java集合框架学习总结

（文章为自己学习的总结）
前言：熟悉数据结构相关知识可以更好学习集合框架！！！

我感觉学习一个框架或者其它技术，通过先了解它的大致结构，熟悉它都有哪几部分，将会更快的上手，以一种一览众山小的姿态，从整体学习入手，将会对以后的学习将事半功倍。👍👍👍

学习中大家多多参照Java文档和深入源码学习，更有感觉！！！
java在线文档

首先 java集合框架在ava.util包下。当然还有一些线程安全的集合框架在java.util.concurrent包下，本章节暂不介绍，以后在并发编程章节介绍。
在这里插入图片描述
Java集合框架主要包括Collection和Map两种类型。
Collection和Map均为两种集合类型的顶级接口。

集合是什么？

一句话：集合就是存放对象的容器。

集合使用

我们学习集合就是学习在什么样的需求下用什么集合。
比如需要线程安全的时候，我们选用线程安全的集合。
比如CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet
经常进行查询操作的时候，我们选用查询快的集合比如ArrayList。
需要咱们干的就是这个。

Collection& Map类

Collection类图

上大图！！！
在这里插入图片描述
其中Collection又有3种子类型，分别是List、Set、Queue。
Map中存储的主要是键值对映射。

1.Collection 接口下的（单列集合）

1.1List 接口常见实现类

ArrayList ：底层维护了一个数组，随机访问，没有同步，线程不安全
LinkedList ： List和Deque接口的双向链表实现。没有同步，线程不安全
Vector ：也是维护一个数组，它给几乎所有public方法都加上了synchronized关键字，所以是线程安全的。
关于Vector和Stack的弃用

ArrayList特点分析

它里面实际维护了一个数组缓冲区

 transient Object[] elementData;

transient：不可持久化的，不可序列化的。

ArrayList 的容量就是这个数组缓冲区的长度。当添加第一个元素时开始扩容。
第一次扩容为10（默认数组大小）。以后如果容量不够，就扩容为数组的1.5倍。

看一下扩容源码：

    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
       //右移运算符等价于除以2
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
       // 扩容1.5倍还是不够，那么直接用minCapacity(最小需要的数组长度)
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

1.2Set 接口常见实现类

插入元素不可重复，hashCode()&&equals()两者判断同时为真则为相同元素。
按照具体需求可以重写。

HashSet ：元素无序且唯一，效率高，但线程不安全，可存储一个null。使用hash表（数组）存储元素。底层为HashMap实现，就是插入的元素为key，value有一个默认值。
LinkedHashSet ：在HashSet的基础上加入双向链表保证了元素顺序。底层为LinkedHashMap实现。
TreeSet ：TreeSet是SortedSet接口的唯一实现类，TreeSet可以确保集合元素处于排序状态。
TreeSet支持两种排序方式，自然排序和定制排序，其中自然排序为默认的排序方式。向
TreeSet中加入的应该是同一个类的对象。
TreeSet判断两个对象不相等的方式是两个对象通过equals方法返回false，或者通过
CompareTo方法比较没有返回0。

自然排序
自然排序使用要排序元素的CompareTo（Object obj）方法来比较元素之间大小关系，然后将元素按照升序排列。
Java提供了一个Comparable接口，该接口里定义了一个compareTo(Object obj)方法，该方法返回一个整数值，实现了该接口的对象就可以比较大小。obj1.compareTo(obj2)方法如果返回0，则说明被比较的两个对象相等，如果返回一个正数，则表明obj1大于obj2，如果是负数，则表明obj1小于obj2。如果我们将两个对象的equals方法总是返回true，则这两个对象的compareTo方法返回应该返回0。
定制排序
自然排序是根据集合元素的大小，以升序排列，如果要定制排序，应该使用Comparator接口，实现 int compare(T o1,T o2)方法。

