java集合框架

最新推荐文章于 2025-06-05 14:42:06 发布

古口古

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分类专栏： java 文章标签： java 集合

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1、集合【collection】【单列集合】

集合用来存储不同类型的对象（基本数据类型除外），存储长度可变。
collection框架图：
在这里插入图片描述

1.1.1、Collection子类

Collection接口被List接口和Set接口所继承；
List接口有三个实现类：ArrayList，LinkedList，Vector
Set接口被HashSet类实现，被SortedSet接口继承，同时TreeSet类实现SortedSet接口，LinkedHashSet类继承HashSet类；

1.1.2、Collection通用方法

Collection接口是单列集合的最顶层接口
定义了一些通用的方法：

add(E e)添加元素;  
clear()清空元素; 
remove(E e)移除元素; 
size()元素数量;
toArray()集合转数组; 
contains(E e)判断元素是否存在; 
isEmpty()判断集合是否为空;

Collection集合的方法：
在这里插入图片描述

1.2、List

特点：

 - 有索引, 
 - 精准操作元素 
 - 元素有序,存储及取出时顺序一致
 - 元素可重复

List利用索引(index)，定义了一些特殊方法：

  add(intindex,E e)			将元素添加到指定位置；
  remove(int index)			移除指定位置的元素;  
  set(int index,E e)		用元素替换指定位置的元素；
  get(int index,E e) 		获取指定位置的元素；
  ListIterator listIterator()	列表迭代器
  List subList(int fromIndex,int toIndex) 	截取集合

在这里插入图片描述

1.2.1、ArrayList

数据结构：数组
优点: 查询快，增删慢
缺点: 线程不安全，效率高
底层分析：
1、数组结构是有序的元素序列，需在内存中开辟一段连续的地址空间，用于元素的存放。每个空间都有自己的索引编号，通过索引可以快速找到相应元素，因此查询效率高；
2、数组初始化时长度是固定的，若想增删元素，就必须新创建一个数组，把源数组元素复制给新数组，随后源数组销毁，耗时长，因此增删慢。
默认容量为: 10
扩容：
ArrayList每次扩容大小为原来的1.5倍，
list扩容实质是数组copy，将原数据复制到新数组，指针指向新数组。

1.2.3、LinkedList

数据结构：双向链表
优点: 查询慢，增删快
缺点: 线程不安全，效率高
底层分析：
1、双向链表顾名思义，就是两条链表。一条链表存储数据，另一条连表存储数据存入顺序；因此单向链表结构无序，双向链表结构有序。
2、链表的增删只需在原有的基础上连上链子或切断链子，因此增删快；链表结构没有索引，因此查询慢。
特有方法：

addFirst(E e)  	添加元素到开头，头插； 
addLast(E e) 	添加元素到结尾，尾插；
push(E e)  		将元素推入所在堆栈；
pop() 			从所在堆栈中获取一个元素
getFirst()  	返回开头元素；  
getLast() 		返回结尾元素；

1.2.3、Vector【JDK1.0就出现了，存在一些缺点，不建议使用。】

数据结构：数组
优点: 查询快，增删慢
缺点: 线程安全，效率低
底层分析：
1、底层由数组实现，因此与arrayList具有相似的特性
2、Vector是线程安全的，效率低，而ArrayList是线程不安全的，但效率高。

1.3、Set【与Collection 接口的方法基本一致】

特点：

元素不可重复
元素无序，存储及取出时顺序不一致
没有索引，不能使用普通For循环遍历

1.3.1、HashSet

数据结构：

JDK1.8之前：哈希表（数组+单向链表）
JDK1.8之后：哈希表（数组+单向链表+红黑树）当链表长度超过阈值[ 8 ]时链表将转换为红黑树。

特点：查询快，元素无序，元素唯一，没有索引

底层分析：

1、JDK1.8之前的哈希表底层用数组+单向链表实现。哈希表用链表处理hash冲突，即同一Hash值的元素存储在一个链表里，但是当一个链表中的元素较多（即Hash值相等的元素较多），通过key值依次查找的效率就会降低。因此JDK1.8之后，哈希表底层采用数组+单向链表+红黑树实现

