了解集合层次结构

 

避免在集合层次结构中迷路

集合框架分为多个接口和类的层次结构。您需要理解的第一个层次结构如下：集合接口层次结构。

请注意，一些接口已被省略，您将在后面看到它们。

 

Iterable 接口

此层次结构的第一个接口是 Iterable 接口，实际上它不属于集合框架。在这里提一下它仍然很有价值，因为它 是 Collection 接口的超接口，因此也是此层次结构中所有接口的超接口。

The Iterable 接口是 Java SE 5 (2004) 的新增内容。实现 Iterable 的对象是可以迭代的对象。它是在 Java SE 5 中与for each 代码模式一起添加的。

您可能已经熟悉这种迭代 Collection 元素的方法。

Collection<String> collection = ...; 

for (String element: collection) {
    // do someting with element
}

您可能已经知道可以使用此模式或任何数组迭代任何集合。事实证明，实际上任何 Iterable 实例都可以在此处使用。

实现 Iterable 接口非常容易：您只需提供另一个接口的实例，Iterator，您将在下面看到它。

 

使用 Collection 接口在容器中存储元素

所有其他接口都与在容器中存储元素有关。

两个接口 List 和 Set 都具有共同的行为，这些行为由 Collection 接口建模。The Collection 接口对元素容器建模了多个操作。在不深入技术细节的情况下（暂时！），以下是可以使用 Collection 执行的操作：

• 添加或删除元素；
• 测试给定元素的存在；
• 询问包含的元素数量，或此集合是否为空；
• 清除此内容。

由于 Collection 是元素的集合，因此在 Collection 接口上也定义了集合操作：

• 测试一个集合是否包含在另一个集合中；
• 并集；
• 交集；
• 补集。

最后，Collection 接口还对访问其元素的不同方式进行建模：

• 您可以通过使用迭代器迭代集合的元素；
• 您可以对这些元素创建流，这些流可以是并行的。

当然，所有这些操作在 List 和 Set 上也可用。那么，普通 Collection 实例与 Set 实例或 List 实例之间有什么区别？

 

使用 List 扩展 Collection

元素 List 与元素 Collection 之间的区别在于，List 会记住元素添加的顺序。

第一个结果是，如果您迭代列表的元素，您将获得的第一个元素是第一个添加的元素。然后您将获得第二个元素，依此类推，直到所有元素都被看到。因此，您迭代元素的顺序始终相同，它由这些元素添加的顺序固定。对于普通 Collection 或 Set，您没有这种保证。

事实证明，集合框架提供的 Set 的某些实现恰好始终以相同的顺序迭代元素。这是一个意外的效果，您的代码不应依赖此行为。

还有一个第二个结果，可能不像第一个结果那么明显，即列表的元素具有索引。查询集合的第一个元素没有意义。查询列表的第一个元素是有意义的，因为列表确实会记住这一点。

这些索引是如何处理的？好吧，再一次，这是实现的责任。接口的第一个作用是指定行为，而不是告诉实现应该如何实现该行为。

正如您将看到的那样，List 接口在 Collection 接口中添加了新的操作。由于列表的元素具有索引，因此您可以使用该索引执行以下操作。

• 获取特定索引处的元素，或删除它
• 在特定位置插入元素或替换元素
• 获取两个索引之间的元素范围。

 

使用 Set 扩展 Collection

元素 Set 与元素 Collection 之间的区别在于，您不能在 Set 中拥有重复项。您可以在 Collection 中拥有多个相同类的实例，这些实例是相等的，甚至可以拥有同一个实例多次。这在 Set 中是不允许的。如何强制执行这是实现的责任，您将在本教程的后面看到这一点。

这种行为的结果之一是，将元素添加到 Set 中可能会失败。

然后您可能会问自己：我可以拥有一个容器来防止重复，并且在其中元素具有索引吗？答案并不简单。集合框架为您提供了一个 Set 实现，使用它您将始终以相同的顺序迭代元素，但这些元素没有索引，因此此类不实现 List。

这种行为上的差异不会在 Set 接口中带来任何新的操作。

 

使用 SortedSet 和 NavigableSet 对 Set 的元素进行排序

The Set 接口本身有两个扩展：SortedSet 和 NavigableSet.

The SortedSet 接口按升序维护其元素。再一次，如何强制执行这是实现的责任，正如您将在后面看到的那样。

为了能够对它们进行排序，SortedSet 需要比较您的元素。它如何实现这一点？好吧，Java 语言中定义了两种标准机制来实现这一点。

• 您的元素可以实现 Comparable 接口，并提供 compareTo() 方法。
• 您可以向 SortedSet 提供一个 Comparator，以便它可以比较它们。

即使您的元素是 Comparable，您仍然可以在构建 SortedSet 时提供一个 Comparator。如果您需要以不同于 compareTo() 方法中实现的顺序对元素进行排序，这将非常有用。

排序和排序有什么区别？List 按添加元素的顺序保存其元素，而 SortedSet 按排序顺序保存其元素。对元素进行排序意味着，在遍历集合时获得的第一个元素将是最小的元素，从给定的比较逻辑的角度来看。对元素进行排序意味着，您在列表中添加元素的顺序在该列表的生命周期内保持不变。因此，在遍历列表时获得的第一个元素是添加到列表中的第一个元素。

SortedSet 向 Set 添加了一些操作。以下是您可以使用 SortedSet 执行的操作。

• 您可以获取集合中最小的元素和最大的元素。
• 您可以提取一个 headSet 和一个 tailSet，分别包含小于或大于给定元素的所有元素。

遍历 SortedSet 中的元素将从最小元素到最大元素进行。

NavigableSet 不会改变 SortedSet 的行为。它在 SortedSet 上添加了一些非常有用的操作，其中包括以降序遍历元素的可能性。您将在后面看到更多关于这方面的细节。