java集合

java集合

Java 集合可分为 Collection 和 Map 两种体系

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
  • Set：元素无序、不可重复的集合

Map接口：双列数据，保存具有映射关系“key-value对”的集合

1.Collection接口

  • Collection 接口是 List、Set 和 Queue 接口的父接口，该接口里定义的方法
    既可用于操作 Set 集合，也可用于操作 List 和 Queue 集合。
  • JDK不提供此接口的任何直接实现，而是提供更具体的子接口(如：Set和List)
    实现。
  • 在 Java5 之前，Java 集合会丢失容器中所有对象的数据类型，把所有对象都
    当成 Object 类型处理；从 JDK 5.0 增加了泛型以后，Java 集合可以记住容
    器中对象的数据类型

collection接口的方法

  1. 添加
    add(Object obj)
    addAll(Collection coll)

  2. 获取有效元素的个数
    int size()

  3. 清空集合
    void clear()

  4. 是否是空集合 boolean isEmpty()

  5. 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 containsAll(Collection 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。

  6. 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

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

  8. 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

  9. 集合是否相等 boolean equals(Object obj)

  10. 转成对象数组

    Object[] toArray()

  11. 获取集合对象的哈希值

    hashCode()

  12. 遍历

    iterator()：返回迭代器对象，用于集合遍历

iterato遍历

Collection coll = new ArrayList();
coll.add(123);
coll.add(456);
Iterator iterator = coll.iterator();
while(iterator.hasNext()){
    //next():①指针下移 ②将下移以后集合位置上的元素返回
    System.out.println(iterator.next());
}

List接口

  • 鉴于Java中数组用来存储数据的局限性，我们通常使用List替代数组
  • List集合类中元素有序、且可重复，集合中的每个元素都有其对应的顺序索引。
  • List容器中的元素都对应一个整数型的序号记载其在容器中的位置，可以根据序号存取容器中的元素。
  • JDK API中List接口的实现类常用的有：ArrayList、LinkedList和Vector。

List中常用的方法

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

总结：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：① Iterator迭代器方式
     ② 增强for循环
     ③ 普通的循环

1.ArrayList

  • ArrayList 是 List 接口的典型实现类、主要实现类
  • 本质上，ArrayList是对象引用的一个”变长”数组
  • ArrayList的JDK1.8之前与之后的实现区别？
    JDK1.7：ArrayList像饿汉式，直接创建一个初始容量为10的数组
    JDK1.8：ArrayList像懒汉式，一开始创建一个长度为0的数组，当添加第一个元素时再创建一个始容量为10的数组
  • Arrays.asList(…) 方法返回的 List 集合，既不是 ArrayList 实例，也不是
    Vector 实例。 Arrays.asList(…) 返回值是一个固定长度的 List 集合

2.LinkedList

对于频繁的插入或删除元素的操作，建议使用LinkedList类，效率较高

新增方法:

void addFirst(Object obj)

void addLast(Object obj)

Object getFirst()
Object getLast()
Object removeFirst()
Object removeLast()

LinkedList：双向链表，内部没有声明数组，而是定义了Node类型的first和last，用于记录首末元素。同时，定义内部类Node，作为LinkedList中保存数据的基本结构。Node除了保存数据，还定义了两个变量：

**prev**变量记录前一个元素的位置

**next**变量记录下一个元素的位置

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;
	}
}

3.Vector

  • Vector 是一个古老的集合，JDK1.0就有了。大多数操作与ArrayList相同，区别之处在于Vector是线程安全的。
  • 在各种list中，最好把ArrayList作为缺省选择。当插入、删除频繁时，使用LinkedList；Vector总是比ArrayList慢，所以尽量避免使用

常见面试题

1.请问ArrayList/LinkedList/Vector的异同？谈谈你的理解？ArrayList底层

是什么？扩容机制？Vector和ArrayList的最大区别?

