第7节：Java基础 - 三大集合（下）

(1) TreeMap有哪些特征

答：TreeMap底层实现使用红黑树实现，TreeMap中存储的键值对按照键来排序。

如果Key存入的是字符串等类型，那么会按照字典序默认排序
如果传入的是自定义引用类型，比如说User,那么该对象必须实现Comparable接口，并且覆盖其compareTo,或者在创建TreeMap的时候，我们必须指定使用的比较器，
```
// 方式一：定义该类的时候，就指定比较规则
class User implements Comparable{
    @Override
    public int compareTo(Object o) {
        // 在这里边定义其比较规则
        return 0;
    }
}
public static void main(String[] args) {
    // 方式二：创建TreeMap的时候，可以指定比较规则
    new TreeMap<User, Integer>(new Comparator<User>() {
        @Override
        public int compare(User o1, User o2) {
            // 在这里边定义其比较规则
            return 0;
        }
    });
}
```
解析：

关于TreeMap的考察，会涉及到两个接口Comparable和Comparator的比较。Comparable接口的后缀able大概表示可以的意思，也就是说一个类如果实现了这个接口，那么这个类就是可以比较的。类似还有cloneable接口表示可以克隆的。而Comparator则是一个比较器，是创建TreeMap的时候传入，用来指定比较规则。

Comparaable接口和Comparator接口的区别
- Comparable实现比较简单，但是当需要重新定义比较规则的时候，必须修改代码，即修改User类里边的compareTo方法
- Comparator接口不需要修改源代码，只需要在创建TreeMap的时候重新传入一个具有指定规则的比较器即可。
（2）ArrayList和LinkedList的区别

常用的ArrayList和LinkedList的区别如下：
- ArrayList底层实现使用了动态数组实现，实质上是一个动态数组
- LinkedList底层实现使用了双向链表实现，可当作堆栈，队列，双端队列使用
- ArrayList在随机存取方面效率高于LinkedList
- LinkedList在节点的增删方面效率高于ArrayList
- ArrayList必须预留一定的空间，当空间不足的时候，会进行扩容操作
- LinkedList的开销是必须存储节点的信息以及节点的指针信息
解析：

List集合也是我们平时使用很多的集合。List接口的长剑实现就算ArrayList和LinkedList,我们必须熟练掌握其底层实现以及一些特征。其实好友一个集合Vector,它是线程安全的ArrayList,但是已经被废弃，不推荐使用了。多线程环境下，我们可以使用CopyOnWriteArrayList替代ArrayList来保证线程安全。

(3)HashSet和TreeSet的区别

HashSet和TreeSet的区别：
- HashSet底层实现使用了Hash表实现。(保证元素唯一性原理：判断元素的hashCode值是否相同。如果相同，还会继续判断元素的equals方法，是否为true)
- TreeSet底层使用了红黑树来实现。(保证元素唯一性是通过Comparable和Comparator接口实现)
解析：

其实，HashSet的底层实现还是HashMap,只不过其使用了其中的Key，具体如下所示：
- HashSet的add方法底层使用HashMap的put方法将key = e,value=PRESENT构建成key-value键值对，当此e存在于HashMap的key中，则value将会覆盖原有value,但是key保持不变，所以如果将一个已经存在的e元素添加到HashSet中，新添加的元素是不会保存到HashMap中，所以就满足了HashSet中元素不会重复的特性。
- HashSet的contains方法使用HashMap的containsKey方法实现
（4）LinkedHashMap和LinkedHashSet有了解吗？

LinkedHashMap可以记录下元素的插入顺序和访问顺序，具体实现如下：
- LinkedHashMap内部的Entry继承于HashMap.Node，这两个类都实现了Map.Entry<K,V>
- LinkedHashMap的Entry不光有value，next，还有before和after属性，这样通过一个双向链表，保证了各个元素的插入顺序
- 通过构造方法public LinkedHashMap(int initialCapacity,float loadFactor,boolean accessOrder)， accessOrder传入true可以实现LRU缓存算法（访问顺序）
- LinkedHashSet 底层使用LinkedHashMap实现，两者的关系类似与HashMap和HashSet的关系，大家可以自行类比。
扩展：什么是LRU算法？LinkedHashMap如何实现LRU算法？

