Java 集合框架
Java 集合框架
早在Java 2中之前,Java就提供了特设类。比如:Dictionary, Vector, Stack, 和Properties这些类用来存储和操作对象组。
虽然这些类都非常有用,但是它们缺少一个核心的,统一的主题。由于这个原因,使用Vector类的方式和使用Properties类的方式有着很大不同。
集合框架被设计成要满足以下几个目标。
- 该框架必须是高性能的。基本集合(动态数组,链表,树,哈希表)的实现也必须是高效的。
- 该框架允许不同类型的集合,以类似的方式工作,具有高度的互操作性。
- 对一个集合的扩展和适应必须是简单的。
为此,整个集合框架就围绕一组标准接口而设计。你可以直接使用这些接口的标准实现,诸如: LinkedList, HashSet, 和 TreeSet等,除此之外你也可以通过这些接口实现自己的集合。
集合框架是一个用来代表和操纵集合的统一架构。所有的集合框架都包含如下内容:
- 接口:是代表集合的抽象数据类型。接口允许集合独立操纵其代表的细节。在面向对象的语言,接口通常形成一个层次。
- 实现(类):是集合接口的具体实现。从本质上讲,它们是可重复使用的数据结构。
- 算法:是实现集合接口的对象里的方法执行的一些有用的计算,例如:搜索和排序。这些算法被称为多态,那是因为相同的方法可以在相似的接口上有着不同的实现。
除了集合,该框架也定义了几个Map接口和类。Map里存储的是键/值对。尽管Map不是collections,但是它们完全整合在集合中。
集合框架体系如图所示
Java 集合框架提供了一套性能优良,使用方便的接口和类,java集合框架位于java.util包中, 所以当使用集合框架的时候需要进行导包。
集合接口
集合框架定义了一些接口。本节提供了每个接口的概述:
序号 | 接口描述 |
---|---|
1 | Collection 接口 Collection 是最基本的集合接口,一个 Collection 代表一组 Object,即 Collection 的元素, Java不提供直接继承自Collection的类,只提供继承于的子接口(如List和set)。 |
2 | List 接口 List接口是一个有序的Collection,使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置,能够通过索引(元素在List中位置,类似于数组的下标)来访问List中的元素,而且允许有相同的元素。 |
3 | Set Set 具有与 Collection 完全一样的接口,只是行为上不同,Set 不保存重复的元素。 |
4 | SortedSet 继承于Set保存有序的集合。 |
5 | Map 将唯一的键映射到值。 |
6 | Map.Entry 描述在一个Map中的一个元素(键/值对)。是一个Map的内部类。 |
7 | SortedMap 继承于Map,使Key保持在升序排列。 |
8 | Enumeration 这是一个传统的接口和定义的方法,通过它可以枚举(一次获得一个)对象集合中的元素。这个传统接口已被迭代器取代。 |
Set和List的区别
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1. Set 接口实例存储的是无序的,不重复的数据。List 接口实例存储的是有序的,可以重复的元素。
-
2. Set检索效率低下,删除和插入效率高,插入和删除不会引起元素位置改变 <实现类有HashSet,TreeSet>。
-
3. List和数组类似,可以动态增长,根据实际存储的数据的长度自动增长List的长度。查找元素效率高,插入删除效率低,因为会引起其他元素位置改变 <实现类有ArrayList,LinkedList,Vector> 。
集合实现类(集合类)
Java提供了一套实现了Collection接口的标准集合类。其中一些是具体类,这些类可以直接拿来使用,而另外一些是抽象类,提供了接口的部分实现。
标准集合类汇总于下表:
序号 | 类描述 |
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1 | AbstractCollection 实现了大部分的集合接口。 |
2 | AbstractList 继承于AbstractCollection 并且实现了大部分List接口。 |
3 | AbstractSequentialList 继承于 AbstractList ,提供了对数据元素的链式访问而不是随机访问。 |
4 | LinkedList 该类实现了List接口,允许有null(空)元素。主要用于创建链表数据结构,该类没有同步方法,如果多个线程同时访问一个List,则必须自己实现访问同步,解决方法就是在创建List时候构造一个同步的List。例如: Listlist=Collections.synchronizedList(newLinkedList(...)); LinkedList 查找效率低。 |
5 | ArrayList 该类也是实现了List的接口,实现了可变大小的数组,随机访问和遍历元素时,提供更好的性能。该类也是非同步的,在多线程的情况下不要使用。ArrayList 增长当前长度的50%,插入删除效率低。 |
6 | AbstractSet 继承于AbstractCollection 并且实现了大部分Set接口。 |
7 | HashSet 该类实现了Set接口,不允许出现重复元素,不保证集合中元素的顺序,允许包含值为null的元素,但最多只能一个。 |
8 | LinkedHashSet 具有可预知迭代顺序的 Set 接口的哈希表和链接列表实现。 |
9 | TreeSet 该类实现了Set接口,可以实现排序等功能。 |
10 | AbstractMap 实现了大部分的Map接口。 |
11 | HashMap HashMap 是一个散列表,它存储的内容是键值对(key-value)映射。 该类实现了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。 |
12 | TreeMap 继承了AbstractMap,并且使用一颗树。 |
13 | WeakHashMap 继承AbstractMap类,使用弱密钥的哈希表。 |
14 | LinkedHashMap 继承于HashMap,使用元素的自然顺序对元素进行排序. |
15 | IdentityHashMap 继承AbstractMap类,比较文档时使用引用相等。 |
在前面的教程中已经讨论通过java.util包中定义的类,如下所示:
序号 | 类描述 |
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1 | Vector 该类和ArrayList非常相似,但是该类是同步的,可以用在多线程的情况,该类允许设置默认的增长长度,默认扩容方式为原来的2倍。 |
2 | Stack 栈是Vector的一个子类,它实现了一个标准的后进先出的栈。 |
