关系总览
java.util包下集合类关系图如下，不包含concurrent包，斜体标识接口，粗体标识抽象类，红线标识继承或实现。
Collection
Collection提供以下接口方法及默认接口方法
AbstractCollcetion
概述
该类实现类Collection接口的大部分方法，其中提供实现的具体方法，大部分依赖于待子类实现的抽象方法。
继承自该类的子类，按可变性来说，对子类要求如下：
- 不可修改Collection：如果要实现一个不可修改的Collection，那么子类只需要实现iterator和size方法。iterator返回的迭代器，必须实现hasNext、next方法
- 可修改Collection：如果要实现一个可修改的Collection，除了iterator和size方法，子类还需要覆盖add方法；iterator返回的迭代器，必须实现remove方法。
抽象方法
- iterator()：源自Iterable接口。返回迭代器对象。
- size()：源自Collection接口。返回集合元素数量。
具体方法
- isEmpty()：判断集合是否为空。具体实现依赖子类实现的size()，判断size()==0
- contains(Object)：判断集合是否包含指定元素。具体实现依赖子类实现的iterator()，通过迭代器遍历集合中元素，若存在元素与参数对象相等(同为null，或者equals返回true)，返回true；否则返回false
- toArray()：返回集合元素组成的数组。具体实现依赖子类实现的iterator()和size()，通过size()构建对应长度的数组，通过迭代器遍历所有元素初始化数组
- toArray(T[])：返回集合元素组成的数组。具体实现依赖子类实现的iterator()和size()。如果参数传入的数组长度不能容纳所有元素，则新创建一个更大的数组存储所有元素并返回。
- add(E) : 默认抛出UnsupportedOperationException异常
- remove(Object)：删除指定元素。具体实现依赖子类实现的iterator()。通过迭代器遍历集合中元素，若存在元素与参数对象相等(同为null，或者equals返回true)，则调用迭代器的remove()，同时返回true；否则返回false
- containsAll(Collection<?> )：如果参数集合是当前集合的子集，则返回true，否则返回false。具体实现是for循环遍历参数集合中的元素，调用contains(Object)，如果有一个元素不包含在当前集合，则返回false；如果均包含在当前集合，返回true
- addAll(Collection<?> )：将参数集合中的所有元素加入到当前集合。具体实现依赖add(E) 。具体实现是for循环遍历参数集合中元素，逐个调用add(E)，只要有一个添加成功，则最终返回true
- removeAll(Collection<?> )：删除当前集合中与参数集合中的元素相等的元素。具体实现依赖iterator()。通过迭代器遍历当前集合中元素，若参数集合包含该元素，则调用迭代器的remove()进行删除，若成功删除过一个元素，则最终返回true。否则返回false。
- retainAll(Collection<?> )：删除当前集合中与参数集合中的元素不相等的元素。具体实现依赖iterator()。通过迭代器遍历当前集合中元素，若参数集合不包含该元素，则调用迭代器的remove()进行删除，若成功删除过一个元素，则最终返回true。否则返回false。
- clear()：删除集合所有元素。具体实现依赖iterator()。通过迭代器遍历当前集合中元素，调用迭代器的remove()进行删除
- toString()：打印出集合中所有元素，元素中间用逗号分隔，两边用中括号。具体实现依赖iterator()。通过迭代器遍历当前集合中的元素，实用StringBuilder进行拼接，最终返回所有元素组成的字符串。例如 [1,2,3,4,5]
Set
Set 接口覆盖了Collection接口的默认方法spliterator，指定characteristics为DISTINCT；除此之外，没有新增任何新方法。
AbstractSet
概述
AbstractSet继承AbstractCollcetion，实现Set接口。AbstractSet规定不允许子类添加相同元素到集合中，但具体逻辑中没有做相应控制，需要子类具体遵循该规定进行实现。AbstractSet覆盖了AbstractCollection的removeAll方法，同时实现了equals和hashCode方法，除此之外没有定义任何额外的抽象方法。
抽象方法
- iterator()：源自Iterable接口。返回迭代器对象。
- size()：源自Collection接口。返回集合元素数量。
具体方法
- equals(Object)：判断是否相等；若指向同一对象则返回true；若参数不是Set的实例则返回false；若参数是Set的实例，则比较参数Set和当前Set的size()，如果不相等则返回false；如果相等，则调用父类实现的containsAll(Collection)返回结果。
- hashCode()：计算hash值；该方法依赖于iterator()。通过迭代器遍历集合中元素，将所有元素的hashCode累加并返回。
