Java集合API的改进介绍

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 类的问题

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

Enumeration 的问题

无法删除元素且方法名称过长

JDK 1.2 中的集合类

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。

JDK 1.5 中的集合类

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。

JDK 1.6 中的集合类

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。

JDK 1.8 中的集合类

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。

Java 9 中的集合增强

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()

Arrays.mismatch()：新增方法以查找两个数组中第一个不匹配的索引。

Arrays.compare()：添加了新方法来比较提供的两个数组中的元素。

为 Arrays.equals() 添加了更多重载方法。

Enumeration.asIterator()：添加了返回 java.util.Iterator 实例的新方法。

此外，在 Stream API 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。

SequencedCollection 序列集合

defaultvoidaddFirst(Ee)
defaultvoidaddLast(Ee)

defaultEgetFirst()
defaultEgetLast()

defaultEremoveFirst()
defaultEremoveLast()

SequencedCollectionreversed()

SequencedSet 序列集合

SequencedSetreversed()

SequencedMap 序列映射

defaultMap.EntryfirstEntry()
defaultMap.EntrylastEntry()

defaultMap.EntrypollFirstEntry()
defaultMap.EntrypollLastEntry()

defaultVputFirst(Kk,Vv)
defaultVputLast(Kk,Vv)

SequencedMapreversed()

defaultSequencedSet>sequencedEntrySet()
defaultSequencedSetsequencedKeySet()
defaultSequencedCollectionsequencedValues()