集合

集合

Java集合框架概述

回顾数组：

  1. 集合、数组都是对多个数组进行存储操作的结构，简称Java容器（说明：此时的存储，主要指的是内存层面的存储，不涉及到持久化的存储（.txt,.jpg,.avi，数据库中））

  2. 数组在存储多个数据方面的特点：

    1. 一旦初始化以后，其长度就确定了。

    2. 数组一旦定义好，其元素的类型也就确定了。我们也就只能操作指定类型的数据了。

  3. 数组在存储多个数据方面的特点：

    1. 一旦初始化以后，其长度就不可修改。
    2. 数组中提供的方法非常有限，对于添加、删除、插入数据等操作，非常不便，同时效率不高。
    3. 获取数组中实际元素的个数的需求，数组没有现成的属性或方法可用
    4. 数组存储数据的特点：有序、可重复。对于无序、不可重复的需求，不能满足。

集合框架：

  • Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象
    • List接口：存储有序的、可重复的数据。 -->“动态”数组
      • ArrayList、LinkedList、Vector
    • Set接口：存储无序的、不可重复的数据 -->高中讲的“集合”
      • HashSet、LinkedHashSet、TreeSet
  • Map接口：双列集合，用来存储一对(key - value)一对的数据 -->高中函数：y = f(x)
    • HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、Hashtable、Properties下·

Collection接口

collection接口方法

Collection coll1 = new ArrayList();
Collection coll2 = new ArrayList();

  1. add(Object o)：往集合添加Object类的元素

    coll1.add("AA");
coll1.add("BB");
coll1.add("123");
coll1.add(new Date());
System.out.println(coll1.size()); //4

  2. addAll(Collection coll1):将coll1集合中的元素添加到当前的集合中

    coll1.add("CC");
coll2.addAll(coll1);
System.out.println(coll2.size()); //5

  3. clear():清空集合元素

    coll1.clear();
System.out.println(coll1); // []

  4. isEmpty():判断集合是否为空

    System.out.println(coll1.isEmpty());  // true

  5. contain(Object o): 判断当前集合中是否含有obj

    Collection coll1 = new ArrayList();
coll1.add(123);
coll1.add(456);
coll1.add(new String("Tom"));
coll1.add(false);
coll1.add(new Person("Jerry",20));

System.out.println(coll1.contains(123)); //true
System.out.println(coll1.contains(new Person("Jerry", 20))); // true 本语句新建的 Person类 调用 重写的equals()方法 与 coll 中的每个元素进行比对，有就true ，无就false

  6. containAll(Collection coll1):判断形参coll1中的所有元素是否都存在于当前集合中。

    Collection coll2 = Arrays.asList(123, 456);
System.out.println(coll.containsAll(coll2));// true

  7. remove(Object obj):从当前集合中移除obj元素。

    coll.remove(123);
System.out.println(coll); //[456, Person{name='Jerry', age=20}, Tom, false]
coll.remove(new Person("Jerry",20));
System.out.println(coll); // [456, Tom, false]

  8. removeAll(Collection coll1):差集：从当前集合中移除coll1中所有的元素。

    Collection coll1 = Arrays.asList(123, 456);
coll.removeAll(coll1);
System.out.println(coll); //[Tom, false]

  9. 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

    Collection coll1 = new ArrayList();
coll1.add(123);
coll1.add(456);
coll1.add(new Person("Jerry",20));
coll1.add(new String("Tom"));
coll1.add(false);
Collection coll2 = Arrays.asList(123, 456, 789);

coll1.retainAll(coll2);
System.out.println(coll1);

  10. 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。(顺序要相同)

  11. hashCode():返回当前对象的哈希值

  12. 集合 --->数组：toArray()

    Object[] arr = coll.toArray();
for(int i = 0;i < arr.length;i++){
    System.out.println(arr[i]);
}

    数组 --->集合：调用Arrays类的静态方法asList()

    List<String> list = Arrays.asList(new String[]{"AA", "BB", "CC"});

  13. iterator():返回Iterator接口的实例，用于遍历集合元素。放在IteratorTest.java中测试

    • 两个方法：hasNext()和next()
     Collection coll = new ArrayList();
 coll.add(123);
 coll.add(456);
 coll.add(new Person("Jerry",20));
 coll.add(new String("Tom"));
 coll.add(false);