- removeAll(Collection)：删除当前集合中与参数集合中的元素相等的元素。该方法覆盖了AbstractCollection的实现。通过size()和iterator()获取元素较少的集合的迭代器，然后迭代出所有元素，如果调用较大集合的contains(E)，如果包含则删除。如果删除过一个元素，则最终返回true
List
List接口覆盖了Collection接口的默认方法spliterator，指定characteristics为ORDERED；除此之外，新增了图中所圈的方法。
List接口新增方法简述：
位置访问操作（Postional Access Operations）
- get(int): 按index查询元素
- set(int,E): 按index修改元素
- add(int, E): 按index增加元素
- remove(int): 按index删除元素
搜索操作（Search Operations）
判断相等的条件： o==null?get(i)==null:o.equals(get(i))
- indexOf(Object): 返回列表中第一个等于参数元素的下标
- lastIndexOf(Object): 返回列表中最后一个等于参数元素的下标
列表迭代器（List Iterators）
ListIterator是List接口提供特殊的Iterator，允许元素插入、替换操作，除了Iterator常规的操作外还可以支持双向访问。
- listIterator():返回ListIterator对象，下标从第一个元素开始
- listIterator(int)：返回ListIterator对象，下标从指定元素位置开始
视图（View）
- subList(int,int)：返回list中指定部分的视图，包含fromIndex，不包含toIndex，如果二者相等，则返回空。
AbstractList
概述
AbstractList继承抽象类AbstractCollection，实现了List接口中的大部分方法，支持随机访问（random access），对于需要顺序访问（sequential access）的数据，优先用子类抽象类AbstractSequentialList的实例
子类按可变性分类
- 不可修改list：如果要实现一个不可修改的list，那么子类只需要实现get和size方法；
- 可修改list：如果要实现一个可修改的的list，除了get和size方法，子类还需要覆盖set方法；如果可改变的list是变长的，还需要覆盖add和remove方法。
迭代器实现
Iterator
对外提供hasNext、next、remove方法。remove方法不是线程安全的，但提供了基本的fast-fail功能，尽管多线程下存在一定缺陷。具体如下：
private class Itr implements Iterator<E> { /** * Index of element to be returned by subsequent call to next. */ int cursor = 0; /** * Index of element returned by most recent call to next or * previous. Reset to -1 if this element is deleted by a call * to remove. */ int lastRet = -1; /** * The modCount value that the iterator believes that the backing * List should have. If this expectation is violated, the iterator * has detected concurrent modification. */ int expectedModCount = modCount; public boolean hasNext() { return cursor != size(); } public E next() { checkForComodification(); try { int i = cursor; E next = get(i); lastRet = i; cursor = i + 1; return next; } catch (IndexOutOfBoundsException e) { checkForComodification(); throw new NoSuchElementException(); } } public void remove() { if (lastRet < 0) throw new IllegalStateException(); checkForComodification(); try { AbstractList.this.remove(lastRet); if (lastRet < cursor) cursor--; lastRet = -1; expectedModCount = modCount; } catch (IndexOutOfBoundsException e) { throw new ConcurrentModificationException(); } } final void checkForComodification() { if (modCount != expectedModCount) throw new ConcurrentModificationException(); } }AbstractList 通过内部成员变量 modCount 来记录list的长度发生变化的次数，例如add和remove方法会改变list的长度，modCount 的值会随之增加。
