《Thinking in Java》第 11 章閱讀筆記：容器深度解析——從數組到 Collection/Map 體系

《Thinking in Java》第 11 章閱讀筆記：容器深度解析——從數組到 Collection/Map 體系

本章系統講解 Java 容器類別體系，核心對比：**數組 vs 容器**、**Collection vs Map**、各實現類適用場景、迭代器模式、比較策略、散列機制。筆記提煉核心知識點與代碼範例，作為快速查閱手冊。

1. 數組：最高效、固定容量、支援基本型別

• 優勢：隨機存取最快、編譯期類型檢查、可持有基本型別。
• 劣勢：容量不可變、無自動擴容、無豐富操作 API。
• Arrays 工具類：equals()、fill()、sort()、binarySearch()、asList()。
• 淺拷貝：System.arraycopy() 複製引用，不複製物件本身。

2. 容器概覽：持有 Object 引用、自動擴容、類型資訊擦除

• 所有容器持有 Object 引用，取出需強轉（基本型別需包裝類）。
• 優點：通用性極強；缺點：編譯期不檢查類型、執行期可能 ClassCastException。
• Java 2 重新設計：結構緊湊、補齊 LinkedList/Queue/Deque 等資料結構。

3. Collection 體系：List / Set

add() 語義差異：List 總是添加；Set 僅添加不存在元素。

4. Map 體系：鍵值關聯

5. 迭代器模式：統一遍歷介面

• Iterator：hasNext()、next()、remove() —— 單向、輕量級。
• ListIterator（List 專用）：雙向、可修改、可定位索引。
• 設計模式精髓：**客戶代碼不依賴具體容器結構**，僅依賴 Iterator 介面。

6. 比較策略：Comparable vs Comparator

• Comparable：內建比較（compareTo()），類自帶排序邏輯。
• Comparator：外部策略（策略模式），compare(o1,o2)，可定義多種排序規則。
• Collections.reverseOrder() 返回反序 Comparator。
• 排序演算法：基本型別用 QuickSort，物件用穩定 MergeSort。

7. 散列機制與 equals/hashCode 契約

equals 五大契約：自反性、對稱性、傳遞性、一致性、非空性。

hashCode 契約：

• equals 相等 ⇒ hashCode 必相等。
• equals 不等 ⇒ hashCode **可相等**（碰撞），但應盡量分散。
• 未覆寫 hashCode 時，預設為物件記憶體地址衍生值，**導致散列容器失效**。

**必須同時覆寫 equals 和 hashCode** 才能作為 HashMap/HashSet 鍵/元素。

8. 弱引用與垃圾回收輔助

• SoftReference：記憶體不足才回收，適合快取。
• WeakReference：GC 掃描即回收，適合 Canonicalizing Mapping。
• PhantomReference：最終化前通知，極少用。

9. 總結：容器選型決策樹

需要基本型別/固定大小/最高效能 → 數組
需要自動擴容、豐富操作 → 容器
  ├─ 單一元素集合 → Collection
  │   ├─ 需有序、可重複、隨機存取 → ArrayList
  │   ├─ 需頻繁頭尾/中間增刪 → LinkedList
  │   ├─ 需唯一、極速查詢 → HashSet
  │   ├─ 需唯一、有序 → TreeSet
  │   └─ 需唯一、保持插入順序 → LinkedHashSet
  └─ 鍵值關聯 → Map
      ├─ 極速查詢、無序 → HashMap
      ├─ 鍵有序、範圍查詢 → TreeMap
      └─ 保持插入/訪問順序 → LinkedHashMap

10. 遺棄舊類

Vector、Hashtable、Stack 為 1.0/1.1 遺留，**同步開銷大、API 設計不佳**，新代碼**嚴禁使用**，改用上述現代替代品。

「容器類庫是每天都會用到的工具，掌握其選型邏輯，能寫出更簡潔、更強大、更高效的代碼。本章雖耗時長，但未動手敲代碼感覺像沒看，必須配合書上範例逐行實作才能內化。」