异同点

1.ArrayList和LinkedList

（1）ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构，LinkedList基于双向链表的数据结构。
（2）对于随机访问get和set，ArrayList绝对优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针。
（3）对于新增和删除操作add和remove，LinedList比较占优势，因为ArrayList要移动数据。
这一点要看实际情况的。若只对单条数据插入或删除，ArrayList的速度反而优于LinkedList。但若是批量随机的插入删除数据，LinkedList的速度大大优于ArrayList. 因为ArrayList每插入一条数据，要移动插入点及之后的所有数据。

2.Map接口下的（双列集合 key:value形式）

Map类图

再上图！！！在这里插入图片描述

2.1List 接口常见实现类

Map接口有四个比较重要的实现类，分别是HashMap、LinkedHashMap、TreeMap和Hashtable.

HashMap ：最常用的Map。也是面试的重点！！！

先看特点：
HashMap小结

Map接口的常用实现类:HashMap、Hashtable和Properties.
HashMap是 Map 接口使用频率最高的实现类。
HashMap,是以 key-val对的方式来存储数据(HashMapSNode类型)[案例Entry
key 不能重复,但是值可以重复,允许使用null键和null值。
如果添加相同的key，则会覆盖原来的key-val ,等同于修改.(key不会替换,val会替换
与HashSet一样，不保证映射的顺序，因为底层是以hash表的方式来存储的.
HashMap没有实现同步,因此是线程不安全的

jdk1.8的HashMap 实现

和hashmap一样,jdk 1.8中ConcurrentHashmap采用的底层数据结构为数组+链表+红黑树的形式。数组可以扩容，链表可以转化为红黑树。
在这里插入图片描述

什么时候扩容？

第一种情况

默认的数组长度DEFAULT _INITIAL_ CAPACITY=16，默认的负载因子DEFAULT LOAD FACTOR=0.75；
当键值对数量超过16 * 0.75 = 12时，就会触发扩容导致数组长度变为16 * 2 = 32。那么下一次当键值对数量超过32 * 0.75 = 24就扩容到32 * 2 = 64了。

第二种情况

当一条链表中元素个数超过默认设定（8个），但数组的大小还未超过64的时候，便将数组进行扩容，如果数组的大小>=64则将链表转化成红黑树。

什么时候链表转化为红黑树？

链表中的元素个数也就是键值对数量>=默认设定（8个）并且数组大小已经>=64时，将链表转化为红黑树。

LinkedHashMap

有两点：

LinkedHashMap可以认为是HashMap+LinkedList，即它既使用HashMap操作数据结构，又使用LinkedList维护插入元素的先后顺序。
LinkedHashMap的基本实现思想就是----多态。可以说，理解多态，再去理解LinkedHashMap原理会事半功倍；反之也是，对于LinkedHashMap原理的学习，也可以促进和加深对于多态的理解。

LinkedHashMap是HashMap的子类，但是内部还有一个双向链表维护键值对的顺序，每个键值对既位于哈希表中，也位于双向链表中。
LinkedHashMap支持两种顺序插入顺序访问顺序
1.插入顺序：先添加的在前面，后添加的在后面。修改操作不影响顺序
2.访问顺序：所谓访问指的是get/put操作，对一个键执行get/put操作后，其对应的键值对会移动到链表末尾，所以最末尾的是最近访问的，最开始的是最久没有被访问的，这就是访问顺序。
从下图也可以看出在HashMap的基础加入用于维护顺序的双向链表。
在这里插入图片描述

HashMap与LinkedHashMap的两种遍历方法

package com.zry.map;

import java.util.*;