3 | Dictionary Dictionary 类是一个抽象类,用来存储键/值对,作用和Map类相似。 |
4 | Hashtable Hashtable 是 Dictionary(字典) 类的子类,位于 java.util 包中。 |
5 | Properties Properties 继承于 Hashtable,表示一个持久的属性集,属性列表中每个键及其对应值都是一个字符串。 |
6 | BitSet 一个Bitset类创建一种特殊类型的数组来保存位值。BitSet中数组大小会随需要增加。 |
一个Bitset类创建一种特殊类型的数组来保存位值。BitSet中数组大小会随需要增加。
集合算法
集合框架定义了几种算法,可用于集合和映射。这些算法被定义为集合类的静态方法。
在尝试比较不兼容的类型时,一些方法能够抛出 ClassCastException异常。当试图修改一个不可修改的集合时,抛出UnsupportedOperationException异常。
集合定义三个静态的变量:EMPTY_SET,EMPTY_LIST,EMPTY_MAP的。这些变量都不可改变。
序号 | 算法描述 |
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1 | Collection Algorithms 这里是一个列表中的所有算法实现。 |
如何使用迭代器
通常情况下,你会希望遍历一个集合中的元素。例如,显示集合中的每个元素。
一般遍历数组都是采用for循环或者增强for,这两个方法也可以用在集合框架,但是还有一种方法是采用迭代器遍历集合框架,它是一个对象,实现了Iterator 接口或ListIterator接口。
迭代器,使你能够通过循环来得到或删除集合的元素。ListIterator 继承了Iterator,以允许双向遍历列表和修改元素。
序号 | 迭代器方法描述 |
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1 | 使用 Java Iterator 这里通过实例列出Iterator和listIterator接口提供的所有方法。 |
遍历 ArrayList
实例
import java.util.*; public class Test{ public static void main(String[] args) { List<String> list=new ArrayList<String>(); list.add("Hello"); list.add("World"); list.add("HAHAHAHA"); //第一种遍历方法使用foreach遍历List for (String str : list) { //也可以改写for(int i=0;i<list.size();i++)这种形式 System.out.println(str); } //第二种遍历,把链表变为数组相关的内容进行遍历 String[] strArray=new String[list.size()]; list.toArray(strArray); for(int i=0;i<strArray.length;i++) //这里也可以改写为 foreach(String str:strArray)这种形式 { System.out.println(strArray[i]); } //第三种遍历 使用迭代器进行相关遍历 Iterator<String> ite=list.iterator(); while(ite.hasNext())//判断下一个元素之后有值 { System.out.println(ite.next()); } } }
解析:
三种方法都是用来遍历ArrayList集合,第三种方法是采用迭代器的方法,该方法可以不用担心在遍历的过程中会超出集合的长度。
遍历 Map
实例
import java.util.*; public class Test{ public static void main(String[] args) { Map<String, String> map = new HashMap<String, String>(); map.put("1", "value1"); map.put("2", "value2"); map.put("3", "value3"); //第一种:普遍使用,二次取值 System.out.println("通过Map.keySet遍历key和value:"); for (String key : map.keySet()) { System.out.println("key= "+ key + " and value= " + map.get(key)); } //第二种 System.out.println("通过Map.entrySet使用iterator遍历key和value:"); Iterator<Map.Entry<String, String>> it = map.entrySet().iterator(); while (it.hasNext()) { Map.Entry<String, String> entry = it.next(); System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue()); } //第三种:推荐,尤其是容量大时 System.out.println("通过Map.entrySet遍历key和value"); for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) { System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue()); } //第四种 System.out.println("通过Map.values()遍历所有的value,但不能遍历key"); for (String v : map.values()) { System.out.println("value= " + v); } } }
如何使用比较器
TreeSet和TreeMap的按照排序顺序来存储元素. 然而,这是通过比较器来精确定义按照什么样的排序顺序。
这个接口可以让我们以不同的方式来排序一个集合。
序号 | 比较器方法描述 |
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1 | 使用 Java Comparator 这里通过实例列出Comparator接口提供的所有方法 |
总结
Java集合框架为程序员提供了预先包装的数据结构和算法来操纵他们。
集合是一个对象,可容纳其他对象的引用。集合接口声明对每一种类型的集合可以执行的操作。
集合框架的类和接口均在java.util包中。
任何对象加入集合类后,自动转变为Object类型,所以在取出的时候,需要进行强制类型转换。