Java基础语法（十六）：ArrayList、LinkedList、HashSet、HashMap

目录

前言

一、ArrayList

二、LinkedList

三、HashSet

四、HashMap

总结

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前言

Java中的集合类提供了强大的数据结构管理能力，其中 ArrayList、LinkedList、HashSet 和 HashMap 等类可以用于存储和管理数据，使得开发人员能够更加轻松、高效地对数据进行处理。本文将介绍这些类的概念、特点、用法、示例代码以及一些注意事项。

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一、ArrayList

ArrayList 是一个可以自动扩容的序列容器，其底层实际上是一个可变数组。它提供了在顺序访问情况下快速存取元素的能力，但不适合随机访问。与普通数组的区别就是它是没有固定大小的限制，我们可以添加或删除元素。

ArrayList 继承了 AbstractList ，并实现了 List 接口。

ArrayList 类位于 java.util 包中，使用前需要引入它，语法格式如下：

import java.util.ArrayList; // 引入 ArrayList 类

ArrayList<E> objectName =new ArrayList<>();　 // 初始化

• E: 泛型数据类型，用于设置 objectName 的数据类型，只能为引用数据类型。
• objectName: 对象名。

示例代码：

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListExample {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Apple");
        list.add("Banana");
        list.add("Orange");

        System.out.println("ArrayList: " + list);

        list.set(1, "Grapes");
        System.out.println("Updated ArrayList: " + list);

        list.remove(2);
        System.out.println("After Removing ArrayList: " + list);
    }
}

输出结果为：

ArrayList: [Apple, Banana, Orange]
Updated ArrayList: [Apple, Grapes, Orange]
After Removing ArrayList: [Apple, Grapes]

ArrayList 常用方法：

方法	描述
add()	将元素插入到指定位置的 arraylist 中
addAll()	添加集合中的所有元素到 arraylist 中
clear()	删除 arraylist 中的所有元素
clone()	复制一份 arraylist
contains()	判断元素是否在 arraylist
get()	通过索引值获取 arraylist 中的元素
indexOf()	返回 arraylist 中元素的索引值
removeAll()	删除存在于指定集合中的 arraylist 里的所有元素
remove()	删除 arraylist 里的单个元素
size()	返回 arraylist 里元素数量
isEmpty()	判断 arraylist 是否为空
subList()	截取部分 arraylist 的元素
set()	替换 arraylist 中指定索引的元素
sort()	对 arraylist 元素进行排序
toArray()	将 arraylist 转换为数组
toString()	将 arraylist 转换为字符串
ensureCapacity()	设置指定容量大小的 arraylist
lastIndexOf()	返回指定元素在 arraylist 中最后一次出现的位置
retainAll()	保留 arraylist 中在指定集合中也存在的那些元素
containsAll()	查看 arraylist 是否包含指定集合中的所有元素
trimToSize()	将 arraylist 中的容量调整为数组中的元素个数
removeRange()	删除 arraylist 中指定索引之间存在的元素
replaceAll()	将给定的操作内容替换掉数组中每一个元素
removeIf()	删除所有满足特定条件的 arraylist 元素
forEach()	遍历 arraylist 中每一个元素并执行特定操作

二、LinkedList

LinkedList 是一个双向链表结构，在操作上和 ArrayList 差不多，但对于插入和删除等操作效率要更高。

LinkedList（链表） 类似于 ArrayList，是一种常用的数据容器。

与 ArrayList 相比，LinkedList 的增加和删除的操作效率更高，而查找和修改的操作效率较低。

以下情况使用 ArrayList :

• 频繁访问列表中的某一个元素。
• 只需要在列表末尾进行添加和删除元素操作。

以下情况使用 LinkedList :

• 你需要通过循环迭代来访问列表中的某些元素。
• 需要频繁的在列表开头、中间、末尾等位置进行添加和删除元素操作。

LinkedList 继承了 AbstractSequentialList 类。

LinkedList 实现了 Queue 接口，可作为队列使用。

LinkedList 实现了 List 接口，可进行列表的相关操作。

LinkedList 实现了 Deque 接口，可作为队列使用。

LinkedList 实现了 Cloneable 接口，可实现克隆。

LinkedList 实现了 java.io.Serializable 接口，即可支持序列化，能通过序列化去传输。

LinkedList 类位于 java.util 包中，使用前需要引入它，语法格式如下：

// 引入 LinkedList 类
import java.util.LinkedList; 