 Iterator iterator = coll.iterator();

 while (iterator.hasNext()){ //判断是否还有下一个元素 
     System.out.println(iterator.next());// 1.指针下移 2.将下移以后集合位置上的元素返回
 } // 遍历

    //错误一：
Iterator iterator = coll.iterator();
while ((iterator.next()) != null){
    System.out.println(iterator.next());
}//不会连续输出且出现NoSuchElementException异常
//错误二：
while(coll.iterator().hasNext()){
    System.out.println(coll.iterator().next());
}//总会输出“123”

    • 迭代器的remove()方法：

      Iterator iterator = coll.iterator();
while (iterator.hasNext()){
    Object obj = iterator.next();
    if("Tom".equals(obj)){
        iterator.remove();
    }
}
Iterator iterator1 = coll.iterator();
while(iterator1.hasNext()){
    System.out.println(iterator1.next());
}

      注意：如果还未调用next()或在上一次调用 next 方法之后已经调用了 remove 方法，再调用remove都会报IllegalStateException。

List接口

  1. ArrayList：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
  2. 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
  3. Vector：作为List接口的古老实现类；线程安全的，效率低；底层使用Object[] elementData存储

  • ArrayList的源码分析：

    • jdk7情况下：

      ArrayList list = new ArrayList();//底层创建了长度是10的Object[]数组elementData
*      list.add(123);//elementData[0] = new Integer(123);
*      list.add(11);//如果此次的添加导致底层elementData数组容量不够，则扩容。
*      默认情况下，扩容为原来的容量的1.5倍，同时需要将原有数组中的数据复制到新的数组中
*      结论：建议开发中使用带参的构造器：ArrayList list = new ArrayList(int capacity)

    • jdk8情况下：

       ArrayList list = new ArrayList();//底层Object[] elementData初始化为{}.并没有创建长度为10的数组
*      list.add(123);//第一次调用add()时，底层才创建了长度10的数组，并将数据123添加到elementData[0]
*      后续的添加和扩容操作与jdk 7 无异。

    • 小结：jdk7中的ArrayList的对象的创建类似于单例的饿汉式，而jdk8中的ArrayList的对象的创建类似于单例的懒汉式，延迟了数组的创建，节省内存。

  • LinkedList的源码分析：

    LinkedList list = new LinkedList(); 内部声明了Node类型的first和last属性，默认值为null
*      list.add(123);//将123封装到Node中，创建了Node对象。
*
*      其中，Node定义为：体现了LinkedList的双向链表的说法
*      private static class Node<E> {
            E item;
            Node<E> next;
            Node<E> prev;

            Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
            }

  • Vector的源码分析：jdk7和jdk8中通过Vector()构造器创建对象时，底层都创建了长度为10的数组。在扩容方面，默认扩容为原来的数组长度的2倍。

List接口方法

ArrayList list = new ArrayList();
list.add(123);
list.add(456);
list.add("AA");
list.add(new Person("Tom", 12));
list.add(456);

System.out.println(list); //[123, 456, AA, Person{name='Tom', age=12}, 456]

  1. void add(int index, Object ele):在index位置插入ele元素

    list.add(1, "bb");
System.out.println(list); //[123, bb, 456, AA, Person{name='Tom', age=12}, 456]

  2. boolean addAll(int index, Collection eles):从index位置开始将eles中的所有元素添加进来

    List list1 = Arrays.asList(1, 2, 3);
list.addAll(list1);
System.out.println(list.size());//9

  3. int indexOf(Object obj):返回obj在集合中首次出现的位置。如果不存在，返回-1.

    int index = list.indexOf(456);
System.out.println(index); // 2

  4. int lastIndexOf(Object obj):返回obj在当前集合中末次出现的位置。如果不存在，返回-1.

    int index2 = list.lastIndexOf(456);
System.out.println(index2); //5

  5. Object remove(int index):移除指定index位置的元素，并返回此元素

    Object obj = list.remove(0);
System.out.println(obj); //123
System.out.println(list); //[bb, 456, AA, Person{name='Tom', age=12}, 456, 1, 2, 3]

  6. Object set(int index, Object ele):设置指定index位置的元素为ele

    list.set(1, "cc");
System.out.println(list);//[bb, cc, AA, Person{name='Tom', age=12}, 456, 1, 2, 3]

