Java集合框架详解-优快云博客

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集合

Java 集合框架概述
Java 集合框架概述：集合的使用场景
Java集合可分为Collection和 Map两种体系
Collections工具类
- Collections常用方法
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Java 集合框架概述

一方面，面向对象语言对事物的体现都是以对象的形式，为了方便对多个对象的操作，就要对对象进行存储。另一方面，使用Array存储对象方面具有一些弊端，而Java集合就像一种容器，可以动态地把多个对象的引用放入容器中。

数组在内存存储方面的特点:
1. 教组初始化以后，长度就确定了。
2. 数组声明的类型，就决定了进行元素初始化时的类型
数组在存储数据方面的弊端:
1. 数组初始化以后，长度就不可变了，不便于扩展
2. 数组中提供的属性和方法少，不便于进行添加、删除、插入等操作，且效率不高。同时无法直接获取存储元素的个数
3. 数组存储的数据是有序的、可以重复的。对于无序，不可重复的需求，不能满足

Java 集合框架概述：集合的使用场景

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Java集合可分为Collection和 Map两种体系

collection接口:单列数据，定义了存取一组对象的方法的集合

--------List:元素有序、可重复的集合 -->”动态“数组

--------------- ArraayList,LinkedList,Vector

-------- Set:元素无序、不可重复的集合

-------------- HashSet,LinkedHashSet,TreeSet

Map接口:双列数据，保存具有映射关系“key-value对”的集合

------------HashMap,LinkedHashMap,TreeMap,Hashtable,Properties
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Iterator迭代器接口

使用 Iterator 接口遍历集合元素

Iterator对象称为迭代器(设计模式的一种)，主要用于遍历 Collection 集合中的元素。
**GOF给迭代器模式的定义为：提供一种方法访问一个容器(container)对象中各个元素，而又不需暴露该对象的内部细节。迭代器模式，就是为容器而生。**类似于“公交车上的售票员”、“火车上的乘务员”、“空姐”。
Collection接口继承了java.lang.Iterable接口，该接口有一个iterator()方法，那么所
有实现了Collection接口的集合类都有一个iterator()方法，用以返回一个实现了
Iterator接口的对象。
*Iterator 仅用于遍历集合 ，Iterator 本身并不提供承装对象的能力。如果需要创建
Iterator 对象，则必须有一个被迭代的集合。
*集合对象每次调用iterator()方法都得到一个全新的迭代器对象 ，默认游标都在集合的第一个元素之前。

Iterator接口的方法：

在这里插入图片描述

使用 foreach 循环遍历集合元素

Java 5.0 提供了 foreach 循环迭代访问 Collection和数组。
遍历操作不需获取Collection或数组的长度，无需使用索引访问元素。
遍历集合的底层调用Iterator完成操作。
foreach还可以用来遍历数组。

Collection接口中方法的使用

Collection 接口

Collection 接口是 List、Set 和 Queue 接口的父接口，该接口里定义的方法
既可用于操作 Set 集合，也可用于操作 List 和 Queue 集合。
JDK不提供此接口的任何直接实现，而是提供更具体的子接口(如：Set和List)
实现。
在 Java5 之前，Java 集合会丢失容器中所有对象的数据类型，把所有对象都
当成 Object 类型处理；从 JDK 5.0 增加了泛型以后，Java 集合可以记住容
器中对象的数据类型。

Collection 接口方法

add(Object e);将元素e添加集合coll中
size():获取添加的元素个数
addAll(Collection coll1):将coll1集合中的元素添加到当前的集合中
clear():清空当前元素
isEmpty()：判断当前集合是否为空
containes(Object obj):判断当前集合中是否包含obj
containsAll(Collection coll1):判断形参coll1中的所有元素是否都存在于当前集合
remove（Object obj）:删除obj
removeAll(Collection coll1):差集：从当前集合中移除从coll1中所有的元素
retainAll(Collection coll1):交集：获取当前集合和coll1集合的交集，并返回给当前集合
equals(Object obj)：要想返回true，需要当前集合和形参集合的元素都相同 //有序除了元素还有顺序要一样
hashCode（）：返回当前对象的哈希值

