基於size()的線性時間
- get(Object)：返回引數Key對應的Value，如果當前集合不存在則返回null。如果引數Key為null，而具體實現不允許Key為null，則丟擲NullPointerException
修改操作（Modification Operations）
- put(K , V )：將指定Key與指定Value相關聯，如果當前Map中不存在該Key則插入，如果存在該Key，則替換對應的Value。如果引數Key為null，而具體實現不允許Key為null，則丟擲NullPointerException
- remove(Object)：刪除當前Map中指定Key的鍵值對。
批次操作（Bulk Operations）
- putAll(Map<? extends K, ? extends V>)：將引數Map中的鍵值對，複製到當前Map。
- clear()：刪除所有鍵值對。
檢視（Views）
- keySet()：返回當前Map所有Key組成的Set。Map中Key的改變會影響到該Set，反之亦然。返回的Set支援remove操作，但不支援add或addAll操作。刪除Set中的某個元素，會刪除Map中該元素對應的鍵值對。
- values()：返回當前Map所有Value組成的集合。Map中Value的改變會影響到該集合，反之亦然。返回的集合支援remove操作，但不支援add或addAll操作。刪除集合中的某個元素，會刪除Map中該元素對應的鍵值對。
- entrySet()：返回當前Map所有Entry組成的Set。Map中Entry的改變會影響到該Set，反之亦然。返回的Set支援remove操作，但不支援add或addAll操作。刪除Set中的某個元素，會刪除Map中該元素對應的鍵值對。
比較和雜湊（Comparison and hashing）
- equals(Object)：如果兩個Map相等則返回true。判斷兩個Map物件m1和m2相等的依據是m1.entrySet().equals(m2.entrySet())，這樣的實現保證了即便是m1和m2的有具體不同的實現類，equels方法也可以比較。
- hashCode()：返回當前Map的雜湊值。當前Map的雜湊值，是entrySet()中元素的雜湊值之和。
Entry
Entry是Map介面的內建介面，每對鍵值對應一個Entry物件。Map的entrySet()返回包含Entry物件的Set。透過Entry可以直接修改Map。
方法說明（不含預設方法）
- getKey()：返回當前Entry對應的Key。
- getValue()：返回當前Entry對應的Value。
- setValue()：替換當前Entry對應的Value。
- equals(Object)：比較當前Entry與引數物件是否相等。如果引數物件也是Entry，比較方式：(e1.getKey()==null ? e2.getKey()==null : e1.getKey().equals(e2.getKey())) && (e1.getValue()==null ? e2.getValue()==null : e1.getValue().equals(e2.getValue()))
- hashCode()：返回當前Entry的雜湊值。計算方式：(e.getKey()==null ? 0 : e.getKey().hashCode()) ^(e.getValue()==null ? 0 : e.getValue().hashCode())
AbstractMap
概述
抽象類AbstractMap實現Map介面，所有具體方法均依賴抽象方法entrySet()。
抽象方法
- entrySet：返回當前Map所有Entry組成的Set。Map中Entry的改變會影響到該Set，反之亦然。返回的Set支援remove操作，但不支援add或addAll操作。刪除Set中的某個元素，會刪除Map中該元素對應的鍵值對。
具體方法
所有具體方法均依賴entrySet的實現。
keySet()：返回當前Map所有Key組成的Set。Map中Key的改變會影響到該Set，反之亦然。返回的Set支援remove操作，但不支援add或addAll操作。刪除Set中的某個元素，會刪除Map中該元素對應的鍵值對。具體實現：內部構造一個AbstractSet物件，AbstractSet實現的新建立的iterator物件，實際操作的是entrySet返回的迭代器，具體程式碼如下：
public Set<K> keySet() { Set<K> ks = keySet; if (ks == null) { ks = new AbstractSet<K>() { public Iterator<K> iterator() { return new Iterator<K>() { private Iterator<Entry<K,V>> i = entrySet().iterator(); public boolean hasNext() { return i.hasNext(); } public K next() { return i.next().getKey(); } public void remove() { i.remove(); } }; } public int size() { return AbstractMap.this.size(); } public boolean isEmpty() { return AbstractMap.this.isEmpty(); } public void clear() { AbstractMap.this.clear(); } public boolean contains(Object k) { return AbstractMap.this.containsKey(k); } }; keySet = ks; } return ks; }
values()：返回當前Map所有Value組成的集合。Map中Value的改變會影響到該集合，反之亦然。返回的集合支援remove操作，但不支援add或addAll操作。刪除集合中的某個元素，會刪除Map中該元素對應的鍵值對。具體實現：內部構造一個AbstractCollection物件，AbstractCollection實現的新建立的iterator物件，實際操作的是entrySet返回的迭代器，具體程式碼如下：
public Collection<V> values() { Collection<V> vals = values; if (vals == null) { vals = new AbstractCollection<V>() { public Iterator<V> iterator() { return new Iterator<V>() { private Iterator<Entry<K,V>> i = entrySet().iterator(); public boolean hasNext() { return i.hasNext(); } public V next() { return i.next().getValue(); } public void remove() { i.remove(); } }; } public int size() { return AbstractMap.this.size(); } public boolean isEmpty() { return AbstractMap.this.isEmpty(); } public void clear() { AbstractMap.this.clear(); } public boolean contains(Object v) { return AbstractMap.this.containsValue(v); } }; values = vals; } return vals; }