  7. List subList(int fromIndex, int toIndex):返回从fromIndex到toIndex位置的左闭右开区间的子集合

    System.out.println(list.subList(0, 2));//[bb,cc]

  8. 遍历

    1. Iterator迭代器方式

      Iterator iterator = list.iterator();
while(iterator.hasNext()){
    System.out.println(iterator.next());
}

    2. 增强for循环

      for(Object obj2 : list){
    System.out.println(obj2);
}

    3. 普通for循环

      for(int i = 0;i < list.size();i++){
    System.out.println(list.get(i));
}

LinkedList方法

  1. add和push

    通过这两种方法均可对LinkedList进行元素添加，但不同点在于add是在链表后面添加一个元素，而push是在链表前面 添加一个元素，这是添加顺序上的区别。

    boolean add(E e)：在链表后添加一个元素，如果成功，返回true，否则返回false；
    void addFirst(E e)：在链表头部插入一个元素；
    void addLast(E e)：在链表尾部添加一个元素；
    void add(int index, E element)：在指定位置插入一个元素。

  2. get方法

    get(int index)：按照下边获取元素；

    getFirst()：获取第一个元素；

    getLast()：获取最后一个元素；

  3. remove 、pop、poll移除方法

    remove()；移除链表中第一个元素；

    boolean remove(Object o)：移除链表中指定的元素；

    remove(int index)：移除链表中指定位置的元素；

    removeFirst()：移除链表中第一个元素，与remove类似；

    removeLast()：移除链表中最后一个元素；

    pop()：与removeFirst一样，实际上它就是removeFirst；

    poll()：查询并移除第一个元素。（当列表为空时返回null，pop()则会报错）

set接口

框架：

* |----Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象
*          |----Set接口：存储无序的、不可重复的数据   -->高中讲的“集合”
*              |----HashSet：作为Set接口的主要实现类；线程不安全的；可以存储null值
*                  |----LinkedHashSet：作为HashSet的子类；遍历其内部数据时，可以按照添加的顺序遍历
*                                      对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet.
*              |----TreeSet：可以按照添加对象的指定属性，进行排序。
  • Set接口中没有额外定义新的方法，使用的都是Collection中声明过的方法。
  • 要求：向Set(主要指：HashSet、LinkedHashSet)中添加的数据，其所在的类一定要重写hashCode()和equals() 
    • 要求：重写的hashCode()和equals()尽可能保持一致性：相等的对象必须具有相等的散列码

    • 重写两个方法的小技巧：对象中用作 equals() 方法比较的 Field，都应该用来计算 hashCode 值。

HashSet实现类

Set中存储无序的、不可重复的数据，以HashSet为例：

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

添加元素的过程：以HashSet为例

  • 我们向HashSet中添加元素a，首先调用元素a所在类的HashCode()方法，计算出a的哈希值，此哈希值再通过某种算法计算出在HashSet底层数组的存放位置（索引位置），判断数组的存放位置是否已经有了元素：

    • 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(或以链表形式存在的多个元素），则比较元素a与元素b的hash值：
      • 如果hash值不相同，则元素a添加成功。--->情况2
      • 如果hash值相同，进而需要调用元素a所在类的equals()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2

    对于添加成功的情况2和情况3而言：元素a 与已经存在指定索引位置上数据以链表的方式存储

    • jdk 7 :元素a放到数组中，指向原来的元素。尾节点放在数组中
    • jdk 8 :原来的元素放在数组中，指向元素a。头节点放在数组中

HashSet底层：数组+链表的结构。

LinkedHashSet实现类
  • 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不允许集合元素重复
  • TreeSet底层使用红黑树结构存储数据

优点：对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet

TreeSet实现类

  1. 向TreeSet中添加的数据，要求是相同类的对象。

  2. 两种排序方式：自然排序（实现Comparable接口） 和 定制排序（Comparator）

    1. 自然排序中，比较两个对象是否相同的标准为：compareTo()返回0.不再是equals().

      //在对象所在类中implement Comparable接口，并且重写comparableTo(Object o)方法
@Override
public int compareTo(Object o) {
    if (o instanceof User) {
        User user = (User) o;
        int compareTo = this.name.compareTo(user.name);
        if (compareTo != 0) {
            return compareTo;
        } else {
            //return (this.age > user.age ? this.age : user.age);
            return Integer.compare(this.age, user.age);
        }
    }
    throw new RuntimeException("输入类型不匹配");
}

    2. 定制排序中，比较两个对象是否相同的标准为：compare()返回0.不再是equals().