Collection子接口之一List接口概述

鉴于Java中数组用来存储数据的局限性，我们通常使用List替代数组
List集合类中元素有序、且可重复，集合中的每个元素都有其对应的顺序索引。
List容器中的元素都对应一个整数型的序号记载其在容器中的位置，可以根据序号存取容器中的元素。
JDK API中List接口的实现类常用的有:ArrayList，LinkedList，Vector

ArrayLis：作为List接口的主要实现类，线程不安全的，效率高：底层使用Object[] elementData存储

LinkedList：对于频繁的插入，删除操作，使用此类效率比ArrayList高；底层使用双向链表存储

Vector：作为List接口的古老实现类：线程安全的，效率低：

List接口方法

List除了从Collection集合继承的方法外，List 集合里添加了一些根据索引来
操作集合元素的方法。

void add(int index, 0bject ele):在index位置插入ele元素
boolean addAll(int index,collection eles):从index位置开始将
eLes中的所有元素添加进来0bject get(int index):获取指定index位置的元素
int indexof(0bject obj):返回obj在集合中首次出现的位置
int lastIndex0f(object obj):返回obj在当前集合中末次出现的位置object
remove(int index):移除指定index位置的元素，并返回此元素object
set(int index，0bject ele):设置指定index位置的元素为ele
ljst
sublist(int fromIndex， int toIndex):返回从fromIndex到toIndex位置的子集合

总结

	增：add(Object obj)

	删:   remove(int index) / remove(Object obj)
	
	改：set（int index, Object ele）
	
	查：get（int index，Object ele）
	
	插：add（int index，Object ele）
	
	长：size（）

遍历：①Iterator迭代器方式

	 ②增强for循环
			 
	 ③普通的循环

List实现类之一：ArrayList

ArrayList 是 List 接口的典型实现类、主要实现类
本质上，ArrayList是对象引用的一个”变长”数组
ArrayList的JDK1.8之前与之后的实现区别？
1. JDK1.7：ArrayList像饿汉式，直接创建一个初始容量为10的数组
2. JDK1.8：ArrayList像懒汉式，一开始创建一个长度为0的数组，当添加第一个元素时再创建一个始容量为10的数组
Arrays.asList(…) 方法返回的 List 集合，既不是 ArrayList 实例，也不是 Vector 实例。 Arrays.asList(…) 返回值是一个固定长度的 List 集合

List实现类之二：LinkedList

对于频繁的插入或删除元素的操作，建议使用LinkedList类，效率较高
新增方法：
1. void addFirst(Object obj)
2. void addLast(Object obj)
3. Object getFirst()
4. Object getLast()
5. Object removeFirst()
6. Object removeLast()

LinkedList：双向链表，内部没有声明数组，而是定义了Node类型的first和last，用于记录首末元素。同时，定义内部类Node，作为LinkedList中保存数据的基本结构。Node除了保存数据，还定义了两个变量：

prev变量记录前一个元素的位置
next变量记录下一个元素的位

List 实现类之三：Vector

Vector 是一个古老的集合，JDK1.0就有了。大多数操作与ArrayList 相同，区别之处在于Vector是线程安全的。
在各种list中，最好把ArrayList作为缺省选择。当插入、删除频繁时，使用LinkedList；Vector总是比ArrayList慢，所以尽量避免使用。
新增方法：
1. void addElement(Object obj)
2. void insertElementAt(Object obj,int index)
3. void setElementAt(Object obj,int index)
4. void removeElement(Object obj)
5. void removeAllElements()

Collection子接口之二Set接口：

Set 接口概述

Set接口是Collection的子接口，set接口没有提供额外的方法
Set 集合不允许包含相同的元素，如果试把两个相同的元素加入同一个 Set 集合中，则添加操作失败。
Set 判断两个对象是否相同不是使用 == 运算符，而是根据 equals() 方法

Set:存储无序的，不可重复的数据。

无序性：不等于随机性。存储的数据在底层数据中并非按照数组索引的顺序添加的，而是根据数据的哈希值决定的
不可重复性：保证添加的元素按照equals（）判断是，不能返回true。即：相同的元素只能添加一个。

Set实现类之一：HashSet

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HashSet 是 Set 接口的典型实现，大多数时候使用 Set 集合时都使用这个实现类。
HashSet 按 Hash 算法来存储集合中的元素，因此具有很好的存取、查找、删除性能。
HashSet 具有以下特点：
1. 不能保证元素的排列顺序
2. HashSet 不是线程安全的
3. 集合元素可以是 null
HashSet 集合判断两个元素相等的标准：两个对象通过 hashCode() 方法比较相等，并且两个对象的 equals() 方法返回值也相等。
对于存放在Set容器中的对象，对应的类一定要重写equals()和hashCode(Object obj)方法，以实现对象相等规则。即：“相等的对象必须具有相等的散列码”。