/**
 * @author zry
 * @ClassName MapMethod.java
 * @Description TODO
 * @createTime 2022年01月12日
 */

public class MapMethod {
    /**
     * 默认负载因子 (.75) 在时间和空间成本之间提供了良好的折衷。 较高的值会减少空间开销，
     * 但会增加查找成本（反映在HashMap类的大多数操作中，包括get和put ）。
     * 在设置其初始容量时，应考虑映射中的预期条目数及其负载因子，
     * 以尽量减少重新哈希操作的次数。 如果初始容量大于最大条目数除以负载因子，则不会发生重新哈希操作。
     */
    @SuppressWarnings("all")
    public static void main(String[] args) {
        HashMap map = new HashMap<>();
        map.put("1", "kkk");
        map.put("2", "kkk");
        map.put("3", "jjj");

        // 为了便利方便，作者将 map中的key，value又放到 EntrySet,
        // EntrySet集合仅仅指向了map中table数组元素Node
        //
        //获取迭代器便利
        Set set1 = map.entrySet();
        Iterator iterator = set1.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            //table数组元素Node<K,V> 实现了 Map.Entry接口
            //Entry接口中定义了许多我们需要的方法。
            //所以我们向下转型Object->Map.Entry。
            Map.Entry entry = (Map.Entry) iterator.next();

            System.out.println(entry.getKey() + ":" + entry.getValue());
            entry.setValue("你好");//将所有的value替换成“你好”
        }

        //使用增强for便利Map（本质还是迭代器）
        LinkedHashMap linkedMap =new LinkedHashMap<>();
        linkedMap.putAll(map);
        Set set2 = linkedMap.entrySet();
        for (Object o : set2) {
            Map.Entry node = (Map.Entry) o;
            System.out.println(node);
            System.out.println(node.getKey() + ":" + node.getValue());
        }

    }
}

TreeMap

在Map集合框架中，除了HashMap以外，TreeMap也是我们工作中常用到的集合对象之一。

与HashMap相比，TreeMap是一个能比较元素大小的Map集合，会对传入的key进行了大小排序。其中，可以使用元素的自然顺序，也可以使用集合中自定义的比较器来进行排序；

不同于HashMap的哈希映射，TreeMap底层实现了树形结构，至于具体形态，你可以简单的理解为一颗倒过来的树---根在上--叶在下。如果用计算机术语来说的话，TreeMap实现了红黑树的结构，形成了一颗二叉树。
TreeMap具有如下特点：

不允许出现重复的key；
可以插入null键，null值；
可以对元素进行排序；
无序集合（插入和遍历顺序不一致）；

Hashtable

可以看作线程安全的HashMap。
HashTable的基本介绍

存放的元素是键值对:即 K-V
hashtable的键和值都不能为null，否则会抛出NullPointerException
hashTable使用方法基本上和HashMap一样
hashTable是线程安全的(synchronized), hashMap是线程不安全的
简单说明一下Hashtable的底层
1。底层有数组 HashtagLe$Entry[]初始化大小为11
2。临界值threshold 8 = 11 *0.75
HashTable的应用案例
下面的代码是否正确，如果错误，为什么?

HashTableExercise.javaHashtable table = new Hashtable()://ok
table.put("john",100);//ok
table.put(null,100);/异常
table.put("john", null);//异常
table.put("lucy", 100);//ok
table.put("lic",100);//ok
table.put(lic",88);//替换value
System.out.println(table);

它给几乎所有public方法都加上了synchronized关键字，这也导致它的性能问题。
所以不建议使用。
Vector和HashTable被弃用后，它们被ArrayList和HashMap代替，但它们不是线程安全的，所以Collections工具类中提供了相应的包装方法把它们包装成线程安全的集合。

异同点

1.HashSet、LinkedHashSet比较

Set接口
Set不允许包含相同的元素，如果试图把两个相同元素加入同一个集合中，add方法返回false。
Set判断两个对象相同不是使用==运算符，而是根据equals方法。也就是说，只要两个对象用equals方法比较返回true，Set就不会接受这两个对象。