Itr 通过成员变量expectedModCount来记录list当前的modCount值，调用next和remove方法时，首先会检查迭代器中的存储的expectedModCount是否等于当前list的modCount值：
- 若不等于，说明迭代器再操作list的过程中，list的长度发生了变化，并发修改list长度可能会引起数据的不一致，抛出ConcurrentModificationException
- 若等于，则继续执行后续逻辑；但expectedModCount等于当前list的modCount未必就代表没有并发问题。例如，当程序执行到 AbstractList.this.remove(lastRet); 时，CPU时间片到，切换到其它线程执行类remove或add操作，然后切换回当前线程的时候 执行了 expectedModCount = modCount; 此时并没有做到快速失败。ListItr中的set和add方法存在类似问题。
思考：为什么 Itr 不在迭代器中存储list的size，通过比较迭代器中的size和外部size是否相等来进行fast-fail ？
回答：因为存在ABA问题。相连的remove和add操作会导致最终size相等，但是list的长度已发生改变。
ListIterator
ListIterator继承自Iterator接口，提供add、set方法用于元素的插入、替换，通过hasPrevious、previous、nextIndex、previousIndex支持双向访问。
抽象方法
- get(int) : 源自List接口。根据下标获取元素
- size()：源自Collection接口。获取list元素数量
具体方法
- add(E) : 调用add(size(), e)实现往list尾部添加元素；
- add(int,E) ： 默认抛出UnsupportedOperationException异常
- addAll(int,Collection)：从指定下标开始，调用add(int,E)将参数集合的元素逐个加入list
- set(int,E) ： 默认抛出UnsupportedOperationException异常
- remove(int)： 默认抛出UnsupportedOperationException异常
- indexOf(Object)：使用迭代器listIterator，从list头部查询第一个相等元素的下标，object可为null
- lastIndexOf(Object)：使用迭代器listIterator，从list尾部查询最后一个相等元素的下标，object可为null
- clear()：调用removeRange(0,size())删除所有元素
- iterator()：返回内部私有类Itr的实例
- listIterator()： 返回内部私有类ListItr的实例，默认从list首部开始遍历
- listIterator(int)：返回内部私有类ListItr的实例，参数指定了从list的开始遍历的位置
- subList(int,int)：返回SubList类的实例，该实例内部存储了list的实例，用于查看或操作list的指定下标区间的元素
- equals(Object)：判断是否相等；若指向同一对象则返回true；若参数不是List的实例则返回false；若参数是list，则顺序比对两个list中对应位置的元素，如有一个equal为false则返回false，否则为true
hashCode()：计算方式如下
/** * Returns the hash code value for this list. * * <p>This implementation uses exactly the code that is used to define the * list hash function in the documentation for the {@link List#hashCode} * method. * * @return the hash code value for this list */ public int hashCode() { int hashCode = 1; for (E e : this) hashCode = 31*hashCode + (e==null ? 0 : e.hashCode()); return hashCode; }- removeRange(int,int)：protected方法；删除指定区间内的元素
AbstractSequentialList
概述
该类支持顺序访问（sequential access），对于随机访问（random access）的数据，使用父类AbstractList存储。
所有子类都必须实现ListIterator方法和size方法，按可变性来说，对子类要求如下：
- 不可修改list：如果要实现一个不可修改的list，那么子类需要实现ListIterator中的hasNext、next、hasPrevious、previous、index方法；
- 可修改list：如果要实现一个可修改的list，除不可修改中描述的方法外，还必须实现ListIterator中的set方法；如果list是变长的，还需要实现ListIterator中的add和remove方法。
抽象方法
listIterator(int)：源自List接口。获取迭代器对象。此类的ListIterator实现与父类AbstractList中的ListIterator实现不同：