HashSet添加元素的过程

	我们向HashSet中添加元素a，首先调用元素a所在类的hashCode()方法，计算元素a的哈希值，
        此哈希值接着通过某种算法计算出在HashSet底层数组中的存放位置（即为：索引位置）
        判断数据此位置上是否已经有元素：
            如果此位置上没有其他元素，则元素a添加成功 --->情况一
            如果此位置上有其他元素b（或以链表形式存在多个元素），则比较元素a与元素b的hash值：
                如果hash不相同，则元素a添加成功。--->情况二
                如果hash值相同，进而需要调用元素a所在类的equlas（）方法：
                    equals（）返回true，元素a添加失败
                    equals（）返回false，则元素a添加成功。--->情况三
        对于添加成功的情况2和情况3而言：元素a与已经存在指定位置上数据以链表的方式存储

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jdk7：元素a放到数组中，指向原来的元素。
jdk8：原来的元素在数组中，指向元素a
总结：七上八下

    HashSet底层：数组+链表的结构

重写 hashCode() 方法的基本原则

在程序运行时，同一个对象多次调用 hashCode() 方法应该返回相同的值。
当两个对象的 equals() 方法比较返回 true 时，这两个对象的 hashCode() 方法的返回值也应相等。
对象中用作 equals() 方法比较的 Field，都应该用来计算 hashCode 值。

重写 equals() 方法的基本原则

当一个类有自己特有的“逻辑相等”概念,当改写equals()的时候，总是要改写hashCode()，根据一个类的equals方法（改写后），两个截然不同的实例有可能在逻辑上是相等的，但是，根据Object.hashCode()方法，它们仅仅是两个对象。
因此，违反了“相等的对象必须具有相等的散列码”。
结论：复写equals方法的时候一般都需要同时复写hashCode方法。通常参与计算hashCode的对象的属性也应该参与到equals()中进行计算。

Set实现类之二：LinkedHashSet

LinkedHashSet 是 HashSet 的子类
LinkedHashSet 根据元素的 hashCode 值来决定元素的存储位置，但它同时使用双向链表维护元素的次序，这使得元素看起来是以插入顺序保存的。
LinkedHashSet插入性能略低于 HashSet，但在迭代访问 Set 里的全部元素时有很好的性能。
LinkedHashSet 不允许集合元素重复

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Set实现类之三：TreeSet

TreeSet 是 SortedSet 接口的实现类，TreeSet 可以确保集合元素处于排序状态。
TreeSet底层使用红黑树结构存储数据
新增的方法如下： (了解)

Comparator comparator()
Object first()
Object last()
Object lower(Object e)
Object higher(Object e)
SortedSet subSet(fromElement, toElement)
SortedSet headSet(toElement)
SortedSet tailSet(fromElement)

TreeSet 两种排序方法：自然排序和定制排序。默认情况下，TreeSet 采用自然排序。

排序—自然排序

自然排序：TreeSet 会调用集合元素的 compareTo(Object obj) 方法来比较元素之间的大小关系，然后将集合元素按升序(默认情况)排列
如果试图把一个对象添加到 TreeSet 时，则该对象的类必须实现 Comparable 接口。
- 实现 Comparable 的类必须实现 compareTo(Object obj) 方法，两个对象即通过 compareTo(Object obj) 方法的返回值来比较大小。
Comparable 的典型实现：
1. BigDecimal、BigInteger 以及所有的数值型对应的包装类：按它们对应的数值大小进行比较
2. Character：按字符的 unicode值来进行比较
3. Boolean：true 对应的包装类实例大于 false 对应的包装类实例
4. String：按字符串中字符的 unicode 值进行比较
5. Date、Time：后边的时间、日期比前面的时间、日期大
向 TreeSet 中添加元素时，只有第一个元素无须比较compareTo()方法，后面添加的所有元素都会调用compareTo()方法进行比较。
因为只有相同类的两个实例才会比较大小，所以向 TreeSet 中添加的应该是同一个类的对象。
对于 TreeSet 集合而言，它判断两个对象是否相等的唯一标准是：两个对象通过 compareTo(Object obj) 方法比较返回值。
当需要把一个对象放入 TreeSet 中，重写该对象对应的 equals() 方法时，应保证该方法与 compareTo(Object obj) 方法有一致的结果：如果两个对象通过 equals() 方法比较返回 true，则通过 compareTo(Object obj) 方法比较应返回 0。否则，让人难以理解。