      //新建Comparator对象，实现compare(Object o1, Object o2)方法
Comparator com = new Comparator() {
    @Override
    public int compare(Object o1, Object o2) {
        if(o1 instanceof User && o2 instanceof User){
            User u1 = (User) o1;
            User u2 = (User) o2;
            return Integer.compare(u1.getAge(),u2.getAge());
        }
        throw new RuntimeException("输入类型不匹配");
    }
};

TreeSet set = new TreeSet(com);

Map接口

Map的实现类的结构：

  • Map:双列数据，存储key-value对的数据 ---类似于高中的函数：y = f(x)

    • HashMap:作为Map的主要实现类；线程不安全的，效率高；存储null的key和value

      HashMap底层：

      1. 数组+链表（jdk 7 之前）
      2. 数组+链表+红黑树（jdk 8 ）

    • LinkedHashMap:保证在遍历map元素时，可以按照添加的顺序实现遍历。

      1. 原因：在原有的HashMap底层结构基础上，添加了一对指针，指向前一个和后一个元素。
      2. 对于频繁的遍历操作，此类执行效率高于HashMap。

    • TreeMap:保证按照添加的key-value对进行排序，实现排序遍历。此时考虑key的自然排序或定制排序

      底层：使用红黑树

    • Hashtable:作为古老的实现类；线程安全的，效率低；不能存储null的key和value

      • Properties:常用来处理配置文件。key和value都是String类型

Map结构的理解：

  • Map中的key:无序的、不可重复的，使用Set存储所有的key

    ---> key所在的类要重写equals()和hashCode() （以HashMap为例）

  • Map中的value:无序的、可重复的，使用Collection存储所有的value

    --->value所在的类要重写equals()，因为value在调用remove()、contain()方法是要重写的equals()对比两个对象

  • 一个键值对：key-value构成了一个Entry对象。

  • Map中的entry:无序的、不可重复的，使用Set存储所有的entry

Map的底层实现原理（以jdk7为例说明）

​ HashMap map = new HashMap():

  1. 在实例化以后，底层创建了长度是16的一维数组Entry[] table。

  2. 可能已经执行过多次put ---> map.put(key1,value1):

  3. 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以后，得到在Entry数组中的存放位置。

    1. 如果此位置上的数据为空，此时的key1-value1添加成功。 ----情况1
    2. 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：
      1. 如果key1的哈希值与已经存在的数据的哈希值都不相同，此时key1-value1添加成功。----情况2
      2. 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，继续比较：调用key1所在类的equals(key2)方法，比较
        1. 如果equals()返回false:此时key1-value1添加成功。----情况3
        2. 如果equals()返回true:使用value1替换value2。
    • 补充：关于情况2和情况3：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，并将原有的数据复制过来。

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. jdk 8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。
    1. 形成链表时，七上八下（jdk7:新的元素指向旧的元素。jdk8：旧的元素指向新的元素）
    2. 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数据改为使用红黑树存储。

底层参数：

  • DEFAULT_INITIAL_CAPACITY：HashMap的默认容量，16
  • DEFAULT_LOAD_FACTOR：HashMap的默认加载因子：0.75
  • threshold：扩容的临界值，=容量*填充因子：16 * 0.75 => 12
  • TREEIFY_THRESHOLD：Bucket中链表长度大于该默认值，转化为红黑树:8
  • MIN_TREEIFY_CAPACITY：桶中的Node被树化时最小的hash表容量:64

Map接口常用方法

Map map = new HashMap();

  1. //Object put(Object key,Object value)：将指定key-value添加到(或修改)当前map对象中

    map.put("AA", 123);
map.put(45, 123);
map.put("BB", 56);
//修改
map.put("AA", 87);
System.out.println(map); //{AA=87, BB=56, 45=123}

  2. void putAll(Map m):将m中的所有key-value对存放到当前map中

    Map map1 = new HashMap();
map1.put("CC", 123);
map1.put("DD", 123);
map.putAll(map1);
System.out.println(map); //{AA=87, BB=56, CC=123, DD=123, 45=123}