- AbstractList提供了迭代器ListIterator的具体实现类ListItr，AbstractList的listIterator方法不是抽象方法；而AbstractSequentialList不提供迭代器ListIterator的具体实现，需要子类必须实现
- AbstractList提供的迭代器ListIterator默认实现ListItr中的next、set、add、remove方法依赖于AbstractList类的get、set、add、remove方法；
- AbstractSequentialList中的提供的get、set、add、remove方法实现，依赖于ListIterator的next、set、add、remove方法
- size()：源自Collection接口。获取list元素数量
具体方法
- get(int) : 根据指定下标获取元素。该方法调用listIterator(int).next()实现
- add(int,E) ：在指定下标后，添加元素。该方法调用listIterator(int).add(E)实现
- addAll(int,Collection)：从指定下标后，添加集合元素。调用listIterator(int)获取迭代器，然后遍历参数集合，逐个调用迭代器的add(E)方法添加集合元素
- set(int,E) ： 替换指定位置的元素。该方法调用listIterator(int).next()获取老值，调用listIterator(int).set(E)来实现替换
- remove(int)： 删除指定位置的元素。该方法调用listIterator(int).next()获取老值，调用listIterator(int).remove()来实现删除
Queue
jdk1.5新增此接口，继承Collection接口的所有方法，另外新增下图中所圈的方法。
各个实现类的实现原理和用途
add(E): 在队列尾部新增元素。如果增加成功就返回true；如果当前没有空间导致增加失败，抛出 IllegalStateException异常；
offer(E): 在队列尾部新增元素。如果增加成功就返回true; 如果当前没有空间导致增加失败，返回false；
remove(): 获取并删除队列头部元素。如果队列为空，则抛出NoSuchElementException异常；
poll(): 获取并删除队列头部元素。如果队列为空，则返回null；
element(): 获取但不删除队列头部元素。如果队列为空，则抛出NoSuchElementException异常；
peek(): 获取但不删除队列头部元素。如果队列为空，则返回null。
AbstractQueue
概述
继承AbstractCollection类的抽象类，实现Queue接口，覆盖AbstractCollection的add(E)、clear()、addAll(Collection<? extends E>) 方法。
继承该类的子类，不允许往队列中插入null元素
没有实现Queue接口的offer(E)、poll()、peek()方法。
抽象方法
- offer(E)：源自Queue接口。在队列尾部新增元素。如果增加成功就返回true; 如果当前没有空间导致增加失败，返回false
- poll()：源自Queue接口。获取并删除队列头部元素。如果队列为空，则返回null；
- peek()：源自Queue接口。获取但不删除队列头部元素。如果队列为空，则返回null。
- size()：源自Collection接口。获取队列元素数量。
- iterator()：源自Iterable接口。获取迭代器对象。
具体方法
- add(E)：在队列尾部添加元素。具体实现依赖子类实现的offer(E)，如果offer(E)返回false，则抛出IllegalStateException异常
- addAll(Collection<? extends E>) ：在队列尾部添加集合。具体实现是遍历传入的集合，调用add(E)添加集合中的元素，添加完毕后，如果有一个添加成功就返回true。
- remove()：获取并删除队列头部元素。具体实现依赖子类实现的poll()，如果poll()返回null，则抛出NoSuchElementException异常
- element()：获取但不删除队列头部元素。具体实现依赖子类实现的peek()，如果peek()返回null，则抛出NoSuchElementException异常
- clear()：删除队列中的所有元素。具体实现是循环调用poll()，直到poll()返回null
Deque
- 双端队列，Deque来源于double ended queue的缩写，发音“deck”。
- 不同于List，Deque不支持随机访问；
- 尽管Deque接口没有禁止插入null，但是具体实现应该禁止插入null，因为Deque的方法返回null一般用来表示队列为空。
- jdk1.6新增此接口，继承Queue接口的所有方法，另外新增下图中所圈的方法。
方法说明
- Deque接口对队列元素提供的插入、删除、检查操作，对于每种操作Deque分别提供队列头操作、对列尾操作，对于每个这样的操作，又分别提供抛出异常和返回指定值的方法，具体如下：
| First Element (Head) | Last Element (Tail) | |||
| Throws exception | Special value | Throws exception | Special value | |
