使用集合框架存储数据

介绍集合框架

集合框架是 JDK 中使用最广泛的 API。无论您正在处理什么应用程序，您很可能在某个时候需要在内存中存储和处理数据。

数据结构的历史几乎与计算本身一样悠久。集合框架是关于如何在内存中存储、组织和访问数据的概念的实现，这些概念是在 Java 出现之前很久就开发出来的。正如您将看到的那样，集合框架以非常有效的方式做到了这一点。

集合框架最初是在 1998 年的 Java SE 2 中引入的，此后又重写了两次

• 在 Java SE 5 中添加泛型时；
• 在 Java 8 中引入 lambda 表达式以及接口中的默认方法时。

这两个是迄今为止对集合框架进行的最重要的更新。但事实上，几乎每个版本的 JDK 都有对集合框架的一系列更改。

您将在本部分中学习的是集合框架提供的最有用的数据结构，以及您将在应用程序中用来操作这些数据的模式。

您需要了解的第一件事是，从技术角度来看，集合框架是一组接口，这些接口模拟了以不同类型容器存储数据的不同方式。然后框架为每个接口提供至少一个实现。了解这些实现与接口一样重要，选择合适的实现取决于您需要用它做什么。

在集合框架中找到您的方向

集合框架中的接口和类数量一开始可能会让人不知所措。确实，有许多结构可用，包括类和接口。有些名称不言自明，例如 LinkedList，有些带有行为，例如 ConcurrentHashMap，有些可能听起来很奇怪，例如 ConcurrentSkipListMap.

您将比其他元素更频繁地使用其中的一些元素。如果您已经熟悉 Java 语言，您可能已经遇到过 List、ArrayList 和 Map。本教程重点介绍集合框架中最常用的结构，这些结构是您作为 Java 开发人员每天都会使用的结构，并且您需要最了解和理解的结构。

话虽如此，您需要了解集合框架中为您提供了哪些内容。

首先，框架由接口和实现组成。选择正确的接口意味着您需要知道要为应用程序带来哪些功能。您需要的是否包括

• 存储对象并遍历它们？
• 将您的对象推入队列并弹出它们？
• 使用键检索它们？
• 通过它们的索引访问它们？
• 对它们进行排序？
• 防止出现重复项或空值？

选择正确的实现意味着您需要知道将如何使用这些功能

• 访问您的对象将通过迭代完成，还是随机的、索引访问？
• 对象将在应用程序启动时固定，并且在其生命周期内不会发生太大变化？
• 对象的数量是否很重要，需要进行大量检查以确定是否存在某些对象？
• 您需要存储对象的结构将被并发访问吗？

集合框架可以为您提供所有这些问题的正确解决方案。

集合框架中有两大类接口：集合和映射。

集合是关于存储对象并遍历它们。该 Collection 接口是此类别的根接口。事实上，该 Collection 接口扩展了该 Iterable 接口，但此接口不是集合框架的一部分。

映射将对象与其键一起存储，该键表示该对象，就像主键在数据库中表示对象一样，如果您熟悉此概念。有时您会听到映射存储键/值对，这正是映射所做的描述。该 Map 接口是此类别的根接口。

该 Collection 层次结构和该 Map 层次结构之间没有直接关系。

除了这些集合和映射之外，您还需要知道，您可以在该 Collection 层次结构中找到用于模拟队列和堆栈的接口。队列和堆栈并不是真正关于遍历对象集合，但由于它们已添加到该 Collection 层次结构中，因此您可以使用它们来做到这一点。

还有一个您需要了解的最后一个层次结构，即 Iterator 层次结构。迭代器是一个可以遍历对象集合的对象，它是集合框架的一部分。

这使得两大类，Collection 和 Map，一个子类别，Queue，以及一个侧类别，Iterator.

避免使用旧的接口和实现

集合框架只是在 Java 2 中引入的，这意味着它之前存在过。这种生活包括几个仍然存在于 JDK 中的类和接口，以保持向后兼容性，但您不应该再在应用程序中使用它们。

这些类和接口如下

• Vector 和 Stack。该 Vector 类已被改装为实现该 List 接口。如果您在非并发环境中使用向量，那么您可以安全地用 ArrayList 替换它。该 Stack 类扩展了 Vector 并且应该在非并发环境中被 ArrayDeque 替换。
• 该 Vector 类使用该 Enumeration 接口来模拟其迭代器。此接口不应该再使用：首选接口现在是 Iterator 接口。
• HashTable：此类已被改装为实现该 Map 接口。如果您在非并发环境中使用此类的实例，那么您可以安全地用 HashMap 替换它。在并发环境中，ConcurrentHashMap 可以用作替代品。

为什么要选择集合而不是数组？

您可能想知道为什么您应该费心学习集合框架，因为您可能有一种感觉，将您的数据放入一个老式的数组就可以完成工作。

事实上，在任何情况下，如果您有一个简单、掌握良好且符合您需求的解决方案，那么您绝对应该坚持使用它！

集合可以为您做些什么，而数组做不到？

• 集合跟踪它包含的元素数量
• 集合的容量没有限制：您可以在集合中添加（几乎）任意数量的元素
• 集合可以控制您可能存储在其中的元素。例如，您可以防止添加空元素
• 集合可以查询给定元素的存在
• 集合提供诸如与另一个集合相交或合并之类的操作。

这只是集合可以为您做的事情的一个小样本。事实上，由于集合是一个对象，并且考虑到对象是可扩展的，您可以在 JDK 提供的大多数集合上添加任何您需要的操作。这在数组中是不可能的，因为数组在 Java 中不是对象。