LinkedList<E> list = new LinkedList<E>();   // 普通创建方法
或者
LinkedList<E> list = new LinkedList(Collection<? extends E> c); // 使用集合创建链表

import java.util.LinkedList;

public class RunoobTest {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedList<String> sites = new LinkedList<String>();
        sites.add("Google");
        sites.add("Runoob");
        sites.add("Taobao");
        sites.add("Weibo");
        System.out.println("LinkedList:" + sites);

        // 使用 addFirst() 在头部添加元素
        sites.addFirst("Wiki");
        System.out.println("LinkedList addFirst:" + sites);

        // 使用 addLast() 在尾部添加元素
        sites.addLast("Wiki");
        System.out.println("LinkedList addLast:" + sites);

        // 使用 removeFirst() 移除头部元素
        sites.removeFirst();
        System.out.println("LinkedList removeFirst:" + sites);
    }
}

输出结果为：

LinkedList: [Google, Runoob, Taobao,Weibo]
LinkedList addFirst: [Wiki,Google, Runoob, Taobao,Weibo]
LinkedList addLast: [Wiki,Google, Runoob, Taobao,Weibo,Wiki]
LinkedList removeFirst: [Google, Runoob, Taobao,Weibo,Wiki]

LinkedList 常用方法：

方法	描述
public boolean add(E e)	链表末尾添加元素，返回是否成功，成功为 true，失败为 false。
public void add(int index, E element)	向指定位置插入元素。
public boolean addAll(Collection c)	将一个集合的所有元素添加到链表后面，返回是否成功，成功为 true，失败为 false。
public boolean addAll(int index, Collection c)	将一个集合的所有元素添加到链表的指定位置后面，返回是否成功，成功为 true，失败为 false。
public void addFirst(E e)	元素添加到头部。
public void addLast(E e)	元素添加到尾部。
public boolean offer(E e)	向链表末尾添加元素，返回是否成功，成功为 true，失败为 false。
public boolean offerFirst(E e)	头部插入元素，返回是否成功，成功为 true，失败为 false。
public boolean offerLast(E e)	尾部插入元素，返回是否成功，成功为 true，失败为 false。
public void clear()	清空链表。
public E removeFirst()	删除并返回第一个元素。
public E removeLast()	删除并返回最后一个元素。
public boolean remove(Object o)	删除某一元素，返回是否成功，成功为 true，失败为 false。
public E remove(int index)	删除指定位置的元素。
public E poll()	删除并返回第一个元素。
public E remove()	删除并返回第一个元素。
public boolean contains(Object o)	判断是否含有某一元素。
public E get(int index)	返回指定位置的元素。
public E getFirst()	返回第一个元素。
public E getLast()	返回最后一个元素。
public int indexOf(Object o)	查找指定元素从前往后第一次出现的索引。
public int lastIndexOf(Object o)	查找指定元素最后一次出现的索引。
public E peek()	返回第一个元素。
public E element()	返回第一个元素。
public E peekFirst()	返回头部元素。
public E peekLast()	返回尾部元素。
public E set(int index, E element)	设置指定位置的元素。
public Object clone()	克隆该列表。
public Iterator descendingIterator()	返回倒序迭代器。
public int size()	返回链表元素个数。
public ListIterator listIterator(int index)	返回从指定位置开始到末尾的迭代器。
public Object[] toArray()	返回一个由链表元素组成的数组。
public T[] toArray(T[] a)	返回一个由链表元素转换类型而成的数组。

三、HashSet

HashSet 是一个哈希表结构，用于存储无序的唯一元素集合。可以在 O(1) 的时间复杂度内进行添加、删除、判断是否存在等操作。

HashSet 基于 HashMap 来实现的，是一个不允许有重复元素的集合。

HashSet 允许有 null 值。

HashSet 是无序的，即不会记录插入的顺序。

HashSet 不是线程安全的， 如果多个线程尝试同时修改 HashSet，则最终结果是不确定的。 您必须在多线程访问时显式同步对 HashSet 的并发访问。

HashSet 实现了 Set 接口。

代码示例：

// 引入 HashSet 类      
import java.util.HashSet;

public class RunoobTest {
    public static void main(String[] args) {
        HashSet<String> sites = new HashSet<String>();
        sites.add("Google");
        sites.add("Runoob");
        sites.add("Taobao");
        sites.add("Zhihu");
        sites.add("Runoob");  // 重复的元素不会被添加
        System.out.println("HashSet:" + sites);

        //判断元素是否存在
        System.out.println("HashSet contains:" + sites.contains("Taobao"));

