java中的容器讲解

本文详细介绍了Java集合框架的各种数据结构,包括List、Set、Map及其具体实现类的特点和使用场景。探讨了不同类之间的差异,如ArrayList与LinkedList的适用场景,以及如何选择合适的集合类。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

细说Java之util类:

线性表,链表,哈希表是常用的数据结构,在进行Java开发时,JDK已经为我们提供了一系列相应的类来实现基本的数据结构。这些类均在java.util包中。本文试图通过简单的描述,向读者阐述各个类的作用以及如何正确使用这些类。

Collection
List
│├LinkedList
│├ArrayList
│└Vector
│└Stack
Set
Map

├Hashtable
├HashMap
└WeakHashMap

Collection接口
   Collection是最基本的集合接口,一个Collection代表一组Object,即Collection的元素(Elements)。一些 Collection允许相同的元素而另一些不行。一些能排序而另一些不行。Java SDK不提供直接继承自Collection的类,Java SDK提供的类都是继承自Collection的“子接口”如List和Set。
  所有实现Collection接口的类都必须提供两个标准的 构造函数:无参数的构造函数用于创建一个空的Collection,有一个Collection参数的构造函数用于创建一个新的Collection,这 个新的Collection与传入的Collection有相同的元素。后一个构造函数允许用户复制一个Collection。
  如何遍历Collection中的每一个元素?不论Collection的实际类型如何,它都支持一个iterator()的方法,该方法返回一个迭代子,使用该迭代子即可逐一访问Collection中每一个元素。典型的用法如下:
    Iterator it = collection.iterator(); // 获得一个迭代子
    while(it.hasNext()) {
      Object obj = it.next(); // 得到下一个元素
    }
  由Collection接口派生的两个接口是List和Set。

List接口
  List是有序的Collection,使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置。用户能够使用索引(元素在List中的位置,类似于数组下标)来访问List中的元素,这类似于Java的数组。
和下面要提到的Set不同,List允许有相同的元素。
   除了具有Collection接口必备的iterator()方法外,List还提供一个listIterator()方法,返回一个 ListIterator接口,和标准的Iterator接口相比,ListIterator多了一些add()之类的方法,允许添加,删除,设定元素, 还能向前或向后遍历。
  实现List接口的常用类有LinkedList,ArrayList,Vector和Stack。

LinkedList类
   LinkedList实现了List接口,允许null元素。此外LinkedList提供额外的get,remove,insert方法在 LinkedList的首部或尾部。这些操作使LinkedList可被用作堆栈(stack),队列(queue)或双向队列(deque)。
  注意LinkedList没有同步方法。如果多个线程同时访问一个List,则必须自己实现访问同步。一种解决方法是在创建List时构造一个同步的List:
    List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));

ArrayList类
  ArrayList实现了可变大小的数组。它允许所有元素,包括null。ArrayList没有同步。
size,isEmpty,get,set方法运行时间为常数。但是add方法开销为分摊的常数,添加n个元素需要O(n)的时间。其他的方法运行时间为线性。
   每个ArrayList实例都有一个容量(Capacity),即用于存储元素的数组的大小。这个容量可随着不断添加新元素而自动增加,但是增长算法并 没有定义。当需要插入大量元素时,在插入前可以调用ensureCapacity方法来增加ArrayList的容量以提高插入效率。
  和LinkedList一样,ArrayList也是非同步的(unsynchronized)。

Vector类
   Vector非常类似ArrayList,但是Vector是同步的。由Vector创建的Iterator,虽然和ArrayList创建的 Iterator是同一接口,但是,因为Vector是同步的,当一个Iterator被创建而且正在被使用,另一个线程改变了Vector的状态(例 如,添加或删除了一些元素),这时调用Iterator的方法时将抛出ConcurrentModificationException,因此必须捕获该 异常。

Stack 类
   Stack继承自Vector,实现一个后进先出的堆栈。Stack提供5个额外的方法使得Vector得以被当作堆栈使用。基本的push和pop方 法,还有peek方法得到栈顶的元素,empty方法测试堆栈是否为空,search方法检测一个元素在堆栈中的位置。Stack刚创建后是空栈。

Set接口
  Set是一种不包含重复的元素的Collection,即任意的两个元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false,Set最多有一个null元素。
  很明显,Set的构造函数有一个约束条件,传入的Collection参数不能包含重复的元素。
  请注意:必须小心操作可变对象(Mutable Object)。如果一个Set中的可变元素改变了自身状态导致Object.equals(Object)=true将导致一些问题。

