Skip to main content

集合

David LiuMarch 20, 2023About 5 min

集合

Java 集合的架构如下

Java 集合框架概览

截屏2023-03-16 21.15.43

内容大概分为如下三个部分：

  • Collaction 接口
  • Map 接口
  • 线程安全集合

性质

有序性

Comparable 和 Comparator 的区别

  • Comparable 接口 java.lang 包

    需要实现接口，它有compareTo(Object obj)方法用来排序

  • Comparator 接口 java.util 包

    作为函数参数，它有compare(Object obj1, Object obj2) 方法用来排序

一般我们需要对一个集合使用自定义排序时，我们就要重写 compareTo() 方法或 compare() 方法， 当我们需要对某一个集合实现两种排序方式，比如一个 Song 对象中的歌名和歌手名分别采用一种排序方法的话，我们可以重写 compareTo() 方法和使用自制的 Comparator 方法或者以两个 Comparator 来实现歌名排序和歌星名排序，第二种代表我们只能使用两个参数版的 Collections.sort().

无序性和不可重复性

  1. 无序性：无序性不等于随机性，无序性是指存储的数据在底层数组中并非按照数组索引的顺序添加 ，而是根据数据的哈希值决定的。
  2. 不可重复性：不可重复性是指添加的元素按照 equals() 判断时 ，返回 false，需要同时重写 equals() 方法和 HashCode()方法。

异常

  • java.util包下面的所有的集合类都是 fail-fast 的，
  • java.util.concurrent包下面的所有的类都是 fail-safe 的。

快速失败 fail-fast

快速失败(fail-fast) 是 Java 集合的一种错误检测机制。导致抛出 ConcurrentModificationException 异常。

  1. 在使用迭代器对集合进行遍历的时候，我们在多线程下操作非安全失败(fail-safe)的集合类可能就会触发 fail-fast 机制。
  2. 在单线程下，如果在遍历过程中对集合对象的内容进行了修改的话也会触发 fail-fast 机制。

注：增强 for 循环也是借助迭代器进行遍历。

list是不能简单的用 for() 来删除数据的，因为每次删除一个位，该位后面的数据便会往前移一位。如果非要用 for() 可以考虑逆序删除。

举个例子：

  1. 多线程下，如果线程 1 正在对集合进行遍历，此时线程 2 对集合进行修改(增加、删除、 修改)
  2. 线程 1 在遍历过程中对集合进行修改

都会导致线程 1 抛出 ConcurrentModificationException 异常。

原理

  • modCount 是 ArrayList 中的一个成员变量，它表示集合实际被修改的次数，当ArrayList被创建时就存在了，初始值为0。

  • expectedModCount 是iterator中的一个成员变量，而iterator是ArrayList的一个内部类，当ArrayList调用iterator()方法获取一个迭代器时，会创建一个iterator，并且将expectedModCount 初始化为modCount的值。只有通过该迭代器修改了集合，expectedModCount 才会修改。

每当迭代器使用 hashNext() / next() 遍历下一个元素之前，都会检测 modCount 变量是否为 expectedModCount 值，是的话就返回遍历；否则抛出异常，终止遍历。

如果我们在集合被遍历期间，直接对其进行修改的话，就会改变 modCount 的值，导致 modCount ≠ expectedModCount ，进而抛出 ConcurrentModificationException 异常。

解决方案

Iterator#remove()

通过 Iterator 的 remove()方法修改集合的话会修改到 expectedModCount 的值，所以不会抛出异常。

while (iterator.hasNext()) {
    if ("aa".equals(iterator.next())) {
        iterator.remove();
    }
}

Collection#removeIf()

Java8 可以使用 Collection#removeIf()方法删除满足特定条件的元素

list.removeIf(filter -> filter % 2 == 0);

增强 for 循环 + break

在一个集合中，某个即将删除的元素最多只包含一个的话， 可以使用增强for循环，只要在删除之后，立刻结束循环体，不要再继续进行遍历就可以了，也就是说不让代码执行到下一次的next方法。

for (String str : strList) {
    if ("aa".equals(str)) {
        strList.remove(str);
        break;
    }
}

安全失败 fail-safe

采用安全失败机制的集合容器，在遍历时不是直接在集合内容上访问的，而是先复制原有集合内容，在拷⻉的集合上进行遍历。所以，在遍历过程中对原集合所作的修改并不能被迭代器检测到，故不会抛 ConcurrentModificationException 异常。

缺点：

  1. 内存占用问题：因为要复制集合对象，导致内存开销大
  2. 数据一致性问题：CopyOnWrite容器只能保证数据的最终一致性，不能保证数据的实时一致性。所以如果你希望写入的的数据，马上能读到，请不要使用CopyOnWrite容器。

null

不允许加入null的集合

  • 排序集合：TreeMap、TreeSet

    这些集合在默认的排序行为下不接受null键或元素，因为它们需要对元素进行比较，而null通常无法与其他对象进行比较。

    但是，如果提供了自定义的比较器，并且该比较器能够处理null，则TreeSet和TreeMap可能会接受null。

  • 集合工厂：Java 9及更高版本中的方法创建的集合：

    • List.of()
    • Set.of()
    • Map.of() 和 Map.ofEntries()
    • 这些工厂方法创建的集合是不可变的，并且不接受null元素。

  • ConcurrentHashMap：

    • 不接受null作为键（key）或值（value）。

    • 在并发环境中使用时，以防止某些操作的歧义。

      get返回null说明不存在

  • CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet：

    • 这些线程安全的集合类不接受null元素。
    • 主要用于替代ArrayList和HashSet，以避免并发修改异常。

  • PriorityQueue, ArrayDeque

    ArrayDeque 实现了 Deque 接口，而 Deque 的 API 使用 null 来表示特殊的返回值（例如，当队列为空时，poll 方法返回 null）。

    为了避免歧义，ArrayDeque 和其他一些 Deque 实现不允许插入 null。PriorityQueue 同理，但是 LinkedList 继承的 Queue 可以。

  • Hashtable

HashMap 可以存储 null 的 key 和 value，但 null 作为键只能有一个，null 作为值可以有多个

list、set、vector 等集合类型都是可以存放null的。

David's Blog
Copyright © 2025 David Liu