Collection集合

Collection集合

数组和集合的区别【理解】

• 相同点

  都是容器,可以存储多个数据

• 不同点

• 数组的长度是不可变的,集合的长度是可变的

• 数组可以存基本数据类型和引用数据类型

  集合只能存引用数据类型,如果要存基本数据类型,需要存对应的包装类

Collection集合的遍历【应用】

• 迭代器介绍

  • 迭代器,集合的专用遍历方式

  • Iterator<E> iterator(): 返回此集合中元素的迭代器,通过集合对象的iterator()方法得到

• Iterator中的常用方法

  boolean hasNext(): 判断当前位置是否有元素可以被取出 ​ E next(): 获取当前位置的元素,将迭代器对象移向下一个索引位置

• Collection集合的遍历

public class IteratorDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        //创建集合对象
        Collection<String> c = new ArrayList<>();

        //添加元素
        c.add("hello");
        c.add("world");
        c.add("java");
        c.add("javaee");

        //Iterator<E> iterator()：返回此集合中元素的迭代器，通过集合的iterator()方法得到
        Iterator<String> it = c.iterator();

        //用while循环改进元素的判断和获取
        while (it.hasNext()) {
            String s = it.next();
            System.out.println(s);
        }
    }
}

增强for循环【应用】

• 介绍

  • 它是JDK5之后出现的,其内部原理是一个Iterator迭代器

  • 实现Iterable接口的类才可以使用迭代器和增强for

  • 简化数组和Collection集合的遍历

• 格式

  for(集合/数组中元素的数据类型 变量名 : 集合/数组名) {

  // 已经将当前遍历到的元素封装到变量中了,直接使用变量即可

  }

• 代码

public class MyCollectonDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list =  new ArrayList<>();
        list.add("a");
        list.add("b");
        list.add("c");
        list.add("d");
        list.add("e");
        list.add("f");

        //1,数据类型一定是集合或者数组中元素的类型
        //2,str仅仅是一个变量名而已,在循环的过程中,依次表示集合或者数组中的每一个元素
        //3,list就是要遍历的集合或者数组
        for(String str : list){
            System.out.println(str);
        }
    }
}

数据结构之栈和队列【记忆】

• 栈结构

  先进后出

• 队列结构

  先进先出

数据结构之数组和链表【记忆】

• 数组结构

  查询快、增删慢

• 队列结构

  查询慢、增删快

哈希表

Java 的集合中给出了底层结构采用哈希表数据结构的实现类，按照时间顺序分别为第一代Hashtable、第二代 HashMap、第三代 ConcurrentHashMap（concurrent 并发）。相同点：底层结构都是哈希表，都是用来存储 key-value 映射，都实现了 Map 接口。

 

Hashtable 线程安全，但是效率太低，底层使用 synchronized 同步方法，已不再使用。HashMap 线程不安全， 效率提升， 适用单线程情况下。可以借助 Collections. synchronziedMap()保证线程安全， 底层使用 synchronized 同步代码块，效率比Hashtable 高。在大量并发情况下如何提高集合的效率和安全呢？ ConcurrentHashMap：JDK7 底层采用 Lock 锁，但是 JDK8 的 ConcurrentHashMap 不使用 Lock 锁，而是使用了CAS + synchronized 代码块锁。保证安全的同时，性能均也很高。

哈希值【理解】

• 哈希值简介

  是JDK根据对象的地址或者字符串或者数字算出来的int类型的数值

• 如何获取哈希值

  Object类中的public int hashCode()：返回对象的哈希码值

• 哈希值的特点

  • 同一个对象多次调用hashCode()方法返回的哈希值是相同的

  • 默认情况下，不同对象的哈希值是不同的。而重写hashCode()方法，可以实现让不同对象的哈希值相同

JDK1.8以前

数组 + 链表

 

JDK1.8以后

• 节点个数少于等于8个

  数组 + 链表

• 节点个数多于8个

  数组 + 红黑树

 

哈希冲突

如果两个不同的元素，通过哈希函数得出的实际存储地址相同怎么办？

也就是说，当我们对某个元素进行哈希运算，得到一个存储地址，然后要进行插入的时候，发现已经被其他元素占用了，其实这就是所谓的哈希冲突，也叫哈希碰撞。

那么哈希冲突如何解决呢？

哈希冲突的解决方案有多种:

开放定址法（发生冲突，继续寻找下一块未被占用的存储地址），再散列函数法，链地址法，而HashMap即是采用了链地址法，也就是数组+链表的方式。

1、List集合的实现类

1.1、List集合子类的特点【记忆】

• ArrayList集合

  底层是数组结构实现，查询快、增删慢

• LinkedList集合

  底层是链表结构实现，查询慢、增删快

ArrayList 数据结构：底层实现是object数组(动态数组，可以扩容),它的随机访问速度极快，但是插入和删除的操作需要移动数组中的元素，比较麻烦。
注意：（1）它在没有初始化长度的时候，默认长度是10
（2）如果向ArrayLIst添加元素，超过了原来的容量，那么扩容方案：扩容到原数组的1.5倍，如果扩容完之后还是小于返回到mincapacity(最小容量)
（3）ArrayList是线程不安全的，在多线程的情况下不要使用
如果非要使用list，就推荐使用vector，它基本上和ArrayList一样，区别在于vector中大部分方法都使用了同步关键字synchronized修饰，这样在多线程不会出现并发错误，扩容区别vector默认扩容就是原来的2倍。
ArrayList遍历的几种方式：1：使用foreach遍历list 2：将list转化为数组，在进行遍历 3：使用迭代器遍历

linkedlist的add方法添加元素的操作：
LInkedList添加操作时每个新添加的对象都会被放到新建的Node对象中，Node对象中包含加入的对象和前后指针属性（pred和next，pred和next其实都是Node对象，直接存放的就是当前对象的前一个节点对象和后一个节点对象，最后一个及节点的next值为null），然后将原来最后一个last节点的next指针指向新加入的对象。

linkedlist的get方法，查询元素：
判断给定的索引值，若索引值大于整个链表长度的一半，则从后往前找，若索引值小于整个链表的长度的一般，则从前往后找。 这样就可以保证，不管链表长度有多大，搜索的时候最多只搜索链表长度的一半就可以找到，大大提升了效率。

2、set集合的实现类

2.1、Set集合概述和特点【应用】

• 不可以存储重复元素

• 没有索引,不能使用普通for循环遍历

2.2、TreeSet集合概述和特点【应用】

• 不可以存储重复元素

• 没有索引

• 可以将元素按照规则进行排序

  • TreeSet()：根据其元素的自然排序进行排序

  • TreeSet(Comparator comparator) ：根据指定的比较器进行排序

2.3、HashSet集合概述和特点【应用】

• 底层数据结构是哈希表

• 存取无序

• 不可以存储重复元素

• 没有索引,不能使用普通for循环遍历

 

hashset存储原理？
1、将要传入的数据根据系统的hash算法得到一个hash值
2、根据hash值计算出数据在hash表中的位置
3、判断该位置是否有值，没有值就将数据插入进来，如果有值则再次判断传入的值与已经存储的值的equals结果是否相同，如果相同则不存，如果不相同则通过单链表的形式存储

 

判断hashset中是否是重复的对象？
先判断两个对象的hashcode是否相同（如果两个对象的hashcode相同，不一定是一个对象，如果两个对象的hashcode不同，一定不是一个对象）如果两个hashcode相同，在进行equals方法判断，如果equals相同则是同一个对象，如果equals判断不相同，那么就不是一个对象

3、map集合的实现类

3.1、Map集合概述和特点【理解】

• Map集合概述

  interface Map<K,V>  K：键的类型；V：值的类型

• Map集合的特点
  • 双列集合,一个键对应一个值
  • 键不可以重复,值可以重复

3.2、HashMap集合概述和特点【理解】

• HashMap底层是哈希表结构的

• 依赖hashCode方法和equals方法保证键的唯一

• 如果键要存储的是自定义对象，需要重写hashCode和equals方法

HashMap的内部结构

 　　HashMap是数组加链表组成的复合结构，HashMap的主干是数组，其中数组被分为一个个桶（bucket），每个桶存储有一个或多个键值对，每个键值对也称为 Entry ，通过哈希值决定了Entry对象在这个数组的下标；哈希值相同的Entry对象（键值对），则以链表形式存储。HashMap中数组长度的原始大小为16，且数组的初始值都为null，默认的负载因子为0.75。当HashMap中元素个数超过容量乘以负载因子的个数时，就创建一个大小为前一次两倍的新数组，再将原来数组中的数据复制到新数组中。