Map接口
   请注意,Map没有继承Collection接口,Map提供key到value的映射。一个Map中不能包含相同的key,每个key只能映射一个 value。Map接口提供3种集合的视图,Map的内容可以被当作一组key集合,一组value集合,或者一组key-value映射。

Hashtable类
  Hashtable继承Map接口,实现一个key-value映射的哈希表。任何非空(non-null)的对象都可作为key或者value。
  添加数据使用put(key, value),取出数据使用get(key),这两个基本操作的时间开销为常数。
Hashtable 通过initial capacity和load factor两个参数调整性能。通常缺省的load factor 0.75较好地实现了时间和空间的均衡。增大load factor可以节省空间但相应的查找时间将增大,这会影响像get和put这样的操作。
使用Hashtable的简单示例如下,将1,2,3放到Hashtable中,他们的key分别是”one”,”two”,”three”:
    Hashtable numbers = new Hashtable();
    numbers.put(“one”, new Integer(1));
    numbers.put(“two”, new Integer(2));
    numbers.put(“three”, new Integer(3));
  要取出一个数,比如2,用相应的key:
    Integer n = (Integer)numbers.get(“two”);
    System.out.println(“two = ” + n);
   由于作为key的对象将通过计算其散列函数来确定与之对应的value的位置,因此任何作为key的对象都必须实现hashCode和equals方 法。hashCode和equals方法继承自根类Object,如果你用自定义的类当作key的话,要相当小心,按照散列函数的定义,如果两个对象相 同,即obj1.equals(obj2)=true,则它们的hashCode必须相同,但如果两个对象不同,则它们的hashCode不一定不同,如 果两个不同对象的hashCode相同,这种现象称为冲突,冲突会导致操作哈希表的时间开销增大,所以尽量定义好的hashCode()方法,能加快哈希 表的操作。
  如果相同的对象有不同的hashCode,对哈希表的操作会出现意想不到的结果(期待的get方法返回null),要避免这种问题,只需要牢记一条:要同时复写equals方法和hashCode方法,而不要只写其中一个。
  Hashtable是同步的。

HashMap类
   HashMap和Hashtable类似,不同之处在于HashMap是非同步的,并且允许null,即null value和null key。,但是将HashMap视为Collection时(values()方法可返回Collection),其迭代子操作时间开销和HashMap 的容量成比例。因此,如果迭代操作的性能相当重要的话,不要将HashMap的初始化容量设得过高,或者load factor过低。

WeakHashMap类
  WeakHashMap是一种改进的HashMap,它对key实行“弱引用”,如果一个key不再被外部所引用,那么该key可以被GC回收。

总结
  如果涉及到堆栈,队列等操作,应该考虑用List,对于需要快速插入,删除元素,应该使用LinkedList,如果需要快速随机访问元素,应该使用ArrayList。
  如果程序在单线程环境中,或者访问仅仅在一个线程中进行,考虑非同步的类,其效率较高,如果多个线程可能同时操作一个类,应该使用同步的类。
  要特别注意对哈希表的操作,作为key的对象要正确复写equals和hashCode方法。
  尽量返回接口而非实际的类型,如返回List而非ArrayList,这样如果以后需要将ArrayList换成LinkedList时,客户端代码不用改变。这就是针对抽象编程。