| Insert | addFirst(e) | offerFirst(e) | addLast(e) | offerLast(e) |
| Remove | removeFirst() | pollFirst() | removeLast() | pollLast() |
| Examine | getFirst() | peekFirst() | getLast() | peekLast() |
- Deque被当作队列（先进先出 FIFO）使用时，在队列尾部添加元素，在队列头部获取元素，与Queue接口的方法有如下对应关系：
| Queue Method | Equivalent Deque Method |
| add(e) | addLast(e) |
| offer(e) | offerLast(e) |
| remove() | removeFirst() |
| poll() | pollFirst() |
| element() | getFirst() |
| peek() | peekFirst() |
- Deque被当作栈（后进先出 LIFO）使用时，在栈头部添加并获取元素，类似于类Stack的实现，与Stack接口的方法有如下对应关系：
| Stack Method | Equivalent Deque Method |
| push(e) | addFirst(e) or push(e) |
| pop() | removeFirst() or pop() |
| peek() | peekFirst() |
- removeFirstOccurrence(Object）：从对队列头部删除第一个匹配元素。如果存在这样的元素被删除则返回true，否则返回false
- removeLastOccurrence(Object）：从队列尾部删除第一个匹配元素。如果存在这样的元素被删除则返回true，否则返回false
- descendingIterator()：返回反序的迭代器。iterator()返回的迭代器是从队列头到队列尾遍历，descendingIterator()返回的迭代器，是从队列尾到队列头遍历
Map
Map中存储键值对，键不可以重复，每一个键至多对应一个值。
如果将可变对象作为键，必须非常消息。当前Map不允许将自身作为键，但可以将自身作为值。
方法说明
Map接口方法如下（不包含默认方法）：
查询操作（Query Operations）
- size()：返回键值对的数量。
- isEmpty()：如果Map中没有键值对，返回true。
- containsKey(Object)：如果Map中包含指定Key，返回true。比较Key相等条件：key==null ? k==null : key.equals(k)
- containsValue(Object)：如果Map中包含一个或更多key对应指定Value，返回true。比较Value相等条件：value==null ? v==null : value.equals(v)，对于大多数实现来说，这个操作可能需要基于size()的线性时间
- get(Object)：返回参数Key对应的Value，如果当前集合不存在则返回null。如果参数Key为null，而具体实现不允许Key为null，则抛出NullPointerException
修改操作（Modification Operations）
- put(K , V )：将指定Key与指定Value相关联，如果当前Map中不存在该Key则插入，如果存在该Key，则替换对应的Value。如果参数Key为null，而具体实现不允许Key为null，则抛出NullPointerException
- remove(Object)：删除当前Map中指定Key的键值对。
批量操作（Bulk Operations）
- putAll(Map<? extends K, ? extends V>)：将参数Map中的键值对，复制到当前Map。
- clear()：删除所有键值对。
视图（Views）
- keySet()：返回当前Map所有Key组成的Set。Map中Key的改变会影响到该Set，反之亦然。返回的Set支持remove操作，但不支持add或addAll操作。删除Set中的某个元素，会删除Map中该元素对应的键值对。
- values()：返回当前Map所有Value组成的集合。Map中Value的改变会影响到该集合，反之亦然。返回的集合支持remove操作，但不支持add或addAll操作。删除集合中的某个元素，会删除Map中该元素对应的键值对。
- entrySet()：返回当前Map所有Entry组成的Set。Map中Entry的改变会影响到该Set，反之亦然。返回的Set支持remove操作，但不支持add或addAll操作。删除Set中的某个元素，会删除Map中该元素对应的键值对。
比较和哈希（Comparison and hashing）
- equals(Object)：如果两个Map相等则返回true。判断两个Map对象m1和m2相等的依据是m1.entrySet().equals(m2.entrySet())，这样的实现保证了即便是m1和m2的有具体不同的实现类，equels方法也可以比较。
- hashCode()：返回当前Map的哈希值。当前Map的哈希值，是entrySet()中元素的哈希值之和。
Entry
Entry是Map接口的内置接口，每对键值对应一个Entry对象。Map的entrySet()返回包含Entry对象的Set。通过Entry可以直接修改Map。
