Java中的集合是用于存储对象的工具类容器，它实现了常用的数据结构，提供了一系列公开的方法用于增加、删除、修改、查找和遍历数据，降低开发成本。集合种类非常多，形成了一个比较经典的继承关系数，称为Java集合框架图，如下图所示。框架图主要分为两类：第一类按照单个元素存储的Collection，在继承树中Set和List都实现了Collection接口；第二类是按照key-value村村的Map。以上两类集合体系，无论在数据存储还是遍历，都存在非常大的差别。

  在集合框架图中，红色代表接口，蓝色代表抽象类，绿色代表并发包中的类，灰色代表早期线程安全的类（基本已弃用）。可以看到，与Collection相关的4条线分别是List、Set、Queue、Map，它们的子类会映射到数据结构中的表、数、哈希等。

List集合   List集合是线性数据结构的主要实现，集合元素通常存在明确的上一个和下一个元素，也存在明确的第一个元素和最后一个元素。List 集合的遍历结果是稳定的。该体系最常用的是ArrayList 和 LinkedList 两个集合类。   ArrayList 是容量可以改变的非线程安全集合。内部实现使用数组进行存储，集合扩客时会创建更大的数组空间，把原有数据复制到新数组中。AmayList 支持对元素的快速随机访问，但是插入与删除时速度通常很慢，因为这个过程很有可能需要移动其它元素。   LinkedList 的本质是双向链表。与 ArrayList 相比，LinkedList 的插入和删除速更快，但是随机访问速度则很慢。测试表明，对于 10万条的数据，与 ArrayList相比随机提取元素时存在数百倍的差距。除继承 AbstractList 抽象类外，LinkedList 还实现了另一个接口 Deque，即 double-ended queue。这个接口同时具有队列和栈的性质。LinkedList 包含3个重要的成员: sizefirst、last。size 是双向链表中节点的个数，first和last分别指向第一个和最后一个节点的引用。LinkedList 的优点在于可以将零散的内存单元通过附加引用的方式关联起来，形成按链路顺序查找的线性结构，内存利用率较高。

Queue集合   Queue(队列)是一种先进先出的数据结构，队列是一种特殊的线性表，它只许在表的一端进行获取操作，在表的另一端进行插入操作。当队列中没有元素时，称为空队列。自从BlockingQueue(阻塞队列)问世以来，队列的地位得到极大的提升在各种高并发编程场景中，由于其本身 FIFO的特性和阻塞操作的特点，经常被作为Buffer(数据缓冲区)使用。

Map集合   Map集合是以Key-Value键值对作为存储元素实现的哈希结构，Key 按某种哈函数计算后是唯一的，Value 则是可以重复的。Map 类提供三种 Collection 视图，集合框架图中，Map 指向 Collection 的箭头仅表示两个类之间的依赖关系。可以使用keySet()查看所有的Key，使用 values()查看所有的Value，使用entrySet()查看所的键值对。最早用于存储键值对的 Hashtable 因为性能瓶颈已经被淘头，而如今广使用的 HashMap，线程是不安全的。ConcurrentHashMap 是线程安全的，在JDK8中进行了锁的大幅度优化，体现出不错的性能。在多线程并发场景中，优先推荐使用ConcurrentHashMap，而不是 HashMap。TreeMap 是 Key 有序的 Map 类集合。

Set集合   Set是不允许出现重复元素的集合类型。Set 体系最常用的是 HashSet、TreeSe和LinkedHashSet 三个集合类。HashSet 从源码分析是使用HashMap 来实现的，只是Value固定为一个静态对象，使用 Key 保证集合元素的唯一性，但它不保证集合元素的顺序。TreeSet也是如此，从源码分析是使用 TreeMap 来实现的，底层为树结构，在添加新元素到集合中时，按照某种比较规则将其插入合适的位置，保证插入后的人仍然是有序的。LinkedHashSet 继承自 HashSet，具有 HashSet 的优点，内部使用链表维护了元素插入顺序。

  集合初始化通常进行分配客量、设置特定参数等相关工作。我们以使用频率较高为ArayList 和 HashMap 为例，简要说明初始化的相关工作，并解释为什么在任何情况下，都需要显式地设定集合容量的初始大小。ArayList是存储单个元素的顺序表结构，HashMap 是存储 KV 键值对的哈希式结构。分析两者的初始化相关源码，洞悉它们的容量分配、参数设定等相关逻辑，有助于更好地了解集合特性，提升代码质量。下面先从 ArrayList 源码说起:

  为了提高运算速度，设定 HashMap 容量大小为2ⁿ，这样的方式使计算落槽位置更快。如果初始化 HashMap 的时侯通过构造器指定了 initialCapacity，则会先计算出比 initialCapacity 大的2 的幂存入 threshold，在第一次 put 时会按照这个2的幂初始化数组大小，此后每次扩容都是增加2倍。如果没有指定初始值，log₂1000 =9.96,结合源码分析可知，如果想要容纳 1000 个元素，必须经过7次扩客。HashMap的扩容还是有不小的成本的，如果提前能够预估出 HashMap 内要放置的元素数量，就可在初始化时合理设置容量大小，避免不断扩容带来的性能损耗。   综上所述，集合初始化时，指定集合初始值大小。如果暂时无法确定集合大小那么指定相应的默认值，这也要求我们记得各种集合的默认值大小，ArayList大小10，而 HashMap 默认值为 16。

  数组是一种顺序表，在各种高级语言中，它是组织和处理数据的一种常见方式，我们可以使用索引下标进行快速定位并获取指定位置的元素。数组的下标从0开始，但这并不符合生活常识，这源于BCPL 语言，它将指针设置在0的位置，用数组下标作为直接偏移量进行计算。为什么下标不从1 开始呢?如果是这样，计算偏移量就要使用当前下标减1的操作。加减法运算对 CPU 来说是一种双数运算，在数组下标使用频率极高的场景下，这种运算是十分耗时的。在Java 体系中，数组用以存储同-类型的对象，一旦分配内存后则无法扩容。提倡类型与中括号紧挨相连来定义数组，因为在Java的世界里，万物皆为对象。String[] 用来指代String数组对象，示例代码如下.