  3. Object remove(Object key)：移除指定key的key-value对，并返回value

    Object obj = map.remove("CC");
System.out.println(obj); //123
System.out.println(map); //{AA=87, BB=56, DD=123, 45=123}

  4. int size()：返回map中key-value对的个数

    void clear()：清空当前map中的所有数据

    map.clear();//与map = null操作不同
System.out.println(map.size()); //0
System.out.println(map); //{}

  5. Object get(Object key):获取指定key对应的value

    System.out.println(map.get(45)); //123

  6. boolean containsKey(Object key)：是否包含指定的key

    System.out.println(map.containsKey(45));//true

  7. boolean containsValue(Object value)：是否包含指定的value

    System.out.println(map.containsValue(123)); //true

  8. boolean isEmpty()：判断当前map是否为空

    System.out.println(map.isEmpty());//false

  9. //遍历所有的key集：keySet()

    Set set = map.keySet();
Iterator iterator = set.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    System.out.println(iterator.next());
}

  10. 遍历所有的value集：values()

    Collection values = map.values();
for (Object value : values) {
    System.out.println(value);
}

  11. 遍历所有的key-value

    1. 方式一：entrySet()

      Set entrySet = map.entrySet();
Iterator iterator1 = entrySet.iterator();
while (iterator1.hasNext()){
    Object obj = iterator1.next();
    //entrySet集合中的元素都是entry
    Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
    System.out.println(entry.getKey() + "---->" + entry.getValue());
}

    2. 方式二：

      Set set2 = map.keySet();
Iterator iterator2 = set.iterator();
while (iterator2.hasNext()) {
    Object key = iterator2.next();
    Object value = map.get(key);
    System.out.println(key + "--->" + value);
}

TreeMap实现类

  • 向TreeMap中添加key-value，要求key必须是由同一个类创建的对象
  • 因为要按照key进行排序：自然排序 、定制排序

Collections工具类

collections是一个操作Set、List、和Map等集合的工具类

Collections常用方法

  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

    sort(List，Comparator)：根据指定的 Comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序

  4. 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

  5. Object max(Collection)：根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最大元素

    Object max(Collection，Comparator)：根据 Comparator 指定的顺序，返回

    给定集合中的最大元素

  6. Object min(Collection)

    Object min(Collection，Comparator)

  7. int frequency(Collection，Object)：返回指定集合中指定元素的出现次数

  8. void copy(List dest,List src)：将src中的内容复制到dest中

    List dest = Arrays.asList(new Object[list.size()]);
Collections.copy(dest,list);

Foreach循环

  • 遍历集合

    Collection coll = new ArrayList();
coll.add(123);
coll.add(456);
coll.add(new Person("Jerry",20));
coll.add(new String("Tom"));
coll.add(false);

//for( 集合元素的类型 局部变量： 集合对象）
for(Object obj : coll){
    System.out.println(obj);
}

  • 遍历数组

    int[] arr = new int[]{13,12,123};
for(int i : arr){
    System.out.println(i);
}

应用

  1. 在List内去除重复数字值，要求尽量简单

    public List duplicateList(List list){
        HashSet set = new HashSet();
        set.add(list);
        return new ArrayList(set);
    }

  2. 其中Person()类中重写了hashCode()和equeal()方法

    HashSet set = new HashSet();
Person p1 = new Person(1,"AA");
Person p2 = new Person(2,"BB");
set.add(p1);
set.add(p2);
p1.name = "CC";
set.remove(p1);

System.out.println(set); //[Person{age=1002, name='BB'}, Person{age=1001,name='CC'}]
// 假设“AA”与1的哈希值在位置A；“CC”与1的哈希值在位置C；
// 通过p1.name,把位置A的数据由“AA”与1改成了“CC”与1，
// 而set.remove(p1)找的位置时位置C，位置C没有数据，所以不能删除

set.add(new Person(1,"CC"));
System.out.println(set);//[Person{age=1002, name='BB'}, Person{age=1001, name='CC'}, Person{age=1001, name='CC'}]
// 由于位置C没有数据，所以可以在位置C上创建新数据“CC”与1

set.add(new Person(1,"AA"));
System.out.println(set);//[Person{age=1002, name='BB'}, Person{age=1001, name='CC'}, Person{age=1001, name='CC'}, Person{age=1001, name='AA'}]
// 因为“AA”与1的哈希值在位置A，所以与位置A的“CC”与1成了链表结构。
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