排序—定制排序

TreeSet的自然排序要求元素所属的类实现Comparable接口，如果元素所属的类没有实现Comparable接口，或不希望按照升序(默认情况)的方式排列元素或希望按照其它属性大小进行排序，则考虑使用定制排序。定制排序，通过Comparator接口来实现。需要重写compare(T o1,T o2)方法。
利用int compare(T o1,T o2)方法，比较o1和o2的大小：如果方法返回正整数，则表示o1大于o2；如果返回0，表示相等；返回负整数，表示o1小于o2。
要实现定制排序，需要将实现Comparator接口的实例作为形参传递给TreeSet的构造器。
此时，仍然只能向TreeSet中添加类型相同的对象。否则发生ClassCastException异常。
使用定制排序 判断两个元素相等的标准 是：通过Comparator比较两个元素返回了0。
判断两个元素相等的标准

Map接口

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Map与Collection并列存在。用于保存具有映射关系的数据:key-value
Map 中的 key 和 value 都可以是任何引用类型的数据
Map 中的 key 用Set来存放，不允许重复，即同一个 Map 对象所对应的类，须重写hashCode()和equals()方法
常用String类作为Map的“键”
key 和 value 之间存在单向一对一关系，即通过指定的 key 总能找到唯一的、确定的 value
Map接口的常用实现类：HashMap、TreeMap、LinkedHashMap和 Properties。其中，HashMap是 Map 接口使用频率最高的实现类

Map接口：常用方法

添加、删除、修改操作：
1. Object put(Object key,Object value)：将指定key-value添加到(或修改)当前map对象中
2. void putAll(Map m):将m中的所有key-value对存放到当前map中
3. Object remove(Object key)：移除指定key的key-value对，并返回value\
4. void clear()：清空当前map中的所有数据
元素查询的操作：
1. Object get(Object key)：获取指定key对应的value
2. boolean containsKey(Object key)：是否包含指定的key
3. boolean containsValue(Object value)：是否包含指定的value
4. int size()：返回map中key-value对的个数
5. boolean isEmpty()：判断当前map是否为空
6. boolean equals(Object obj)：判断当前map和参数对象obj是否相等
元视图操作的方法：
1. Set keySet()：返回所有key构成的Set集合
2. Collection values()：返回所有value构成的Collection集合
3. Set entrySet()：返回所有key-value对构成的Set集合

遍历Map

Map map = new HashMap();
//map.put(..,..)省略
System.out.println("map的所有key:");
Set keys = map.keySet();// HashSet
for (Object key : keys) {
System.out.println(key + "->" + map.get(key));
}
System.out.println("map的所有的value：");
Collection values = map.values();
Iterator iter = values.iterator();
while (iter.hasNext()) {
System.out.println(iter.next());
}
System.out.println("map所有的映射关系：");
// 映射关系的类型是Map.Entry类型，它是Map接口的内部接口
Set mappings = map.entrySet();
for (Object mapping : mappings) {
Map.Entry entry = (Map.Entry) mapping;
System.out.println("key是：" + entry.getKey() + "，value是：" + entry.getValue());
}

Map实现类之一：HashMap

判断两个 key 相等的标准是

HashMap是 Map 接口使用频率最高的实现类。
允许使用null键和null值，与HashSet一样，不保证映射的顺序。
所有的key构成的集合是Set:无序的、不可重复的。所以，key所在的类要重写： equals()和hashCode()
所有的value构成的集合是Collection:无序的、可以重复的。所以，value所在的类要重写：equals()
一个key-value构成一个entry
所有的entry构成的集合是Set:无序的、不可重复的
HashMap 判断两个 key 相等的标准是：两个 key 通过 equals() 方法返回 true， hashCode 值也相等。
HashMap 判断两个 value相等的标准是：两个 value 通过 equals() 方法返回 true。

