前言
Java的集合框架比较基础，像 List、Map、Set 中大概10来个比较常见的集合类，建议多看几遍源码（这里主要是基于 Java 8），然后回过头再来看看各路博客总结的这些知识点，会有一种豁然开朗的感觉。本文的目录结构如下：
Java的集合主要有 Set、List、Queue、Map 等。其中，Set、List、Queue 继承于 Collection，而 Map 的实现用于保存具有映射关系的数据（key-value），和 Collection 有一定的差别，它是另一个上层接口。
Collection 的继承结构：
Map 的继承结构：
二、基本特征：
List 、 Set 、 Map 这几类基础集合的基本特征如下：
| 集合类型 |
基本特征 |
| List |
1、有序集合（读取数据和存放数据的顺序一致） 2、元素可以重复，访问元素可以根据元素的索引来访问。 |
| Set |
1、无序集合（读取数据和存放数据的顺序不一致） 2、根据元素本身来访问元素和进行重复性判断，因此元素不可以重复，类似于数学上的集合概念。 |
| Map |
保存 Key-value 对形式的元素，访问时只能根据每项元素的 key 来访问其 value。 |
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1、Set 和 Map 容器都有基于哈希存储(HashSet/HashMap)和排序树（红黑树）(TreeSet/TreeMap)的两种实现版本 2、基于哈希存储的版本理论存取时间复杂度为 O(1)（没有哈希冲突）， 3、基于排序树版本的实现在插入或删除元素时会按照元素或元素的键（key）构成排序树从而达到排序和去重的效果，各类操作的时间复杂度为 O(logN)。 |
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三、集合的几种实现：
集合的几种实现方式如下：
| 实现方式 |
说明 |
举例 |
| 数组 |
1、数组占用连续内存空间，根据索引查找（即读取）或修改指定索引的元素，速度较快； 2、指定索引处的增删元素较慢，因为需要移动指定索引处后面的元素。 |
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| 列表 |
一般通过数组实现，但可以自动扩展，通过将旧元素复制到新的内存空间上进行扩容。 |
ArrayList |
| 链表 |
1、充分利用了内存，存储空间是不连续的，内部存储上/下一个节点的信息 2、读慢改快：因存储空间不连续，所以寻址麻烦，顺序遍历，查找速度慢，但是找到元素后增删快， 只需要修改节点链接信息，无需挪动其他的元素。 |
LinkedList |
| 哈希表 | 链表哈希表综合了前两者的优点，一个哈希表，一般内部由数组和链表(或者红黑树)组成 | HashMap |
四、集合常见的实现类和源码浅析：
常见的集合实现类和相关的源码实现浅析：
| 集合类型 | 常见的实现类 | 说明 | 源码实现浅析参考 |
| List | ArrayList |
1、内部是数组实现，查询快（通过数组索引），指定索引处增删慢（需要移动后续的元素）； 2、对插入的元素不进行判断，元素可为空，还可以重复； 3、元素读取和存放同序，即按照存放的顺序进行读取； 4、轻量级，相关操作都没有进行同步或者加锁，因此线程不安全， 可以用 Collections 配合 ArrayList 实现线程同步。 |
Java8集合框架——ArrayList源码分析 |
| LinkedList | 链表实现，增删快（前提是要找到指定的结点），查询慢（需要顺序遍历）。 | Java8集合框架——LinkedList源码分析 | |
| Vector |
1、其实现和 ArrayList 类似 2、区别在于：方法中使用了 synchronized 进行同步，重量级操作，但是线程安全 |
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| Map | HashMap |
1、键值对，key 不能重复（相同的 key，其旧的 value 会被覆盖），但是 value 可以重复； 2、整体实现是数组+链表（or 红黑树）； 3、允许 null 的键或值； 4、轻量级，相关操作都没有进行同步或者加锁，因此线程不安全； 5、可配合 Collections 工具类使用实现线程安全，或者建议直接使用 ConcurrentHashMap。 |
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Hashtable （弃用） |
线程安全的，其线程安全是通过 Sychronize 实现，而且不允许 null 的键或值 | ||
| Properties | key 和 value 都是 String 类型，用来读配置文件 | ||
| TreeMap |
1、对 key 排好序的 Map； 2、key 要实现 Comparable 接口或 TreeMap 的构造器中传入 Comparator，用于比较排序； 3、内部以 red-black（红-黑）树数据结构实现，插入，删除和查找的时间复杂度都是 O(log n)； 4、实现了SortedMap接口 |
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| LinkedHashMap |
1、HashMap 的子类，对 HashMap 进行了扩展，维护着一个运行于所有元素的双向链表。 2、存储的数据是有序的，保存了记录（或访问）的插入顺序（双向链表的记录）。 |
Java8集合框架——LinkedHashMap源码分析 | |
| Set | HashSet |
1、存放重复的元素时，只会保留一个。 2、一般需要重写 hashCode() 方法，采用恰当的方式分配散列码。 3、内部实现是使用 HashMap，元素为 key，value 都是同个 Object 对象。 而value是同一个 Object，即 private static final Object PRESENT = new Object(); 。 |
Java8集合框架——HashSet源码分析 |
| TreeSet |