HashSet
HashSet有以下特点：
-> 不能保证元素的排列顺序，顺序有可能发生变化。
-> 不是同步的。
-> 集合元素可以是null，但只能放入一个null。
当向HashSet结合中存入一个元素时，HashSet会调用该对象的hashCode()方法来得到该对象的hashCode值，然后根据 hashCode值来决定该对象在HashSet中存储位置。简单的说，HashSet集合判断两个元素相等的标准是两个对象通过equals方法比较相等，并且两个对象的hashCode()方法返回值也相等。
注意，如果要把一个对象放入HashSet中，重写该对象对应类的equals方法，也应该重写其hashCode()方法。其规则是如果两个对象通过equals方法比较返回true时，其hashCode也应该相同。另外，对象中用作equals比较标准的属性，都应该用来计算 hashCode的值。

LinkedHashSet
LinkedHashSet集合同样是根据元素的hashCode值来决定元素的存储位置，但是它同时使用链表维护元素的次序。这样使得元素看起来像是以插入顺序保存的，也就是说，当遍历该集合时候，LinkedHashSet将会以元素的添加顺序访问集合的元素。
LinkedHashSet在迭代访问Set中的全部元素时，性能比HashSet好，但是插入时性能稍微逊色于HashSet。

3.HashMap、LinkedHashMap、TreeMap比较

HashMap

hashMap是最常用的Map，根据键的HashCode值存储数据，可以根据键直接获取它的值，具有很快的访问速度，遍历时候的顺序是完全随机的。HashMap只允许一个键为Null,允许多个值为Null。

特性：完全随机

优点：随机访问，取值速度快

缺点：多个线程同时写HashMap可能导致数据不一致，如果需要同步，使用Collection的synchronizedMap方法或者使用ConcurrentHashMap

LinkedHashMap

LinkedHashMap是HashMap的一个子类，保存了记录的插入顺序，与HashMap的随机遍历不同，在用Iterator遍历的时候，先得到的记录肯定是先插入的，类似于python中的OrderedDict。

遍历速度会比HashMap慢，不过有一种情况例外：当HashMap的容量很大，实际数据很少时，因为HashMap的遍历速度和它的容量有关，而LinkedHashMap只跟实际数据量有关。

TreeMap

TreeMap实现SortMap接口，能够将它保存的记录按键排序，默认是按键的升序排列，也可以指定排序的比较器，遍历TreeMap的时候，得到的记录是按照键排过序的。

根据数据选择Map

一般情况下，我们用的最多的是HashMap，在Map中插入、删除和定位元素，HashMap 是最好的选择。但如果您要按自然顺序或自定义顺序遍历键，那么TreeMap会更好。如果需要输出的顺序和输入的相同,那么用LinkedHashMap可以实现，它还可以按读取顺序来排列。

总结-开发中如何选择集舍实现类(记住)

在开发中，选择什么集合实现类，主要取决于业务操作特点，然后根据集合实现类特性进行选择,分析如下:
1)先判断存储的类型(一组对象[单列]或一组键值对[双列])

**2) 一组对象[单列]:Collection接口

 - **允许重复:List** 
 增删多:LinkedList [底层维护了一个双向链表] 
 改查多:ArrayList  [底层维护Object类型的可变数组]

 - **不允许重复: Set**
无序: HashSet  [底层是HashMap，维护了一个哈希表即(数组+链表+红黑树
排序: TreeSet  [插入和取出顺序一致:LinkedHashSet，维护数组+双向链表

一组键值对[双列]:Map
键无序: HashMap [底层是:哈希表jdk7:数组+链表，jdk8:数组+链表+红黑树]
键排序:TreeMap
键插入和取出顺序一致: LinkedHashMap
读取文件Properties

Java hashCode()和equals()方法。

在Map中比较Key值，使用的hashCode()值和equals（）方法，它们同时为真，Key值才算相等。
equals（）方法用于确定两个Java对象的相等性。
当我们有一个自定义类时，我们需要重写equals（）方法并提供一个实现，以便它可以用来找到它的两个实例之间的相等性。通过Java规范，equals（）和hashCode（）之间有一个契约。它说，“如果两个对象相等，即obj1.equals（obj2）为true，那么obj1.hashCode（）和obj2.hashCode（）必须返回相同的整数”。
无论何时我们选择重写equals（），我们都必须重写hashCode（）方法。 hashCode（）用于计算位置存储区和key。