　　当数组长度到达64且链表长度大于8时，链表转为红黑树。

JDK1.7月JDK1.8中HashMap的区别

在jdk1.7中HashMap主要结构为：数组+链表。

在jdk1.8中HashMap主要结构为：数组+链表+红黑树。

为什么要加入红黑树呢？学过的人都应该知道，红黑树查询是非常快的。

设想一个情况，当我们插入的Entry非常多时，我们的链表会长的可怕，这个时候去遍历链表寻找对应的key，所花费的时间可想而知的恐怖。

加入红黑树可以优化查询的时间，使查询效率快上不少。

那么在jdk1.8的HashMap中，当数组长度到达64且链表长度大于8时，链表会自动转化为红黑树，优化查询速度。

同时还有一个区别：发生“hash冲突”时，我们上面的做法是“头插法”，这是jdk1.7的做法，而在jdk1.8中，使用的是“尾插法”。

hashmap是如何插入数据：

（1）、先判断数组是否为空，要是为空，初始化数组，可以自定义数组大小（默认是16），先根据数据的key，求出哈希值
（2）、再将此数据的hash值取余（%）数据的长度（默认长度是16），得到数据对应的下标
（3）、再根据下标，将数据插入数组中对应的位置（此时我们要考虑是否要扩容，如果容量超过数组大小的0.75倍，就需要扩容，最大容量是2的30次方）
（4）、如果插入数据时，发现此下标对应位置已经有元素，我们有两种办法（hashmap使用链表法）：
1）链表：那么我们就要用到hashmap的单链表了。将这个数据的next指针（指针域）指向此下标对应的节点，作为链表的头部，再将这个节点放到此下标对应的数组的位置，便成功插入数据。如果说下标对应的位置上有链表。此时，就会拿着k和链表上每个节点的k进行equal。如果所有的equals方法返回都是false，那么这个新的节点将被添加到链表的末尾。如其中有一个equals返回了true，那么这个节点的value将会被覆盖。
2）再次求哈希值，再取余，一直求到下标对应的位置为空，插入数据
注意：我们插入数据之前会判断key是否存在，利用for循环，从该数据对应下标的链表的头部，开始比较key值，如果我们插入数据的key和链表某个节点的key相同，那么我们将老的value返回出去，将新的value插入进去覆盖老的value

• 当我们调用put(key, value)方法将键值对存入HashMap时，HashMap会先对键进行哈希操作，通过哈希函数将键映射为一个整数值。
• 接着，通过该整数值计算出具体的存储位置索引。如果该位置上已经存在其他键值对，则可能会发生哈希碰撞（两个不同的键映射到了同一个索引位置）。
• 在发生哈希碰撞时，HashMap会使用一种链表或红黑树等数据结构来解决碰撞问题，将碰撞的键值对添加到对应位置的链表或树中。
• 如果哈希表中不存在碰撞，则直接将键值对存储在对应的位置处。

hashmap取出数据：
（1）、先根据数据的key，求出哈希值
（2）、再将此数据的hash值取余（%）数据的长度（默认长度是16），得到数据对应的下标
（3）、再根据下标，去数组中找出对应位置的数据，利用将数组中数据的key和自己搜索的数据的key相比较，如果相等就返回value。如果第一次找的不是自己想要的数据，便根据此节点的指针，去链表下一个节点找数据，直到找到为止，返回数据的value

• 当我们调用get(key)方法来获取键对应的值时，HashMap首先对键进行哈希操作，然后通过哈希函数计算出存储位置的索引。
• 如果该位置上存在哈希碰撞（即链表或树不为空），HashMap会遍历该链表或树，根据键的equals方法进行比较，直到找到对应的键值对。
• 如果找到了匹配的键值对，则返回对应的值；如果没有找到匹配的键值对，则返回null。

3.3、TreeMap集合概述和特点【理解】

• TreeMap底层是红黑树结构

• 依赖自然排序或者比较器排序,对键进行排序

• 如果键存储的是自定义对象,需要实现Comparable接口或者在创建TreeMap对象时候给出比较器排序规则

interface Map<K,V>  K：键的类型；V：值的类型