  • ArrayList和LinkedList的异同

    二者都线程不安全，相对线程安全的Vector，执行效率高。

    此外，ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构，LinkedList基于链表的数据结构。对于随机访问get和set，ArrayList觉得优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针。对于新增和删除操作add(特指插入)和remove，LinkedList比较占优势，因为ArrayList要移动数据。

  • ArrayList和Vector的区别

Vector和ArrayList几乎是完全相同的,唯一的区别在于Vector是同步类(synchronized)，属于强同步类。因此开销就比ArrayList要大，访问要慢。正常情况下,大多数的Java程序员使用ArrayList而不是Vector,因为同步完全可以由程序员自己来控制。Vector每次扩容请求其大小的2倍空间，而ArrayList是1.5倍。Vector还有一个子类Stack。

4.总结及源码分析

List接口框架：

|--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,替换原有的数组

  • |----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[] elementData存储
  • |----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[] elementData存储

ArrayList的源码分析：

*2.1 jdk 7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)
    
*2.2 jdk 8中ArrayList的变化：
	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。
*2.3 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。

Set接口

  • Set接口是Collection的子接口，set接口没有提供额外的方法
  • Set 集合不允许包含相同的元素，如果试把两个相同的元素加入同一个Set 集合中，则添加操作失败。
  • Set 判断两个对象是否相同不是使用 == 运算符，而是根据 equals() 方法

1.HashSet

  • HashSet 是 Set 接口的典型实现，大多数时候使用 Set 集合时都使用这个实现类。
  • HashSet 按 Hash 算法来存储集合中的元素，因此具有很好的存取、查找、删除性能。
  • HashSet 具有以下特点：
    不能保证元素的排列顺序
    HashSet 不是线程安全的
    集合元素可以是 null
  • HashSet 集合判断两个元素相等的标准：两个对象通过 hashCode() 方法比较相等，并且两个对象的 equals() 方法返回值也相等。
  • 对于存放在Set容器中的对象，对应的类一定要重写equals()和hashCode(Object obj)方法，以实现对象相等规则。即：“相等的对象必须具有相等的散列码”。
  • 底层也是数组，初始容量为16，当如果使用率超过0.75，（16*0.75=12）就会扩大容量为原来的2倍。（16扩容为32，依次为64,128....等）

2.LinkedHashSet

  • LinkedHashSet 是 HashSet 的子类
  • 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插入性能略低于 HashSet，但在迭代访问 Set 里的全部元素时有很好的性能。
  • LinkedHashSet 不允许集合元素重复

3.TreeSet

  • TreeSet 是 SortedSet 接口的实现类，TreeSet 可以确保集合元素处于排序状态。
  • TreeSet底层使用红黑树结构存储数据
  • TreeSet 两种排序方法：自然排序和定制排序。默认情况下，TreeSet 采用自然排序。
  • 有序，查询速度比List快

4.总结及源码分析

一、Set：存储无序的、不可重复的数据
以HashSet为例说明：

  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。

一、Set：存储无序的、不可重复的数据
以HashSet为例说明：

  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。

二、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。 --->情况1
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。
​ jdk 8 :原来的元素在数组中，指向元素a
​ 总结：七上八下

​ HashSet底层：数组+链表的结构。

TreeSet使用：

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）

3.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().
4.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().

LinkedSet的使用：

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

2.Map接口

  • Map与Collection并列存在。用于保存具有映射关系的数据:key-value
  • Map 中的 key 和 value 都可以是任何引用类型的数据
  • Map 中的 key 用Set来存放，不允许重复，即同一个 Map 对象所对应
    的类，须重写hashCode()和equals()方法
  • 常用String类作为Map的“键”
  • key 和 value 之间存在单向一对一关系，即通过指定的 key 总能找到
    唯一的、确定的 value
  • Map接口的常用实现类：HashMap、TreeMap、LinkedHashMap和
    Properties。其中，HashMap是 Map 接口使用频率最高的实现类

Map中常用的方法

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
Map map = new HashMap();
//map.put(..,..)省略
System.out.println("map的所有key:");
Set keys = map.keySet();// HashSet
for (Object key : keys) {
System.out.println(key + "->" + map.get(key));
}
System.out.println("map的所有的value：");
Collection values = map.values();
Iterator iter = values.iterator();
while (iter.hasNext()) {
System.out.println(iter.next());
}
System.out.println("map所有的映射关系：");
// 映射关系的类型是Map.Entry类型，它是Map接口的内部接口
Set mappings = map.entrySet();
for (Object mapping : mappings) {
Map.Entry entry = (Map.Entry) mapping;
System.out.println("key是：" + entry.getKey() + "，value是：" + entry.getValue());
}

