Java开篇四：java的集合框架
集合框架被设计成要满足以下几个目标。
该框架必须是高性能的。基本集合（动态数组，链表，树，哈希表）的实现也必须是高效的。
该框架允许不同类型的集合，以类似的方式工作，具有高度的互操作性。
对一个集合的扩展和适应必须是简单的。
容器
容器：
容器，就是可以容纳其他java对象的对象。java Collection Framwork（JCF） 为java开发者提供了通用的容器，其始于jdk1.2，优点是：
降低编程难度
提高程序性能
提高API间的互操作性
降低学习难度
降低设计和实现相关API的难度
增加程序的重用性
Java容器里只能放对象，对于基本类型（int, long, float, double等），需要将其包装成对象类型后（Integer, Long, Float, Double等）才能放到容器里。很多时候拆包装和解包装能够自动完成。这虽然会导致额外的性能和空间开销，但简化了设计和编程。
泛型
泛型（Generics）
Java容器能够容纳任何类型的对象，这一点表面上是通过泛型机制完成，Java泛型不是什么神奇的东西，只是编译器为我们提供的一个“语法糖”，泛型本身并不需要Java虚拟机的支持，只需要在编译阶段做一下简单的字符串替换即可。实质上Java的单继承机制才是保证这一特性的根本，因为所有的对象都是Object的子类，容器里只要能够存放Object对象就行了。事实上，所有容器的内部存放的都是Object对象，泛型机制只是简化了编程，由编译器自动帮我们完成了强制类型转换而已。JDK 1.4以及之前版本不支持泛型，类型转换需要程序员显式完成。
//JDK 1.4 or beforeArrayList list = new ArrayList();list.add(new String("Monday"));list.add(new String("Tuesday"));list.add(new String("Wensday"));for(int i = 0; i < list.size(); i++){ String weekday = (String)list.get(i);//显式类型转换 System.out.println(weekday.toUpperCase());}
//JDK 1.5 or latterArrayList<String> list = new ArrayList<String>();//参数化类型list.add(new String("Monday"));list.add(new String("Tuesday"));list.add(new String("Wensday"));for(int i = 0; i < list.size(); i++){ String weekday = list.get(i);//隐式类型转换，编译器自动完成 System.out.println(weekday.toUpperCase());}
内存管理
跟C++复杂的内存管理机制不同，Java GC自动包揽了一切，Java程序并不需要处理令人头疼的内存问题，因此JCF并不像C++ STL那样需要专门的空间适配器（alloctor）。另外，由于Java里对象都在堆上，且对象只能通过引用（reference，跟C++中的引用不是同一个概念，可以理解成经过包装后的指针）访问，容器里放的其实是对象的引用而不是对象本身，也就不存在C++容器的复制拷贝问题。
集合
什么是集合（Collection）？集合就是“由若干个确定的元素所构成的整体”。
在数学中，我们经常遇到集合的概念。例如：
有限集合：
一个班所有的同学构成的集合；
一个网站所有的商品构成的集合；
...
无限集合：
全体自然数集合：1，2，3，……
有理数集合；
实数集合；
...
为什么要在计算机中引入集合呢？这是为了便于处理一组类似的数据，例如：
计算所有同学的总成绩和平均成绩；
列举所有的商品名称和价格；
……
为此，整个集合框架就围绕一组标准接口而设计。你可以直接使用这些接口的标准实现，诸如：LinkedList, HashSet, 和 TreeSet 等,除此之外你也可以通过这些接口实现自己的集合。
从上面的集合框架图可以看到，Java 集合框架主要包括两种类型的容器，一种是集合（Collection），存储一个元素集合，另一种是图（Map），存储键/值对映射。Collection 接口又有 3 种子类型，List、Set 和 Queue，再下面是一些抽象类，最后是具体实现类，常用的有 ArrayList、LinkedList、HashSet、LinkedHashSet、HashMap、LinkedHashMap 等等。
02
集合框架-2
集合框架是一个用来代表和操纵集合的统一架构。所有的集合框架都包含如下内容：
接口：是代表集合的抽象数据类型。例如 Collection、List、Set、Map 等。之所以定义多个接口，是为了以不同的方式操作集合对象
实现（类）：是集合接口的具体实现。从本质上讲，它们是可重复使用的数据结构，例如：ArrayList、LinkedList、HashSet、HashMap。
算法：是实现集合接口的对象里的方法执行的一些有用的计算，例如：搜索和排序。这些算法被称为多态，那是因为相同的方法可以在相似的接口上有着不同的实现。
除了集合，该框架也定义了几个 Map 接口和类。Map 里存储的是键/值对。尽管 Map 不是集合，但是它们完全整合在集合中。
在Java中，如果一个Java对象可以在内部持有若干其他Java对象，并对外提供访问接口，我们把这种Java对象称为集合。很显然，Java的数组可以看作是一种集合：
String[] ss = new String[10]; // 可以持有10个String对象
ss[0] = "Hello"; // 可以放入String对象
String first = ss[0]; // 可以获取String对象
既然Java提供了数组这种数据类型，可以充当集合，那么，我们为什么还需要其他集合类？这是因为数组有如下限制：
在Java中，如果一个Java对象可以在内部持有若干其他Java对象，并对外提供访问接口，我们把这种Java对象称为集合。很显然，Java的数组可以看作是一种集合：
String[] ss = new String[10]; // 可以持有10个String对象
ss[0] = "Hello"; // 可以放入String对象
String first = ss[0]; // 可以获取String对象
既然Java提供了数组这种数据类型，可以充当集合，那么，我们为什么还需要其他集合类？这是因为数组有如下限制：
数组初始化后大小不可变；
数组只能按索引顺序存取。
因此，我们需要各种不同类型的集合类来处理不同的数据，例如：
可变大小的顺序链表；
保证无重复元素的集合；
...
03
集合框架-3
Collection：
Java标准库自带的java.util包提供了集合类：Collection，它是除Map外所有其他集合类的根接口。Java的java.util包主要提供了以下三种类型的集合：
List：一种有序列表的集合，例如，按索引排列的Student的List；Set：一种保证没有重复元素的集合，例如，所有无重复名称的Student的Set；Map：一种通过键值（key-value）查找的映射表集合，例如，根据Student的name查找对应Student的Map。
Java集合的设计有几个特点：一是实现了接口和实现类相分离，例如，有序表的接口是List，具体的实现类有ArrayList，LinkedList等，二是支持泛型，我们可以限制在一个集合中只能放入同一种数据类型的元素，例如：
List<String> list = new ArrayList<>(); // 只能放入String类型
最后，Java访问集合总是通过统一的方式——迭代器（Iterator）来实现，它最明显的好处在于无需知道集合内部元素是按什么方式存储的。
由于Java的集合设计非常久远，中间经历过大规模改进，我们要注意到有一小部分集合类是遗留类，不应该继续使用：
Hashtable：一种线程安全的Map实现；Vector：一种线程安全的List实现；Stack：基于Vector实现的LIFO的栈。
还有一小部分接口是遗留接口，也不应该继续使用：
Enumeration<E>：已被Iterator<E>取代。
总结：
Java的集合类定义在java.util包中，支持泛型，主要提供了3种集合类，包括List，Set和Map。Java集合使用统一的Iterator遍历，尽量不要使用遗留接口。
下一篇：我们来介绍集合的List