        // 删除元素，删除成功返回 true，否则为 false
        sites.remove("Taobao");  
        System.out.println("HashSet remove:" + sites);

        //删除集合中所有元素
        sites.clear();
        System.out.println("HashSet clear:" + sites);
    }
}

输出结果为：

HashSet: [Google, Runoob, Zhihu, Taobao]
HashSet contains: true
HashSet remove: [Google, Runoob, Zhihu]
HashSet clear: []

HashSet 常用方法：

方法	描述
add(Object obj)	向Set集合中添加元素，添加成功返回true，否则返回false。
size()	返回Set集合中的元素个数。
remove(Object obj)	删除Set集合中的元素，删除成功返回true，否则返回false。
isEmpty()	如果Set不包含元素，则返回 true ，否则返回false。
clear()	移除此Set中的所有元素。
iterator()	返回在此Set中的元素上进行迭代的迭代器。
contains(Object o)	如果Set包含指定的元素，则返回 true，否则返回false。

四、HashMap

HashMap 是一个哈希表结构，用于存储键/值对，可以在 O(1) 的时间复杂度内进行添加、删除和查找等操作。

HashMap 是一个散列表，它存储的内容是键值对(key-value)映射。

HashMap 实现了 Map 接口，根据键的 HashCode 值存储数据，具有很快的访问速度，最多允许一条记录的键为 null，不支持线程同步。

HashMap 是无序的，即不会记录插入的顺序。

HashMap 继承于AbstractMap，实现了 Map、Cloneable、java.io.Serializable 接口。

代码示例：

// 引入 HashMap 类      
import java.util.HashMap;

public class RunoobTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建 HashMap 对象 Sites
        HashMap<Integer, String> Sites = new HashMap<Integer, String>();
        // 添加键值对
        Sites.put(1, "Google");
        Sites.put(2, "Runoob");
        Sites.put(3, "Taobao");
        Sites.put(4, "Zhihu");
        System.out.println("HashMap:" + Sites);

        //获取 key 对应的 value
        System.out.println("HashMap get:" + Sites.get(3));

        //删除 key 对应的键值对
        Sites.remove(4);
        System.out.println("HashMap remove:" + Sites);

        //删除所有键值对
        Sites.clear();
        System.out.println("HashMap clear:" + Sites);
    }
}

输出结果为：

HashMap: {1=Google, 2=Runoob, 3=Taobao, 4=Zhihu}
HashMap get: Taobao
HashMap remove:{1=Google, 2=Runoob, 3=Taobao}
HashMap clear: {}

HashMap 常用方法：

方法	描述
clear()	删除 hashMap 中的所有键/值对
clone()	复制一份 hashMap
isEmpty()	判断 hashMap 是否为空
size()	计算 hashMap 中键/值对的数量
put()	将键/值对添加到 hashMap 中
putAll()	将所有键/值对添加到 hashMap 中
putIfAbsent()	如果 hashMap 中不存在指定的键，则将指定的键/值对插入到 hashMap 中。
remove()	删除 hashMap 中指定键 key 的映射关系
containsKey()	检查 hashMap 中是否存在指定的 key 对应的映射关系。
containsValue()	检查 hashMap 中是否存在指定的 value 对应的映射关系。
replace()	替换 hashMap 中是指定的 key 对应的 value。
replaceAll()	将 hashMap 中的所有映射关系替换成给定的函数所执行的结果。
get()	获取指定 key 对应对 value
getOrDefault()	获取指定 key 对应对 value，如果找不到 key ，则返回设置的默认值
forEach()	对 hashMap 中的每个映射执行指定的操作。
entrySet()	返回 hashMap 中所有映射项的集合集合视图。
keySet()	返回 hashMap 中所有 key 组成的集合视图。
values()	返回 hashMap 中存在的所有 value 值。
merge()	添加键值对到 hashMap 中
compute()	对 hashMap 中指定 key 的值进行重新计算
computeIfAbsent()	对 hashMap 中指定 key 的值进行重新计算，如果不存在这个 key，则添加到 hasMap 中
computeIfPresent()	对 hashMap 中指定 key 的值进行重新计算，前提是该 key 存在于 hashMap 中。

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总结

ArrayList、LinkedList、HashSet 和 HashMap 都是强大的集合类，可以为开发者提供便捷的数据结构操作。ArrayList 适合于顺序访问，LinkedList 更适合于插入和删除操作频繁的场合。HashSet 用于存储无序的唯一元素集合，HashMap 用于存储键/值对，可以快速进行添加、删除和查找等操作。