1.HashMap

  • HashMap是 Map 接口使用频率最高的实现类。
  • 允许使用null键和null值，与HashSet一样，不保证映射的顺序。
  • 所有的key构成的集合是Set:无序的、不可重复的。所以，key所在的类要重写：equals()和hashCode()
  • 所有的value构成的集合是Collection:无序的、可以重复的。所以，value所在的类要重写：equals()
  • 一个key-value构成一个entry
  • 所有的entry构成的集合是Set:无序的、不可重复的
  • HashMap 判断两个 key 相等的标准是：两个 key 通过 equals() 方法返回 true，hashCode 值也相等。
  • HashMap 判断两个 value相等的标准是：两个 value 通过 equals() 方法返回 true。

JDK 7及以前版本：HashMap是数组+链表结构(即为链地址法)

JDK 8版本发布以后：HashMap是数组+链表+红黑树实现。

2.1.1LinkedHashMap

  • LinkedHashMap 是 HashMap 的子类

  • 在HashMap存储结构的基础上，使用了一对双向链表来记录添加

    元素的顺序

  • 与LinkedHashSet类似，LinkedHashMap 可以维护 Map 的迭代

    顺序：迭代顺序与 Key-Value 对的插入顺序一致

//HashMap中的内部类：Node
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
	final int hash;
	final K key;
	V value;
	Node<K,V> next; 
}

//LinkedHashMap中的内部类：Entry
static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
    Entry<K,V> before, after;
    Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
    	super(hash, key, value, next);
	} 
}

2.TreeMap

  • TreeMap存储 Key-Value 对时，需要根据 key-value 对进行排序。
    TreeMap 可以保证所有的 Key-Value 对处于有序状态。
  • TreeSet底层使用红黑树结构存储数据
  • TreeMap 的 Key 的排序：
    自然排序：TreeMap 的所有的 Key 必须实现 Comparable 接口，而且所有的 Key 应该是同一个类的对象，否则将会抛出 ClasssCastException
    定制排序：创建 TreeMap 时，传入一个 Comparator 对象，该对象负责对TreeMap 中的所有 key 进行排序。此时不需要 Map 的 Key 实现
    Comparable 接口
  • TreeMap判断两个key相等的标准：两个key通过compareTo()方法或
    者compare()方法返回0

3.Hashtable

  • Hashtable是个古老的 Map 实现类，JDK1.0就提供了。不同于HashMap，
    Hashtable是线程安全的。
  • Hashtable实现原理和HashMap相同，功能相同。底层都使用哈希表结构，查询速度快，很多情况下可以互用。
  • 与HashMap不同，Hashtable 不允许使用 null 作为 key 和 value
  • 与HashMap一样，Hashtable 也不能保证其中 Key-Value 对的顺序
    Hashtable判断两个key相等、两个value相等的标准，与HashMap一致

2.3.1Properties

  • Properties 类是 Hashtable 的子类，该对象用于处理属性文件
  • 由于属性文件里的 key、value 都是字符串类型，所以 Properties 里的 key
    和 value 都是字符串类型
  • 存取数据时，建议使用setProperty(String key,String value)方法和
    getProperty(String key)方法
Properties pros = new Properties();
pros.load(new FileInputStream("jdbc.properties"));
String user = pros.getProperty("user");
System.out.println(user);

4.总结及源码分析

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
      • |----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
    • HashMap的底层：数组+链表 （jdk7及之前）
    • 数组+链表+红黑树 （jdk 8）

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()
  • 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

HashMap的底层实现原理？以jdk7为例说明：

HashMap map = new HashMap():

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

  •  ...可能已经执行过多次put...

  •  map.put(key1,value1):

  •  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。

  •  如果此位置上的数据为空，此时的key1-value1添加成功。 ----情况1

  •  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：
  *      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
  *      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：
          *      如果equals()返回false:此时key1-value1添加成功。----情况3
          *      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。

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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
    1. jdk 8底层的数组是：Node[],而非Entry[]
    1. 首次调用put()方法时，底层创建长度为16的数组

    1. jdk7底层结构只有：数组+链表。jdk8中底层结构：数组+链表+红黑树。

      4.1 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）
      4.2 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。

  • 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

LinkedHashMap的底层实现原理（了解）:

static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
    Entry<K,V> before, after;//能够记录添加的元素的先后顺序
    Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
        super(hash, key, value, next);
    }
}

3.Collections工具类

  • 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
posted on 2020-11-09 16:58  有梦可有为  阅读(121)  评论(0)  编辑  收藏  举报

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