Java集合API的改进

简介

本文我们将探讨不同 jdk 版本中各类的起源，以及新引入的类和接口背后的目的。我们将分析之前版本存在的问题，以及为何需要引入新的类或接口。此外，我们还将介绍集合类和接口中的新特性。文章将逐一解答这些问题。

我们将逐步学习 Java 集合类的优化过程，并按版本逐一对比分析。主要讨论的焦点将包括 JDK 1.0、1.2、1.4、1.5、1.6、1.8、9、10、11 和 21 版本的 Java 集合功能

Java 集合 API 的改进

Java 集合 API 在多年中经历了显著改进，引入了新功能、增强和优化，以提高开发者的生产力、改善性能，并适应修订的编程模式和需求。它将帮助开发者利用 Java 集合的力量构建更健壮、高效和可维护的应用程序。

JDK 1.0 中的集合类

在 JDK 1.0 中，有四个类Vector、Stack、Hashtable和Properties。此外，还有一个名为“Enumeration”的接口，用于以简单的方式遍历值。进一步分类，Stack 是 Vector 的子类，Properties 是 Hashtable 的子类。

Vector 类的问题

• Vector 是线程安全的，即 Vector 中的所有方法都是同步的。因此，它不适合单线程环境。

• 由于它在内部基于数组工作，插入和删除操作非常慢。

• 它允许在其中添加重复元素

• 无法按顺序存储元素

• Hashtable 是线程安全的，即 Hashtable 中的所有方法都是同步的。因此，它不适合单线程环境。

• Hashtable 无法按顺序存储条目

• 无法删除元素且方法名称过长

在 JDK 1.2 中，Sun Micro-system 引入了ArrayList、LinkedList、HashSet、TreeSet、HashMap、TreeMap、Iterator和ListIterator。

• ArrayList：用于提供单线程环境下的解决方案，因为 ArrayList 中的方法不是同步的。

• LinkedList 用于提供更快的元素插入和删除。

• HashSet：不允许有重复元素。

• TreeSet：用于按排序顺序存储元素。

• HashMap：提供单线程环境下的解决方案，因为 HashMap 中的方法不是同步的。

• TreeMap：用于按顺序存储键值对。

• Iterator：用于解决枚举问题。同时还有一个专门处理列表的类 ListIterator。

HashSet 的问题：它不能保持插入顺序，即它不会按照元素添加到集合中的顺序存储元素。

HashMap 的问题：像 HashSet 一样，它不能保持插入顺序。

JDK 1.4 中的集合类

在 JDK 1.2 中，Sun Microsystems 引入了LinkedHashSet和LinkedHashMap。

• LinkedHashSet：用于解决 HashSet 中插入顺序的问题。它按照元素添加到集合中的顺序存储元素。

• LinkedHashMap：用于解决 HashMap 中插入顺序的问题。它还按照元素添加到集合中的顺序存储元素。

• for-Each 循环：作为替代迭代器进行迭代的另一种方法

• CopyOnWriteArrayList：引入以允许在修改底层列表的情况下安全地迭代元素。

• CopyOnWriteArraySet：它使用内部 CopyOnWriteArrayList 进行所有操作。因此，它具有与该列表相同的基本属性。

• NavigableSet：作为扩展了导航方法的有序集合，用于报告给定搜索目标的最近匹配。

• NavigableMap：作为扩展了导航方法的 SortedMap，返回给定搜索目标的最近匹配项。

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Java 集合框架也有新更新，以支持 lambda 表达式、流和聚合操作。

• stream() 作为父接口 Collection 的默认方法：返回一个以该集合为源的顺序 Stream。

• parallelStream() 作为父接口 Collection 的默认方法：返回一个可能并行的 Stream，以这个集合作为其源。

• spliterator() 作为父接口 Collection 的一个默认方法：创建一个遍历此集合中元素的 Spliterator

• removeIf(Predicate filter) 作为父接口 Collection 的默认方法：移除满足给定谓词的所有元素。

同样重要的是，这里的一个显著点是所有新添加的方法都是接口 Collection 内部的默认方法。这是使用默认方法的最佳示例。

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新增用于创建不可变列表、集合和映射的 of() 静态工厂方法介绍。这些方法包括：List.of(),Set.of(),Map.of(),Map.ofEntries()

此外，在StreamAPI 中添加了一些方法，如 dropWhile、takeWhile 和 ofNullable。

Java 10 中的集合增强

引入了 List.copyOf()、Set.copyOf() 和 Map.copyOf()，用于创建现有集合的不变副本。

Java 11 中的集合增强

Collection.toArray(IntFunction)：添加了新的默认方法，允许将集合的元素转移到新创建的具有所需运行时类型的数组中。新方法是现有 toArray(…) 方法的重载变体。

Java 21 中的集合增强

Java 21 在集合框架中引入了三个新接口：SequencedCollection、SequencedSet和SequencedMap。这些新的集合接口通过新库提供的默认方法，使我们能够访问其第一个和最后一个元素。该功能还允许我们通过简单的调用方法来获取集合的反转视图。

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default void addFirst(E e) default void addLast(E e) default E getFirst() default E getLast() default E removeFirst() default E removeLast() SequencedCollection   reversed ()

SequencedSet   reversed ()

default Map.Entry   firstEntry () default Map.Entry   lastEntry () default Map.Entry   pollFirstEntry () default Map.Entry   pollLastEntry () default V  putFirst (K k, V v) default V  putLast (K k, V v) SequencedMap   reversed () default SequencedSet >  sequencedEntrySet () default SequencedSet   sequencedKeySet () default SequencedCollection   sequencedValues ()