Java集合框架（JCF）学习笔记

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一、JCF概论

JCF的集合接口是Collection，包括add添加，contains包含，remove删除，size数据元素个数，iterator迭代器
JCF的迭代器接口是Iterator，包括hasNext是否有下一个元素，next获取下一个元素，remove删除某个元素
JCF主要的数据结构实现类：
列表（List，ArrayList，LinkedList）
集合（Set，HashSet，LinkedHashSet）
映射（Map，HashMap，TreeMap，LinkedHashMap）
JCF的主要算法（工具）类：
Arrays：对数组进行查找和排序等操作
Collections：对Collection及其子类进行排序和查找操作

二、List

List：列表
- 有序的Collection
- 允许出现重复元素
- 可嵌套：{1,2,3,{5,2},1,3}
List的主要实现：
- ArrayList（非同步）
  - 以数组实现的列表，不支持同步
  - 利用索引位置可以快速定位访问
  - 不适合指定位置的插入、删除操作
  - 适合变动不大、主要用于查询的数据
  - 和Java数组相比，其容量是可动态调整的
  - ArrayList在元素填满容器时会自动扩充容器大小的50%
  - 使用for循环遍历速度最快
- LinkedList（非同步）
  - 以双向链表实现的列表，不支持同步
  - 可被当做堆栈、队列和双端队列进行操作
  - 顺序访问高效，随机访问较差，中间插入和删除高效
  - 适用于经常变化的数据
  - 使用for循环遍历速度最快，使用随机访问最慢（两者速度相差三个数量级）
- Vector（同步）
  - 用法同ArrayList一致
  - Vector同步，适合在多线程下使用
  - 原先不属于JCF框架，属于Java最早的数据结构，性能较ArrayList差一些
  - 官方文档建议在非同步情况下优先使用ArrayList

三、Set

Set：集合
- 确定性：对任意一个对象都能判断其是否属于某一个集合
- 互异性：集合内每个元素都是不相同的，注意是内容互异
- 无序性：集合内的顺序无关
- Set与高中数学中所学的集合别无二致
Set的主要实现：
- HashSet（基于散列函数的集合，无序，不支持同步）
  - 基于HashMap实现的，可容纳null元素，不支持同步
    - 使用同步：Set s = Collections.synchronizedSet(new HashSet(……));
  - add 添加一个元素
  - clear 清除整个HashSet
  - contains 判断是否包含某个元素
  - remove 删除某个元素
  - size 大小
  - retainAll 计算两个集合的交集
- LinkedHashSet（基于散列函数和双向链表的集合，默认按插入顺序排序，不支持同步）
  - 继承HashSet，也是基于HashMap实现的，可容纳null元素，不支持同步
    - 使用同步：Set s = Collections.synchronizedSet(new LinkedHashSet(……));
  - 方法与HashSet基本一致（add、clear、contains、remove、size）
  - 通过一个双向链表维护来插入顺序
- TreeSet（基于树结构的集合，默认按元素大小排序，不支持同步）
  - 基于TreeMap实现的，不可以容纳null元素，不支持同步
    - 使用同步：Set s = Collections.synchronizedSet(new LinkedHashSet(……));
  - 方法与前二者一致（add、clear、contains、remove、size）
  - 根据compareTo方法或指定Comparator排序
Set总结：
- HashSet、LinkedHashSet、TreeSet的元素都只能是对象
- HashSet、LinkedHashSet判断元素重复的原则：
  1. 判断两个元素的hashCode返回值是否相同（T/F）
  2. 若hashCode相同，则判定equals方法（T/F）
  3. 注：hashCode和equals方法所有类都有，因为Object类有；添加到HashSet、LinkedHashSet中的元素需要改写hashCode、equals、toString三个方法，否则集合判定会出现异常
- TreeSet判断元素重复的原则：
  1. 添加到TreeSet中的元素需要继承Comparable接口，并改写CompareTo方法（Java四个重要接口：Comparable可比较的，Clonable可克隆的，Runnable可线程化的，Serializable可序列化的）
  2. 比较两个元素的CompareTo方法

四、Map

Map：映射
- 数学定义：两个集合之间的元素对应关系
- 一个输入对应一个输出
- 说白了就是键值对（K-V对）
Java中的Map
- Hashtable（同步、慢、数据量小，较为过时）
  - K-V对，K和V都允许null
  - 同步，多线程安全
  - 无序的
  - 适合小数据量
  - 主要方法：clear、contains/containsValue/containsKey、get、put、remove、size
  - 遍历：Entry迭代器、KeySet迭代器、Enumeration迭代器（三者相差不大，Enumeration稍快）
- HashMap（不支持同步、快、数据量大，当下较流行）
  - K-V对，K和V都允许null
  - 不同步，多线程不安全
    - 使用同步：Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap(……));
  - 无序的
  - 主要方法：clear、containsValue/containsKey、get、put、remove、size
  - LinkedHashMap
    - 基于双向链表并且维持插入顺序的HashMap
  - TreeMap
    - 基于红黑树的Map，可以根据key的自然顺序或者compareTo方法进行排序输出
- Properties（同步、文件形式、数据量小）
  - 继承于Hashtable
  - 唯一一个可以将K-V对保存进文件中的类
  - 适用于数据量较少的文件
  - 主要方法：从Hashtable继承来的方法 + load文件加载、store文件写入、getProperty获取属性、setProperty设置属性

五、JCF工具类

工具类概述：
- 不存储数据，而是在数据容器上实现高效操作（包括排序和搜索）
Arrays类：处理对象是数组
- 排序：对数组进行排序，sort/parallelSort
- 查找：从数组中查找一个元素，binarySearch
- 批量拷贝：从源数组批量复制元素到目标数组，copyOf
- 批量赋值：对数组进行批量赋值，fill
- 等价性比较：判定两个数组的内容是否相同，equals
Collection类：处理对象是Collection及其子类
- 排序：对List进行排序，sort
- 搜索：从List中搜索元素，binarySearch
- 批量赋值：对List批量赋值，fill
- 最大、最小：max、min
- 反序：将List反序排列，reverse
- 若是对对象的比较则需要让对象实现Comparable接口（修改对象类的compareTo方法）
  - compareTo方法：> 返回 1、== 返回 0、< 返回 -1，Arrays和Collections在进行对象sort时自动调用该方法
- 若对象类不可修改，则新建Comparator比较器（需要实现comparator接口）
  - 重写compare方法，> 返回 1、== 返回 0、< 返回 -1，Comparator比较器将作为参数提交给工具类的sort方法
注意：
sort方法默认升序排列