Java集合

佳小蛙

已于 2025-01-06 17:26:16 修改

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文章标签： java 开发语言

于 2024-12-28 19:50:15 首次发布

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Java集合

单列集合
双列集合

单列集合

数据存储在一列，继承Collection接口
Collection

List：存储列表数据
- ArrayList：底层数组实现，查询快
- LinkedList：底层双向链表实现，增删快
- Vector：底层数组实现，操作方法被synchronized修饰，线程安全
Set：存储不重复的数据
- HashSet：底层HashMap实现
- LinkedHashSet：继承HashSet，依靠链表维护元素顺序

List

接口，实现了Collection接口，下有实现类ArrayList，LinkedList，Vector

ArrayList

从名字可以看出ArrayList是数组列表，实现了List接口
这个类中使用数组Object[] elementData 存储数据
ArrayList常用方法

void add(E element)：末位插入
void add(int index, E element)：index处插入
boolean addAll(Collection<? extends E> c)：末位插入同类型的的一个列表
boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c)：index处插入同类型的的一个列表
E remove(int index)：删去index位置的元素
boolean remove(Object o)：删去第一次出现的元素o
int size()：返回列表长度
void clear()：清空list元素

import java.util.ArrayList;
import java.util.LinkedList;
import java.util.Vector;

public class TestList {
    public static void main(String[] args) {

        ArrayList<String> list0 = new ArrayList<>();
        list0.add("x");
        list0.add("y");
        list0.add("z");

        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("1");  // 尾插
        list.add("3");
        list.add("4");
        list.add(1,"2");  // 在索引1的地方插入  1,2,3,4
        list.addAll(list0);             // 末位插入列表list0  1,2,3,4,x,y,z
        list.addAll(0, list0);    // 在位置0（头部）插入列表list0  x,y,z,1,2,3,4,x,y,z
        System.out.println(list);

        list.remove(2);    // 移除位置2 的元素
        list.remove("x");    // 移除第一次出现的x
        System.out.println(list);

        System.out.println(list.size());  // 输出列表长度
        list.clear();        // 清空列表，
        
        System.out.println(list);
    }
}

LinkedList

从名字可以看出ArrayList是链表列表，实现了List接口
常用API方法与ArrayList相似
类中定义了头尾两个节点，数据插入在两个节点中间

    transient Node<E> first;
    transient Node<E> last;

Vector

底层数组实现，与ArrayLis相同，操作方法被synchronized修饰，线程安全
Object[] elementData 数组对象存储元素，与ArrayList

ArrayList、LinkedList、Vector区别

数据结构
- ArrayList、Vector：数组
- LinkedList：双向链表
元素访问效率
- ArrayList最快，通过索引，O(1)级别访问
- Vector次之，O(1)级别访问，synchronized会伴随性能开销
- LinkedList最慢，O(n)级别访问
元素插入效率
- LinkedList最快，头、尾O(1)级别插入，其他位置O(n)
- ArrayList次之，尾O(1)级别插入，其他O(n)，因为数组插入需要移动元素，会更慢
- Vector最后
线程安全
- Vector线程安全
- 其他非线程安全
扩容机制
- ArrayList，数组容量满了1.5倍扩容
- Vector，数组容量满了2倍扩容
- LinkedList，链表不存在扩容

Set

接口，实现了Collection接口，存储不重复的数据的列表，元素之间没有特定的顺序

HashSet

基于哈希表的原理来实现元素的快速添加、删除和查找等操作
底层是利用HashMap来实现的（先了解HashMap）
这使得元素的添加、删除和查找操作在理想情况下（哈希冲突较少时）能达到接近常数时间复杂度，即 O (1)

常用方法

boolean add(E e)：插入
boolean remove(Object o)：删除
int size()：元素个数
void clear()：清空

import java.util.HashSet;

public class TestSet {
    public static void main(String[] args) {
        HashSet<String> set = new HashSet<>();
        set.add("Java");
        set.add("Python");
        set.add("C++");
        set.add("C++"); // 重复,无效

        System.out.println(set);
        System.out.println(set.size());
    }
}

LinkedHashSet

LinkedHashSet 继承自 HashSet，既拥有 HashSet 的高效去重特性，又额外维护了元素的插入顺序。它通过在底层结合 HashMap 和双向链表来实现这一功能

内部同样使用 HashMap 来存储元素，以保证元素唯一性
维护了一个双向链表，用于记录元素的插入顺序

双列集合

Map：（key, value）键值对的存储方式

HashMap：底层数组+链表实现
TreeMap：底层红黑树实现

HashMap

实现了Map接口
HashMap的底层数据结构在 Java 8 之前主要是数组 + 链表的形式，自 Java 8 起则采用了数组 + 链表 + 红黑树的结构
初始长度16
链表用于存储哈希值相同的不同键值对，也就是在发生哈希冲突时发挥作用
HashMap.java 395行
在这里插入图片描述
1791行

transient Node<K,V>[] table：table数组存储，由此可知，数组的每一个元素都是链表头节点（大概图示）
在这里插入图片描述

数组每一个头结点又被叫做“哈希桶”，一个哈希桶对应一个哈希值，哈希值是对元素的key计算得来的值，如果新插入的元素的哈希值与已有元素的不同，则往数组添加新的元素，如果相同，则挂在该哈希值对应的哈希桶(头结点)后面

储存<key, value>键值对的元素，key类似索引，value表示索引处的值

常用API方法

V put(K key, V value)：尾插入
V remove(Object key)：删除key值为key的元素
V replace(K key, V value)：替换key处元素的内容
int size()：返回HashMap的元素个数
void clear()：清空HashMap

import java.util.HashMap;

public class TestHashMap {
    public static void main(String[] args) {

        HashMap<String, String> hashMap = new HashMap<>();
        hashMap.put("科目一","Java");
        hashMap.put("科目二","C++");
        hashMap.put("科目三","Go");
        // 重复的key值"科目三"，相当于更新key"科目三"的值,"科目三"更新为"Python"
        hashMap.put("科目三","Python");

        hashMap.remove("科目三");

        System.out.println(hashMap);
        System.out.println(hashMap.size()); // 获取元素个数
        hashMap.clear();  // 清空map
        System.out.println(hashMap.size());


    }
}