Java有哪些集合类 JAVA集合类概览

带着问题来阅读
1、Java有哪些集合
2、不同集合的应用场景分别是哪些
3、哪些实现类是线程安全的
4、为什么Java集合不能存放基本类型
5、集合的fail-fast和fail-safe是什么
Java集合概览Java通过Java Collections Framework(JCF)为开发者提供了一系列集合接口和实现，所谓集合，就是多个Java对象的聚集。
学习过数据结构的同学们对各类集合的定义肯定不陌生， Java通过提供一系列的内置数据结构实现，为开发者提高了开发的便利性，提升了程序的兼容性，降低了编程的复杂性。

文章插图
图片出自https://www.pdai.tech/md/java/collection/java-collection-all.html
Java集合包含两个顶层接口：Collection和Map ， Collection是主要保存对象的集合， Map是保存键值对的集合。
下面我们对两类集合的实现做简单介绍。
CollectionCollection是Jdk1.2版本引入的接口，用于描述保存对象的集合，它的扩展接口有List、Queue、Set 。
ListList以列表形式顺序存取元素，保证元素的插入顺序和存储顺序一致。
实现线程安全ArrayList数组否LinkedList双向链表否CopyOnWriteArrayList数组是，使用CopyOnWrite保证线程安全Vector数组是，使用Synchronized保证线程安全Stack数组是，继承VectorVector是Jdk1.0就引入的线程安全的列表实现，早于Collection接口设计，采用直接在方法上添加Synchronized来保证线程安全， Stack是继承Vector实现的栈结构，由于其线程安全的低效性，目前在实际环境均不再推荐使用。
QueueQueue是先进先出的结构，从队尾加入元素，队头弹出元素。其子接口Deque为双端队列，即两头都可以进出。
实现线程安全ArrayDeque循环数组否LinkedList链表否PriorityQueue堆否BlockingQueueBlockingQueue为阻塞队列的扩展接口是由于BlockingQueue略为复杂，更涉及到一些进阶应用场景，留待后续讲解。
SetSet是不重复元素集合，元素中不包含相同元素，且通常情况不保持元素插入顺序
实现线程安全HashSet哈希表否，基于HashMap实现TreeSet红黑树否，基于TreeMap实现LinkedHashSet哈希表+链表否，基于LinkedHashMap实现CopyOnWriteArraySet数组是， CopyOnWrite保证ConcurrentSkipListSet跳表是，基于ConcurrentSkipListMap实现MapMap用于存储<Key, Value>键值对。
实现线程安全HashMap哈希表+红黑树否TreeMap红黑树否LinkedHashMap哈希表+链表+红黑树否WeakHashMap哈希表否ConcurrentHashMap哈希表+红黑树是，基于节点CAS和Synchronized实现ConcurrentSkipListMap跳表是为什么Java集合不能存放基本类型Java在1.2版本引入JCF框架， Java范型是在1.5版本引入，因此在泛型引入之前集合默认以Object作为存储类型。

以List为例List list = new ArrayList();list.add(123); // 自动boxinglist.add("123");int num = (int) list.get(0);String str = (String) list.get(1);

显而易见该方式存在缺陷，集合内可以放入任何以Object为基类的元素，而元素的获取方无法确定元素的具体类型，容易出现类型转换错误。在1.5版本引入范型以后，对集合接口进行规范，添加了范型参数， Java的泛型机制本质上还是将具体类型擦除为Object ，因此泛型集合在初始化时，无法将参数指定为非Object派生的基本类型。
什么是fail-fast和fail-safe

List<String> list = new ArrayList();list.add("123");list.add("456");//(1) throw ConcurrentModificationExceptionfor (String s : list) {	list.remove(s);}//(2) 正常移除Iterator<String> it = list.iterator();while (it.hasNext()) {	it.next();	it.remove();}//(3) throw ConcurrentModificationExceptionnew Thread(() -> {	for (String s : list) {System.out.println(s);try {TimeUnit.SECONDS.sleep(1);} catch (InterruptedException ignore){}	}}).start();new Thread(() -> {list.add("789");}).start();

上面这段代码， (1) (3) 会抛出ConcurrentModificationException ， (2)可以正常移除所有元素。首先了解一下ConcurrentModificationException ，当对一个对象做出的并发修改不被允许时，将抛出这个异常。
This exception may be thrown by methods that have detected concurrent modification of an object when such modification is not permissible.
那么(1)是单线程执行， (3)并发添加元素也并未对已有元素做修改，为什么也会触发该异常呢。

ArrayList var1 = new ArrayList();var1.add("123");var1.add("456");Iterator var2 = var1.iterator();while(var2.hasNext()) {String var3 = (String)var2.next();var1.remove(var3);}

对代码(1)的class文件反编译查看，发现foreach实际上是通过Iterator做的迭代，迭代过程中删除是直接调用list.remove 。我们再进入到list.iterator方法探个究竟。

/** Returns an iterator over the elements in this list in proper sequence. *The returned iterator is fail-fast. */public Iterator<E> iterator() {return new Itr();}private class Itr implements Iterator<E> {....int expectedModCount = modCount;....final void checkForComodification() {if (modCount != expectedModCount)throw new ConcurrentModificationException();}}

iterator方法会创建一个Itr对象，在其创时会复制modCount到expectedModCount ，每进行迭代时都会判断两个值是否相同，如果不同则抛出ConcurrentModificationException 。
再来看modCount是一个继承自AbstractList的成员变量，用于记录list被修改的次数，每当调用add/remove时， modCount都会加1 。
// The number of times this list has been structurally modified.protected transient int modCount = 0;那么问题就很明显了，每当对list进行修改modCount都会改变，而foreach的iterator记录的是迭代对象创建时刻的modCount值，接下来的迭代过程中，由于调用了list的修改方法，改变了其中modCount的值，导致modCount != expectedModCount ，于是就抛出了异常。(3)代码是相同的问题，不再进行赘述。

* <p><a name="fail-fast">* The iterators returned by this class's {@link #iterator() iterator} and* {@link #listIterator(int) listIterator} methods are <em>fail-fast</em>:</a>* if the list is structurally modified at any time after the iterator is* created, in any way except through the iterator's own* {@link ListIterator#remove() remove} or* {@link ListIterator#add(Object) add} methods, the iterator will throw a* {@link ConcurrentModificationException}.Thus, in the face of* concurrent modification, the iterator fails quickly and cleanly, rather* than risking arbitrary, non-deterministic behavior at an undetermined* time in the future.

在所有Java集合类中，直接位于java.util下除Vector、Stack、HashTable外，所有的集合都是fail-fast的，而在java.util.concurrent下的集合都是fail-safe的，即可以并发的遍历和修改集合，具体实现由各自的线程安全机制保证。
为什么需要fail-fast
【Java有哪些集合类 JAVA集合类概览】fail-fast意为快速失败，在非线程安全的集合应用场景中，并发对集合做的添加/删除，可能导致另一个正在遍历集合的线程出现未知的错误如数组越界。因此非线程安全的集合实现引入fail-fast以此来快速中断线程，避免引发未知的连锁问题。
参考

Java集合框架详解
快速失败(fail-fast)与安全失败(fail-safe)