三、HashMap的底层实现原理？以jdk7为例说明：
    HashMap map = new HashMap（）；
    在实例化以后，底层创建了长度是16的一维数组Entry[] table.
    ...可能已经执行过多次put....
    map.put(key1,value1):
    首先，调用key1所在类的hashCode()计算key1哈希值，此哈希值经过某种算法计算后，得到在entry数组中的存放位置
    如果此位置上的数据为空，此时的key1-value1添加成功。 --->情况一
    如果此位置上的数据不为空，（意味着此位置上存在一个或多个数据（以链表形式存在）），比较key1和已经存在的一个或多个数据的哈希值
        如果key1的哈希值与已经存在数据的哈希值都不相同，此时key1-value1添加成功  --->情况二
        如果key1的哈希值和已经存在的某一个数据（key2-value2）的哈希值相同，接着比较：调用key1所在的equals（）方法，比较
            如果equals（）返回false：此时key1-value1添加成功  --->情况三
            如果equals（）返回true：使用value1替换相同的key的value2值

    补充：关于情况二和情况三：此时key1-value1和原来的数据以链表的方式存储
    在不断的添加过程中，会涉及到扩容问题，当超出临界值（且要存放的位置非空）时，扩容。默认的扩容方式：扩容为原来容量的2倍，并将原有的数据赋值过来。
    jdk8相较于jdk7在底层实现方面的不同：
    1.new HashMap（）：底层没有创建一个长度为16的数组
    2.jdk8底层的数组是：Node[]，而非Entry[]
    3.首次调用put（）方法时，底层创建长度为16的数组
    4.jdk7底层结构只有：数组+链表，jdk8中底层结构：数组+链表+红黑树
       当数组的某一个索引位置上的元素以链表形式存在的数据个数 > 8 且当前数组的长度 > 64时，此时此索引位置上的所有数据改用红黑树存储

Map实现类之二：LinkedHashMap

LinkedHashMap 是 HashMap 的子类
在HashMap存储结构的基础上，使用了一对双向链表来记录添加元素的顺序
与LinkedHashSet类似，LinkedHashMap 可以维护 Map 的迭代顺序：迭代顺序与 Key-Value 对的插入顺序一致

Map实现类之三：TreeMap

TreeMap存储 Key-Value 对时，需要根据 key-value 对进行排序。 TreeMap 可以保证所有的 Key-Value 对处于有序状态。
TreeSet底层使用红黑树结构存储数据
TreeMap 的 Key 的排序：
- 自然排序：TreeMap 的所有的 Key 必须实现 Comparable 接口，而且所有的 Key 应该是同一个类的对象，否则将会抛出 ClasssCastException
- 定制排序：创建 TreeMap 时，传入一个 Comparator 对象，该对象负责对 TreeMap 中的所有 key 进行排序。此时不需要 Map 的 Key 实现 Comparable 接口
TreeMap判断两个key相等的标准：两个key通过compareTo()方法或者compare()方法返回0。

Map实现类之四：Hashtable

Hashtable是个古老的 Map 实现类，JDK1.0就提供了。不同于HashMap， Hashtable是线程安全的。
Hashtable实现原理和HashMap相同，功能相同。底层都使用哈希表结构，查询速度快，很多情况下可以互用。
与HashMap不同，Hashtable 不允许使用 null 作为 key 和 value
与HashMap一样，Hashtable 也不能保证其中 Key-Value 对的顺序  Hashtable判断两个key相等、两个value相等的标准，与HashMap一致。

Map实现类之五：Properties

Properties 类是 Hashtable 的子类，该对象用于处理属性文件
由于属性文件里的 key、value 都是字符串类型，所以 Properties 里的 key 和 value 都是字符串类型
取数据时，建议使用setProperty(String key,String value)方法和 getProperty(String key)方法

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Collections工具类

Collections 是一个操作 Set、List 和 Map 等集合的工具类
Collections 中提供了一系列静态的方法对集合元素进行排序、查询和修改等操作，还提供了对集合对象设置不可变、对集合对象实现同步控制等方法
排序操作：（均为static方法）
1. reverse(List)：反转 List 中元素的顺序
2. shuffle(List)：对 List 集合元素进行随机排序
3. sort(List)：根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素按升序排序
4. rt(List，Comparator)：根据指定的 Comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序
5. swap(List，int， int)：将指定 list 集合中的 i 处元素和 j 处元素进行交换