方法说明（不含默认方法）
- getKey()：返回当前Entry对应的Key。
- getValue()：返回当前Entry对应的Value。
- setValue()：替换当前Entry对应的Value。
- equals(Object)：比较当前Entry与参数对象是否相等。如果参数对象也是Entry，比较方式：(e1.getKey()==null ? e2.getKey()==null : e1.getKey().equals(e2.getKey())) && (e1.getValue()==null ? e2.getValue()==null : e1.getValue().equals(e2.getValue()))
- hashCode()：返回当前Entry的哈希值。计算方式：(e.getKey()==null ? 0 : e.getKey().hashCode()) ^(e.getValue()==null ? 0 : e.getValue().hashCode())
AbstractMap
概述
抽象类AbstractMap实现Map接口，所有具体方法均依赖抽象方法entrySet()。
抽象方法
- entrySet：返回当前Map所有Entry组成的Set。Map中Entry的改变会影响到该Set，反之亦然。返回的Set支持remove操作，但不支持add或addAll操作。删除Set中的某个元素，会删除Map中该元素对应的键值对。
具体方法
所有具体方法均依赖entrySet的实现。
keySet()：返回当前Map所有Key组成的Set。Map中Key的改变会影响到该Set，反之亦然。返回的Set支持remove操作，但不支持add或addAll操作。删除Set中的某个元素，会删除Map中该元素对应的键值对。具体实现：内部构造一个AbstractSet对象，AbstractSet实现的新创建的iterator对象，实际操作的是entrySet返回的迭代器，具体代码如下：
public Set<K> keySet() { Set<K> ks = keySet; if (ks == null) { ks = new AbstractSet<K>() { public Iterator<K> iterator() { return new Iterator<K>() { private Iterator<Entry<K,V>> i = entrySet().iterator(); public boolean hasNext() { return i.hasNext(); } public K next() { return i.next().getKey(); } public void remove() { i.remove(); } }; } public int size() { return AbstractMap.this.size(); } public boolean isEmpty() { return AbstractMap.this.isEmpty(); } public void clear() { AbstractMap.this.clear(); } public boolean contains(Object k) { return AbstractMap.this.containsKey(k); } }; keySet = ks; } return ks; }
values()：返回当前Map所有Value组成的集合。Map中Value的改变会影响到该集合，反之亦然。返回的集合支持remove操作，但不支持add或addAll操作。删除集合中的某个元素，会删除Map中该元素对应的键值对。具体实现：内部构造一个AbstractCollection对象，AbstractCollection实现的新创建的iterator对象，实际操作的是entrySet返回的迭代器，具体代码如下：
public Collection<V> values() { Collection<V> vals = values; if (vals == null) { vals = new AbstractCollection<V>() { public Iterator<V> iterator() { return new Iterator<V>() { private Iterator<Entry<K,V>> i = entrySet().iterator(); public boolean hasNext() { return i.hasNext(); } public V next() { return i.next().getValue(); } public void remove() { i.remove(); } }; } public int size() { return AbstractMap.this.size(); } public boolean isEmpty() { return AbstractMap.this.isEmpty(); } public void clear() { AbstractMap.this.clear(); } public boolean contains(Object v) { return AbstractMap.this.containsValue(v); } }; values = vals; } return vals; }
java
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