2、JDK1.8之后，哈希表底层采用数据+单向链表+红黑树实现，当链表长度超过阈值（8）时，链表将转换为红黑树，极大缩短查询时间。

元素的唯一性：

元素的唯一性是靠所存储元素类型是否重写hashCode()和equals()方法来保证的，
如果没有重写这两个方法，则无法保证元素的唯一性

具体实现唯一性的比较过程：
存储元素首先会使用hash()算法函数生成一个int类型hashCode散列值，然后与已存储元素的hashCode值比较，如果hashCode不相等，则所存储的两个对象一定不相等，此时便直接将存储元素存储在hashCode散列值处
如果hashCode相等，存储元素与已存储元素不一定相等，此时会调用equals()方法判断两个对象的内容是否相等，如果内容相等，那么就是同一个对象，则不进行存储；如果比较的内容不相等，那么就是不同的对象，就需要存储该元素，此时就要采用哈希的地址冲突算法，在当前hashCode值处创建一个新的链表，在同一个hashCode值的后面存储不同的对象，这样就保证了元素的唯一性。
Object类中的hashCode()的方法是所有子类都会继承这个方法，这个方法会用Hash算法算出一个Hash（哈希）码值返回，HashSet会用Hash码值去和数组长度取模，模（这个模就是对象要存放在数组中的位置）相同时才会判断数组中的元素和要加入的对象的内容是否相同，如果不同才会添加进去。
注意：

哈希值是一个十进制的整数，是对象的地址值，是一个逻辑地址，不是实际存储的物理地址，由系统随机给出。
Object类的int hashCode()方法，可以获取对象的哈希值。

1.3.2、LinkedHashSet

底层数据结构：链表、哈希表

链表保证元素有序
哈希表保证元素唯一

特点：元素有序、元素不重复，保持唯一性

1.3.3、TreeSet

底层数据结构：红黑树
特点：元素唯一且已经排好序

元素的有序性：由二叉树结构保证。
唯一性同样需要重写 hashCode 和 equals() 方法，
根据构造方法不同，分为自然排序（无参构造）、比较器排序（有参构造），
1、自然排序要求元素必须实现Compareable接口，并重写里面的compareTo()方法，元素通过比较返回的int值来判断排序序列，返回0说明两个对象相同，不需要存储；
2、比较器排需要在TreeSet初始化是时候传入一个实现Comparator接口的比较器对象，或者采用匿名内部类的方式new一个Comparator对象，重写里面的compare()方法；

2、集合【Map】【多列集合】

map框架图：
在这里插入图片描述

2.1.1、Map子类

Map接口被hashMap、hashTable所实现，被sortedMap继承
sortedMap接口被treeMap类实现

2.1.2、Map通用方法

特点：元素包含两个值（key,value）即键值对， key不允许重复，value可以重复, key与value是一一对应的且元素无序；
Map接口是双列集合的最顶层接口，定义了一些通用的方法：

put(key , value) 添加元素； 
remove(key) 删除key对应元素；
clear() 删除所有元素；
isEmpty() 判断map是否为空
containsKey(key) 判断是否存在key对应元素；
get(key) 获取key对应元素；
KeySet() 获取所有的key，存到Set集合中；
entrySet() 获取所有的元素，存到Set集合中；

注意：Map集合必须保证保证key唯一，作为key，必须重写hashCode方法和equals方法，以保证key唯一。

2.2、HashMap

数据结构：

JDK1.8之前：哈希表（数组+单向链表）；
JDK1.8之后：哈希表（数组+单向链表+红黑树），
当链表长度超过阈值（8）时，链表将转换为红黑树。
链表：是一种物理存储单元上非连续，非顺序的存储结构。

1、思考：阈值为什么是8？
解：链表长度符合泊松分布，各个长度的命中概率依次递减，当长度为 8 的时候，概率仅为 0.00000006，这是一个小于千万分之一的概率，通常我们的 Map 里面是不会存储这么多的数据的，所以通常情况下，并不会发生从链表向红黑树的转换。

特点：查询快，元素无序，key不允许重复但可以为null，value可以重复。
底层分析：和HashSet底层相类似
参考文章链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_39436556/article/details/118635569

2.3、LinkedHashMap

数据结构：
JDK1.8之前：哈希表（数组+双向链表）；
JDK1.8之后：哈希表（数组+双向链表+红黑树），
当链表长度超过阈值（8）时，链表将转换为红黑树。

特点：查询快，元素有序，key不允许重复但可以为null，value可以重复。
底层分析：和LinkedHashSet底层相类似

2.4、HashTable

数据结构：哈希表

特点：查询快，元素无序，key不允许重复并且不可以为null，value可以重复。
底层分析：
HashTable和Vector一样是古老的集合，有遗留缺陷，在JDK1.2之后被更先进的集合取代了；HashTable是线程安全的，速度慢，HashMap是线程不安全的，速度快
ps：Hashtable的子类Properties现在依然活跃，Properties集合是一个唯一和IO流结合的集合。
在这里插入图片描述