  声明数组和赋值的方式示例代码如下:

  上述源码中的 args3 是静态初始化，而 args4 是动态初始化。无论静态初始化还是动态初始化，数组是固定容量大小的。注意在数组动态初始化时，出现了 new，这意味着需要在 new String[]的方括号内填写一个整数。如果写的是负数，并不会编译出错，但运行时会抛出异带：NegsivcAmysizcExoepion。对于动态大小的数组，集合提供了Vector和 AmayLsit 两个类，前者是线程安全，性能校差，基本弃用，而后者是线程不安全，它是使用频率最高的集合之一。   数组的遍历优先推荐 DK5引进的 foreach 方式，即 for(元素:数组名)的方式，可以在不使用下标的情况下遍历数组。如果需要使用数组下标，则使用for(int i=0;i System.out.println(x)); Arrays.asList(args3).stream().forEach(System.out::println);

  Arrays 是针对数组对象进行操作的工具类，包括数组的排序、查找、对比、拷贝等操作。尤其是排序，在多个JDK 版本中在不断地进化，比如原来的归并排序改成Timsort,明显地改善了集合的排序性能。另外,通过这个工具类也可以把数组转成集合。   数组与集合都是用来存储对象的容器，前者性质单一，方便易用;后者类型安全，功能强大，且两者之间必然有互相转换的方式。毕竟它们的性格迥异，在转换过程中，如果不注意转换背后的实现方式，很容易产生意料之外的问题。转换分成两种情况:数组转集合和集合转数组。在数组转集合的过程中，注意是否使用了视图方式直接返回数组中的数据。我们以Arrays.asList0为例，它把数组转换成集合时，不能使用其修改集合相关的方法，它的add/remove/clear 方法会抛出UnsupportedOperationException 异常。示例源码如下：

  事实证明，可以通过set0 方法修改元素的值，原有数组相应位置的值同时也会被修改，但是不能进行修改元素个数的任何操作，否则均会抛出UnsupportedOperationException 异常。Arays.asList 体现的是适配器模式，后台的数据仍是原有数组，set0方法即间接对数组进行值的修改操作。asList 的返回对象是一个Arrays 的内部类，它并没有实现集合个数的相关修改方法，这也正是抛出异常的原因。Arrays.asList 的源码如下:

  返回的明明是ArrayList 对象，怎么就不可以随心所欲地对此集合进行修改呢？注意此ArrayList 非彼ArrayList，虽然Arrays 与ArrayList 同属于一个包，但是在Arrays类中还定义了一个ArrayList的内部类(或许命名为InnerArrayList更容易识别），根据作用域就近原则，此处的ArrayList是李鬼，即这是个内部类。此李鬼十分简单只提供了个别方法的实现，如下所示:

  第1处的 final 引用，用于存储集合的数组引用始终被强制指向原有数组。这个内部类并没有实现任何修改集合元麦个数的相关方法，那这个UnspportedOperationException 异常 是 从哪里 出 来的呢? 是李鬼的父类AbstractList:

  如果李鬼Arrays.ArrayList 内部类覆写这些方法不抛出异常，避免使用者踩进这个坑会不会更好?数组具有不为五斗米折腰的气节，传递的信息是“要么直接用我,要么小心异常!”数组转集合引发的故障还是十分常见的。比如,某业务调用某接口时，对方以这样的方式返回一个 List 类型的集合对象，本方获取集合数据时，99.9%是只读操作，但在小概率情况下需要增加一个元素，从而引发故障。在使用数组转集合时，需要使用李逵iava.util.ArrayList 直接创建一个新集合，参数就是ArraysasList返回的不可变集合，源码如下:

  相对于数组转集合来说，集合转数组更加可控，毕竟是从相对自由的集合容器转为更加苛刻的数组。什么情况下集合需要转成数组呢?适配别人的数组接口，或者进行局部方法计算等。先看一个源码，猜猜执行结果

执行结果如下: [null,null] [one，two， three]   第1处比较容易理解，不要用toArra()无参方法把集合转换成数组，这样会致泛型丢失;在第2处执行成功后，输出却为 null;第3处正常执行，成功地把集合数据复制到array3数组中。第2处与第3处的区别在于即将复制进去的数组容量是否足够。如果容量不够，则弃用此数组，另起炉灶，关于此方法的源码如下.

  第1处和第 2 处均 复制 java.util.ArrayLit 的 elementData到数组中，这个elementData是 ArrayList 集合对象中真正用于存储数据的数组，它的定义为：transient Object[] elementData   这个存储ArrayList 真正数据的数组由 transient 修饰，表示此字段在类的序列化时将被忽略。因为集合序列化时系统会调用 writeOtject 写入流中，在网络客户端反序列化的readObject 时，会重新赋值到新对象的 elementData 中。为什么多此一举？因为 elementData 容量经常会大于实际存储元素的数量，所以只需发送真正有实际值的数组元素即可。回到刚才的场景，当入参数组客量小于集合大小时，使用Amsys.copy0f()方法，它的源码如下