Iterator和ListIterator区别

我们在使用List，Set的时候，为了实现对其数据的遍历，我们经常使用到了Iterator(迭代器)。
使用迭代器，你不需要干涉其遍历的过程，只需要每次取出一个你想要的数据进行处理就可以了。
但是在使用的时候也是有不同的。List和Set都有iterator()来取得其迭代器
对List来说，你也可以通过listIterator()取得其迭代器，两种迭代器在有些时候是不能通用的，
Iterator和ListIterator主要区别在以下方面：

（1）ListIterator有add()方法，可以向List中添加对象，而Iterator不能
（2）ListIterator和Iterator都有hasNext()和next()方法，可以实现顺序向后遍历，但是ListIterator有hasPrevious()和previous()方法，可以实现逆向（顺序向前）遍历。Iterator就不可以。
（3）ListIterator可以定位当前的索引位置，nextIndex()和previousIndex()可以实现。Iterator没有此功能。
（4）都可实现删除对象，但是ListIterator可以实现对象的修改，set()方法可以实现。Iierator仅能遍历，不能修改。
因为ListIterator的这些功能，可以实现对LinkedList等List数据结构的操作。其实，数组对象也可以用迭代器来实现。

Collection 和 Collections区别

（1） java.util.Collection 是一个集合接口（集合类的一个顶级接口）。它提供了对集合对象进行基本操作的通用接口方法。Collection接口在Java 类库中有很多具体的实现。Collection接口的意义是为各种具体的集合提供了最大化的统一操作方式，其直接继承接口有List与Set。

Collection
├List
│├LinkedList
│├ArrayList
│└Vector
│　└Stack
└Set
（2） java.util.Collections 是一个包装类（工具类/帮助类）。它包含有各种有关集合操作的静态多态方法。此类不能实例化，就像一个工具类，用于对集合中元素进行排序、搜索以及线程安全等各种操作，服务于Java的Collection框架。
代码示例：

import java.util.ArrayList; 
import java.util.Collections; 
import java.util.List; 
  
public class TestCollections { 
      
    public static void main(String args[]) { 
        //注意List是实现Collection接口的 
        List list = new ArrayList(); 
        double array[] = { 112, 111, 23, 456, 231 }; 
        for (int i = 0; i < array.length; i++) { 
            list.add(new Double(array[i])); 
        } 
        Collections.sort(list); 
        for (int i = 0; i < array.length; i++) { 
            System.out.println(list.get(i)); 
        } 
        // 结果：23.0 111.0 112.0 231.0 456.0 
    }
}

posted @ 2022-01-31 17:44 程序员小小宇阅读(122) 评论(0) 编辑收藏举报

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听宇轩

java集合框架学习总结

集合是什么？

集合使用

Collection& Map类

Collection类图

1.Collection 接口下的（单列集合）

1.1List 接口常见实现类

ArrayList特点分析

1.2Set 接口常见实现类

异同点

1.ArrayList和LinkedList

2.Map接口下的（双列集合 key:value形式）

Map类图

2.1List 接口常见实现类

jdk1.8的HashMap 实现

什么时候扩容？

什么时候链表转化为红黑树？

LinkedHashMap

HashMap与LinkedHashMap的两种遍历方法

TreeMap

Hashtable

异同点

1.HashSet、LinkedHashSet比较

3.HashMap、LinkedHashMap、TreeMap比较

HashMap

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根据数据选择Map

总结-开发中如何选择集舍实现类(记住)

Java hashCode()和equals()方法。

Iterator和ListIterator区别

Collection 和 Collections区别

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