1、SortedSet 的实现类，实现排序，因此添加到 TreeSet 的元素必须是可排序的(元素自身可排序 或者提供Comparator 进行排序)，它总是平衡的，保证了插入、删除、查询的性能为 log(n)。 2、内部实现是 TreeMap |
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| LinkedHashSet |
1、与 HashSet 的不同之外在于，维护着一个运行于所有元素的双向链接。 2、存储的数据是有序的（通过双向链表维持有序性） 3、扩展自 HashSet，但是其底层使用 LinkedHashMap，元素为 key，而value是同一个 Object， 即 private static final Object PRESENT = new Object(); 原理和 LinkedHashMap 类似。 |
Java8集合框架——LinkedHashSet源码分析 | |
| Queue |
PriorityQueue |
1、一个基于优先级堆的无界队列，它的元素是按照自然顺序(natural order)排序的。 2、在创建的时候，可以提供一个负责给元素排序的比较器。 3、PriorityQueue不允许null值，因为他们没有自然顺序，或者说他们没有任何的相关联的比较器。 4、PriorityQueue不是线程安全的，入队和出队的时间复杂度是O(log(n))。 |
关于 Collection 的几点简单/补充说明：
- Collection 是最基本的集合接口。所有实现 Collection 接口的类都需要提供两个标准的构造函数
- 无参数的构造函数：用于创建一个空的 Collection
- 有一个 Collection 参数的构造函数：用于创建一个新的 Collection，这个新的 Collection 与传入的 Collection 有相同的元素，即允许用户复制一个 Collection。
- 可以使用 iterator() 或者 foreach 循环对 Collection 的元素进行遍历
- Collection 接口派生的两个接口是 List 和 Set
- Set 接口
- Set 表示数学意义上的集合，不予许有重复的元素，即不会存在元素 e1 和 e2，使得 e1.equals(e2)。常见操作是对象的添加、删除，但不支持随机访问。
- List 接口
- 允许有重复项，且元素有顺序(索引)，可以根据索引对元素进行访问。
- List 接口提供了4种对列表元素进行定位（索引）访问方法：索引、迭代器 Iterator、特殊迭代器 ListIterator、foreach、for 循环。
- List 接口提供了特殊的迭代器，称为 ListIterator，除了允许 Iterator 接口提供的正常操作外，该迭代器还允许元素插入和替换，以及双向访问。还提供了一个方法来获取从列表中指定位置开始的列表迭代器。
- Set 接口
Collections.synchronizedCollection(Collection<T> c) 方法去处理原本非同步的类，在不丢失性能的前提下，实现同步。Java1.5提供了 ConcurrentHashMap，适用于高并发的线程安全实现。
注：ConcurrentHashMap：线程安全，是通过 Lock 的方式实现的，并且锁分离。ConcurrentHashMap 内部使用段(Segment)来表示这些不同的部分，每个段其实就是一个小的 HasMap，它们有自己的锁，只要多个修改操作发生在不同的段上，它们就可以并发进行。大体可以看出这也是 ConcurrentHashMap 名称的由来。
五、Collection、Collections、Arrays的区别
Collection 、 Collections 、 Arrays 三者的区别和相关说明如下：
| Collection | 集合类的上级接口，继承于他的接口主要有 Set、List。Set 里的元素是不能重复的，equals() 方法来区分重复与否。 | |
| Collections | 针对集合类的一个工具类，提供一系列静态方法实现对各种集合的搜索、排序、线程安全化等操作。 | Java8集合框架——集合工具类Collections内部方法浅析 |
| Arrays | 包含用来操作数组（比如排序和搜索）的各种方法 | Java8集合框架——集合工具类Arrays内部方法浅析 |
六、其他待补充
以下这几点的内容待研究和补充。。。。
1、集合迭代 Iterator
2、Iterator 的 fail-fast 和 fail-safe
- 每次我们尝试获取下一个元素的时候，Iterator 的 fail-fast 属性检查当前集合结构里的任何改动（使用内部属性 modCount，修改计数器）。如果发现任何改动，它抛出 ConcurrentModificationException。Collection 中所有 Iterator 的实现都是按fail-fast 来设计的（ConcurrentHashMap 和CopyOnWriteArrayList 这类并发集合类除外）。
- Iterator 的 fail-fast 属性与当前的集合共同起作用，因此它不会受到集合中任何改动的影响。java.util 包中的所有集合类都被设计为 fail-fast 的，而 java.util.concurrent 中的集合类都为 fail-safe 的。fail-fast 迭代器抛出 ConcurrentModificationException，而 fail-safe 迭代器从不抛出 ConcurrentModificationException。
- 在 Java fail fast 迭代器中，迭代 objects 集合有时会出现并发修改异常，出现这种情况有2个原因：①如果一个线程正在迭代一个集合，而另一个线程同时试图修改这个集合；②遍历过程中，试图去修改集合。注：在遍历过程中调用 remove() 方法不会引起 ConcurrentModificationException。
- fail-fast（快速失败）：快速失败机制在遍历一个集合时，如果集合内容被修改，会抛出 ConcurrentModificationException 异常。
- fail-safe（安全失败）：安全失败机制对集合的任何修改都会在一个复制的集合上进行，因此不会抛出异常。