Java集合框架

1、概述

一方面，面向对象语言对事物的体现都是以对象的形式，为了方便对多个对象的操作，就要对对象进行存储。另一方面，使用 Array 存储对象方面具有一些弊端，而 Java 集合就像一种容器，可以动态地把多个对象的引用放入容器中。此时的存储指的是内存层面的存储，不涉及持久化存储。

数组在内存存储方面的特点:

• 数组初始化以后，长度就确定了

• 数组声明的类型，就决定了进行元素初始化时的类型

数组在存储数据方面的弊端:

• 数组初始化以后，长度就不可变了，不便于扩展

• 数组中提供的属性和方法少，不便于进行添加、删除、插入等操作，且效率不高。同时无法直接获取存储元素的个数

• 数组存储的数据是有序的、可以重复的。存储数据的特点单一

Java集合类可以用于存储数量不等的多个对象，还可用于保存具有映射关系的关联数组

2、集合框架

• Collection接口：单列数据，定义了存取一组对象的方法的集合

  • List：元素有序、可重复的集合 也可以叫动态数组

    • 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[]

    • 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

    • 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[]

  • Set：元素无序、不可重复的集合

    • 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

• Map接口：双列数据，保存具有映射关系“key-value对”的集合

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

3、Collection接口方法

• 添加

  • add(Object obj)

  • addAll(Collection coll)

• 获取有效元素的个数

  • int size()

• 清空集合

  • void clear()

• 是否是空集合

  • boolean isEmpty()

• 是否包含某个元素

  • boolean contains(Object obj)：是通过元素的equals方法来判断是否是同一个对象

  • boolean containsAllCollection c)：也是调用元素的equals方法来比较的。拿两个集合的元素挨个比较

• 删除

  • boolean remove(Object obj)：通过元素的 equals 方法判断是否是要删除的那个元素。只会删除找到的第一个元素

  • boolean removeAll(Collection coll)：取当前集合的差集

• 取两个集合的交集

  • boolean retainAll(Collection c)：把交集的结果存在当前集合中，不影响c

• 集合是否相等

  • boolean equals(Object obj)、

• 转成对象数组

  • Object[] toArray()

• 获取集合对象的哈希值

  • hashCode()

• 遍历

  • iterator()：返回迭代器对象，用于集合遍历

    • hasNext()：判断是否还有下一个元素

    • next()：①指针下移②将下移以后集合的位置上的元素返回

    • remove()：删除集合中的元素

  • lterator对象称为迭代器(设计模式的一种)，主要用于遍历Collection集合中的元素

  • Collection接口继承了java.lang.Iterable接口，该接口有一个iterator()方法，那么所有实现了Collection接口的集合类都有一个iterator()方法，用以返回一个实现了lterator接口的对象

  • lterator仅用于遍历集合，Iterator本身并不提供承装对象的能力。如果需要创建lterator对象，则必须有一个被迭代的集合

  • 集合对象每次调用iterator()方法都得到一个全新的迭代器对象，默认游标都在集合的第一个元素之前

  • ?

    1 2 3 4 5 6

    1 // 正确写法 2  ArrayList<String> list = new ArrayList<>(); 3  Iterator<String> iterator = list.iterator(); 4  while (iterator.hasNext()){ 5      System.out.println(iterator.next()); 6  }

4、foreach遍历

未修改 使用foreach

• ?

  1 2 3 4 5 6 7 8 9

  int[] str = new int[]{11,22,33,};  ​for (int i : str){      i = 44;  }    for (int i = 0;i < str.length;i++){      System.out.println(str[i]);  } // str = 11,22,33

 

修改 使用for循环

• ?

  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

  int[] str = new int[]{11,22,33,};  ​  for (int i = 0;i < str.length;i++){      str[i] = 44;  }  ​  for (int i = 0;i < str.length;i++){      System.out.println(str[i]);  }  // str = 44,44,44int[] str = new int[]{11,22,33,};  ​  for (int i = 0;i < str.length;i++){      str[i] = 44;  }  ​  for (int i = 0;i < str.length;i++){      System.out.println(str[i]);  }  // str = 44,44,44

5、List接口

JDK1.8 源码分析

• ArrayList

  • ArrayList list = new ArrayList(); // 底层object[] elementData初始化为{}，并没有创建长度

    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element

    ......

    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

• LinkedList

• Vector

面试题：ArrayList、LinkedList、Vector三者的异同？

• 同：三个类都是实现了List接口，存储数据的特点相同:存储有序的、可重复的数据

• 异：

  • 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[]

  • 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

  • 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[]

6、List接口方法

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

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

• Object get(int index)：获取指定index位置的元素

• int indexOf(Object obj)：返回obj在集合中首次出现的位置

• int lastIndexOf(Object obj)：返回obj在当前集合中末次出现的位置

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

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

• List subList(int fromIndex, int toIndex)：返回从fromIndex到toIndex位置的子集合

常用方法

• 增: add(object obj)
• 删: remove(int index) remove(object obj)
• 改: set(int index, object ele)
• 查: get(int index)
• 插: add(int index, object ele)长度: size()
• 遍历: ①Iterator迭代器 ②foreach

面试题

• ?

  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

  @Test  public void testListRemove() {      List list = new ArrayList();list.add(1);      list.add(2);list.add(3);      updateList(list);      System.out.println(list);  }  private static void updateList(List list) {      // 删除索引2 remove(int index)      list.remove(2);      // 删除数值2 remove(Object obj)      list.remove(new Integer(2));  }

7、Set接口

1.HashSet

1.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，而是根据数组的哈希值决定的

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

要求

• 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

• 向 Set 中添加的数据，其所在的类一定要重写 hashcode( ) 和 equals( )

• 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

2.添加元素的过程，以 HashSet 为例：

向 HashSet 中添加元素 a, 首先调用元素 a 所在类的 hashCode() 方法，计算元素 a 的哈希值，此哈希值接着通过某种算法计算出在HashSet 底层数组中的存放位置(即为:索引位置)，判断数组此位置上是否已经有元素:

• 如果此位置上没有其他元素，则元素 a 添加成功。

• 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

  • 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

对于添加成功情况而言：元素与已经存在指定索引位置上数据以链表的方式存储

jdk7：元素α放到数组中，指向原来的元素 jdk8：原来的元素在数组中，指向元素α 总结:七上八下

2.LinkedHashSet

作为HashSet的子类，在添加数据的同时，每个数据还维护了两个引用，记录此数据前一个数据和后一个数据

优点：对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet

8、Map接口

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()

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

面试题

1.HashMap的底层实现原理?

2.HashMap和 Hashtable的异同?

9、Map接口方法

• 添加、删除、修改操作

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

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

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

  • void clear()：清空当前map中的所有数据

• 元素查询的操作

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

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

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

  • int size()：返回map 中key-value对的个数

  • boolean isEmpty()：判断当前map是否为空

  • boolean equals(Object obj)：判断当前map和参数对象obj是否相等

• 元视图操作的方法

  • set keySet()：返回所有key构成的Set集合

  • Collection values()：返回所有value构成的coLlection集合

  • set entrySet()：返回所有key-value对构成的Set集合

10、Collections工具类常用方法

• reverse(List)：反转 List 中元素的顺序

• shuffle(List)：对 List 集合元素进行随机排序

• 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

• 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

• 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

• Object min(Collection)

• Object min(Collection,Comparator)

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

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

• boolean replaceAll(List list,Object oldVal,Object newVal )：使用新值替换 List 对象的所有旧值