LRU（Least recently used，最近最少使用）算法根据数据的历史访问记录来进行淘汰数据，其核心思想是“如果数据最近被访问过，那么将来被访问的几率也更高”。

由于LinkedHashMap可以记录下Map中元素的访问顺序，所以可以轻易的实现LRU算法。只需要将构造方法的accessOrder传入true，并且重写removeEldestEntry方法即可。具体实现参考
```
package pak2;
 
import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Map;
 
public class LRUTest {
 
    private static int size = 5;
 
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, String> map = new LinkedHashMap<String, String>(size, 0.75f, true) {
            @Override
            protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<String, String> eldest) {
                return size() > size;
            }
        };
        map.put("1", "1");
        map.put("2", "2");
        map.put("3", "3");
        map.put("4", "4");
        map.put("5", "5");
        System.out.println(map.toString());
 
        map.put("6", "6");
        System.out.println(map.toString());
        map.get("3");
        System.out.println(map.toString());
        map.put("7", "7");
        System.out.println(map.toString());
        map.get("5");
        System.out.println(map.toString());
    }
}
```
　　

（5）List和Set的区别？
- List是有序的并且元素是可以重复的
- Set是无序（LinkedHashSet除外）的，并且元素是不可以重复的（此处的有序和无序是指放入顺序和取出顺序是否保持一致）
（6）Iterator和ListIterator的区别是什么？
- Iterator可以遍历list和set集合；ListIterator只能用来遍历list集合
- Iterator前者只能前向遍历集合；ListIterator可以前向和后向遍历集合
- ListIterator其实就是实现了前者，并且增加了一些新的功能。
解析：

Iterator其实就是一个迭代器，在遍历集合的时候需要使用。Demo实现如下：
```
ArrayList<String> list =  new ArrayList<>();
list.add("zhangsan");
list.add("lisi");
list.add("yangwenqiang");
// 创建迭代器实现遍历集合
Iterator<String> iterator = list.iterator();
while(iterator.hasNext()){
    System.out.println(iterator.next());
}
```
　　

（7）数组和集合List之间的转换：
```
package niuke;
 
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
 
public class ConverTest {
    public static void main(String[] args) {
        // list集合转换成数组
        ArrayList<String> list =  new ArrayList<>();
        list.add("zhangsan");
        list.add("lisi");
        list.add("yangwenqiang");
        Object[] arr = list.toArray();
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.println(arr[i]);
        }
        System.out.println("---------------");
        // 数组转换为list集合
        String[] arr2 = {"niuke", "alibaba"};
        List<String> asList = Arrays.asList(arr2);
        for (int i = 0; i < asList.size(); i++) {
            System.out.println(asList.get(i));
        }
 
    }
```
输出结果如下：

解析：

关于数组和集合之间的转换是一个常用操作，这里主要讲解几个需要注意的地方吧。

数组转为集合List：

通过Arrays.asList方法搞定，转换之后不可以使用add/remove等修改集合的相关方法，因为该方法返回的其实是一个Arrays的内部私有的一个类ArrayList，该类继承于Abstractlist，并没有实现这些操作方法，调用将会直接抛出UnsupportOperationException异常。这种转换体现的是一种适配器模式，只是转换接口，本质上还是一个数组。

集合转换数组：

List.toArray方法搞定了集合转换成数组，这里最好传入一个类型一样的数组，大小就是list.size()。因为如果入参分配的数组空间不够大时，toArray方法内部将重新分配内存空间，并返回新数组地址；如果数组元素个数大于实际所需，下标为list.size()及其之后的数组元素将被置为null，其它数组元素保持原值。所以，建议该方法入参数组的大小与集合元素个数保持一致。

若是直接使用toArray无参方法，此方法返回值只能是Object[ ]类，若强转其它类型数组将出现ClassCastException错误。

（8）Collection和Collections有什么关系？

这是Java中的一类问题，类似的还有Array和Arrays，Executor和Executors有什么区别与联系？ (待补)

附图：

集合的类图：

我们接着给出本节所涉及到的集合的类图结构：（C表示这是一个类，I表示这是一个接口）
- TreeMap的类图结构：
  
  LinkedHashMap的类图结构：
  
  ArrayList的类图结构
- LinkedList的类图结构：
  
  Vector的类图结构：
  
  HashSet的类图结构：
  
  TreeSet的类图结构：