转载地址:http://blog.youkuaiyun.com/wwww1988600/article/details/8646191

<think>好的,我现在需要帮助用户了解Java中的容器概念和用法,特别是数据结构方面的内容。首先,用户提到了“Java 容器详解”和数据结构,所以我要先整理Java容器的基础知识,包括分类、常见容器类及其数据结构。 根据用户提供的引用,引用[1]和[2]都提到了容器的分类和比较器的使用,引用[3]则涉及HashMap的数据结构。我需要结合这些信息,但用户的问题更偏向整体容器,而不仅仅是HashMap。因此,我应该从整体结构入手,分单例和双例集合,然后详细说明常用的容器类。 首先,Java容器分为Collection和Map两大类。Collection是单列集合,包括List、Set、Queue;Map是双列集合,存储键值对。需要明确每个接口的特点和实现类。 接下来,数据结构部分。比如ArrayList基于数组,LinkedList基于链表,HashSet和HashMap基于哈希表,TreeSet和TreeMap基于红黑树,LinkedHashMap和LinkedHashSet维护插入顺序。需要把这些数据结构与容器类对应起来,说明它们的优缺点和适用场景。 然后,用户可能关心如何选择容器,所以需要给出一些使用建议,比如需要快速访问用ArrayList,频繁插入删除用LinkedList,需要唯一性用HashSet,需要排序用TreeSet等。 另外,引用中提到的比较器Comparator的使用,应该在讲解TreeSet或排序时提及,比如如何通过比较器自定义排序规则,这样用户能了解容器的扩展用法。 需要注意用户可能对数据结构的具体实现感兴趣,比如HashMap在JDK8之后使用数组+链表+红黑树的结构,当链表长度超过8时转成红黑树,小于6时转回来,这点在引用[3]中有提到,可以适当强调。 最后,生成相关问题时要围绕容器的分类、数据结构比较、选择策略、线程安全等,帮助用户深入思考。 需要确保回答结构清晰,分点说明,使用中文,数学公式用$...$,独立公式用$$...$$,但可能在这个问题中用到的数学公式不,可能涉及复杂度分析,比如ArrayList的访问是$O(1)$,LinkedList插入是$O(1)$等。 检查引用是否正确应用,比如在讲解TreeSet比较器时引用[1],在Collections.sort时引用[2],在HashMap结构时引用[3]。 总结回答结构: 1. 容器分类:单列(List、Set、Queue)和双列(Map) 2. 核心接口和实现类 3. 数据结构分析:每个容器的底层结构 4. 比较器的作用(引用[1][2]) 5. HashMap的数据结构优化(引用[3]) 6. 使用建议 7. 相关问题 需要确保内容准确,比如HashSet确实基于HashMap实现,TreeSet基于TreeMap,LinkedHashSet维护链表等。避免错误,比如ArrayList的扩容机制是1.5倍,LinkedList是双向链表等。 现在组织语言,用清晰的中文分点说明,并自然地插入引用标注。</think>### Java容器概念与数据结构详解 #### 一、Java容器分类 Java容器分为**单列集合(Collection)**和**双列集合(Map)**两大类: 1. **单列集合**:存储单个元素 - **List**:有序、可重复(如$ArrayList$、$LinkedList$) - **Set**:无序、不可重复(如$HashSet$、$TreeSet$) - **Queue**:队列结构(如$PriorityQueue$) 2. **双列集合**:存储键值对(Key-Value) - **Map**:键唯一,值可重复(如$HashMap$、$TreeMap$)[^1] #### 二、核心容器类与数据结构 | 容器类 | 数据结构 | 特点 | |-----------------|-------------------------|----------------------------------------------------------------------| | **ArrayList** | 动态数组 | 支持$O(1)$随机访问,扩容时增长50% | | **LinkedList** | 双向链表 | 插入/删除$O(1)$,但随机访问$O(n)$ | | **HashSet** | 哈希表 + 链表 | 基于$HashMap$实现,通过哈希函数计算存储位置 | | **TreeSet** | 红黑树 | 元素按自然顺序或自定义规则排序(需实现$Comparable$或提供$Comparator$)[^1] | | **HashMap** | 数组+链表+红黑树(JDK8+)| 链表长度≥8时转为红黑树,<6时转回链表,优化查询性能[^3] | | **LinkedHashMap**| 哈希表 + 双向链表 | 维护插入顺序或访问顺序 | #### 三、数据结构关键点 1. **动态数组(ArrayList)** - 初始容量10,扩容公式:$$新容量 = 旧容量 \times 1.5$$ - 适用场景:频繁随机访问,尾部插入/删除。 2. **红黑树(TreeMap/TreeSet)** - 自平衡二叉搜索树,保证插入、删除、查找的时间复杂度为$O(\log n)$。 - 排序规则可通过比较器定义(示例代码): ```java // 按年龄升序,年龄相同按姓名排序 public class StudentComparator implements Comparator<Student> { @Override public int compare(Student o1, Student o2) { if (o1.getAge() > o2.getAge()) return 1; else if (o1.getAge() == o2.getAge()) return o1.getName().compareTo(o2.getName()); else return -1; } } ``` 使用时传入`TreeSet`构造函数[^1]。 3. **哈希冲突处理(HashMap)** - 哈希函数:`(key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)` - 链表转红黑树阈值:8(优化极端哈希冲突下的性能)[^3]。 #### 四、容器选择建议 1. 需要**快速访问**且插入/删除 → $ArrayList$ 2. 需要**频繁插入/删除** → $LinkedList$ 3. 需要**去重** → $HashSet$ 4. 需要**排序** → $TreeSet$(自定义比较器见[^1][^2]) 5. 需要**键值对存储** → $HashMap$(高频写)、$LinkedHashMap$(维护顺序) #### 五、线程安全与扩展 - **非线程安全容器**:$ArrayList$、$HashMap$(性能高) - **线程安全替代方案**: - 使用`Collections.synchronizedList()`包装 - 改用$ConcurrentHashMap$(分段锁或CAS优化)
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值