JavaSE 集合框架及背后的数据结构

JiA-Bai

于 2023-08-27 19:17:50 发布

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分类专栏： JavaSE 数据结构文章标签：数据结构开发语言 java 经验分享 intellij-idea

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1 介绍

集合： 是什么？它把数据结构全部封装好了！！！比如ArrayList的背后其实就是顺序表。
Java集合框架Java Collection Framework ，又被称为容器 container ，是定义在 java.util 包下的一组接口 interfaces 和其实现类 classes 。
其主要表现为将多个元素 element 置于一个单元中，用于对这些元素进行快速、便捷的存储 store 、检索retrieve 、管理 manipulate ，即平时我们俗称的增删查改 CRUD 。
例如，一副扑克牌(一组牌的集合)、一个邮箱(一组邮件的集合)、一个通讯录(一组姓名和电话的映射关系)等等。
类和接口的总览图如下图所示：
在这里插入图片描述
图中浅黄色的代表接口，浅蓝色的代表抽象类，深黄色的代表具体实现类。比如Collection接口和Iterable接口之间就是拓展extends关系；AbstractList这个抽象类和List之间就是implements关系。Collection接口一般存储“单个”元素；Queue接口代表队列，Set接口代表集合（数学意义上的集合），List接口代表顺序表、链表。迭代器就比如我们遍历数组用for循环，那么遍历集合就可以用Iterator来进行遍历；对象比较有Comparable和Comparator;操作数组的工具类Arrays,操作集合的工具类Collections。
所以对于上面这张图我们目前要认识到两个点：（1）关系：接口-接口；类-接口。（2）每一个具体的实现类到底实现了哪些接口。

集合有很多，为什么？
答：因为集合背后都是数据结构。描述和组织数据的方式不一样，造就了有这么多的数据结构，也就是为什么有这么多的集合，也就是场景不一样。

2 学习的意义

2.1 Java 集合框架的优点及作用

使用成熟的集合框架，有助于我们便捷、快速的写出高效、稳定的代码。
学习背后的数据结构知识，有助于我们理解各个集合的优缺点及使用场景。

2.2 笔试及面试题

腾讯-Java后台开发面经：

HashMap 了解不，介绍一下，如果一个对象为 key 时，hashCode 和 equals 方法的用法要注意什么？
HashSet 和 HashMap 的区别是什么？
HashMap 是线程安全的么？那需要线程安全需要用到什么？

阿里巴巴-Java后台开发面经：

ArrayList 和 LinkedList 的区别是什么？
有了解过 HashMap 的具体实现么？
HashMap 和 ConcurrentHashMap 哪个效率更高？

今日头条-Java后台开发面经：

编程题：判断一个链表是否是一个回文链表。
Redis 的 zset 类型对应到 java 语言中大致是什么类型？
hashCode 主要是用来做什么用的？

3 接口 interfaces

3.1 基本关系说明

在这里插入图片描述
Collection： 用来存储管理一组对象 objects，这些对象一般被称为元素elements。

Set : 元素不能重复，背后隐含着查找/搜索的语义。
SortedSet : 一组有序的不能重复的元素。
List : 线性结构。
Queue : 队列。
Deque : 双端队列。

Map： 键值对 Key-Value-Pair ，背后隐含着查找/搜索的语义。

SortedMap : 一组有序的键值对。

3.2 Collection 常用方法说明

方法签名	说明
boolean add(E e)	将元素 e 放入集合中
void clear()	删除集合中的所有元素
boolean isEmpty()	判断集合是否没有任何元素，俗称空集合
boolean remove(Object e)	如果元素e出现在集合中，删除其中一个
int size()	返回集合中的元素个数
Object[] toArray()	返回一个装有所有集合中元素的数组

3.3 Collection 示例

import java.util.Collection;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //Collection<String> collection = new ArrayList<String>();
        //后面尖括号里也可以省略掉，写成这样的格式：Collection<String> collection = new ArrayList();
        //指定了当前这个集合里面只能放String类型，所以放1会报错
        //collection.add(1);
        Collection<String> list = new ArrayList<>();
        System.out.println(list.size());//0
        System.out.println(list.isEmpty());//true
        list.add("我");
        list.add("爱");
        list.add("Java");
        System.out.println(list.size());//3
        System.out.println(list.isEmpty());//false
        Object[] array = list.toArray();
        System.out.println(Arrays.toString(array));//[我, 爱, Java]
        for (String s : list) {
           System.out.println(s);//我 爱 Java
         }
        list.remove("爱");
        for (String s : list) {
           System.out.println(s);//我 Java
         }
        list.clear();
        System.out.println(list.size());//0
        System.out.println(list.isEmpty());//true
        }}

3.4 Map 常用方法说明

方法签名	说明
V get(Object k)	根据指定的k查找对应的v
V getOrDefault(Object k, V defaultValue)	根据指定的k查找对应的v,没有找到用默认值代替
V put(K key, V value)	将指定的k-v放入Map
boolean containsKey(Object key)	判断是否包含k
boolean containsValue(Object value)	判断是否包含value
set<Map.Entry<K,V>>entrySet()	将所有键值对返回
boolean isEmpty()	判断是否为空
int size()	返回键值对的数量

3.5 Map 示例

import java.util.Map;
import java.util.HashMap;

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, String> map = new HashMap<>();
        System.out.println(map.size());//0
        System.out.println(map.isEmpty());//true
        System.out.println(map.get("作者"));//null
        System.out.println(map.getOrDefault("作者", "佚名"));//佚名
        System.out.println(map.containsKey("作者"));//false
        System.out.println(map.containsValue("佚名"));//false
        map.put("作者", "鲁迅");
        map.put("标题", "狂人日记");
        map.put("发表时间", "1918年");
        System.out.println(map.size());//3
        System.out.println(map.isEmpty());//false
        System.out.println(map.get("作者"));//鲁迅
        System.out.println(map.getOrDefault("作者", "佚名"));//鲁迅
        System.out.println(map.containsKey("作者"));//true
        System.out.println(map.containsValue("佚名"));//false
        for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
           System.out.println(entry.getKey());//作者 发表时间 标题
           System.out.println(entry.getValue());//鲁迅 1918年 狂人日记
         }
        }
       }