集合类库下(泛型,Set,Map)

泛型:

基本概念:

• 通常情况下集合中可以存放不同类型的对象，是因为将所有对象都看做Object类型放入的，因此 从集合中取出元素时也是Object类型，为了表达该元素真实的数据类型，则需要强制类型转换， 而强制类型转换可能会引发类型转换异常。
• 为了避免上述错误的发生，从Java5开始增加泛型机制，也就是在集合名称的右侧使用<数据类型> 的方式来明确要求该集合中可以存放的元素类型，若放入其它类型的元素则编译报错。
• 泛型只在编译时期有效，在运行时期不区分是什么类型。
• 也就是说,泛型就是在集合名称的右侧指定了集合的数据类型.
• 泛型参数必须是引用数据类型,不能是基本数据类型,不指定时,默认是Object类型.

 

底层原理:

　　泛型的本质就是参数化类型，也就是让数据类型作为参数传递，其中E相当于形式参数负责占位， 而使用集合时<>中的数据类型相当于实际参数，用于给形式参数E进行初始化，从而使得集合中所 有的E被实际参数替换，由于实际参数可以传递各种各样广泛的数据类型，因此得名为泛型。

 

泛型机制测试:

package com.lagou.task15;

import java.util.LinkedList;
import java.util.List;

public class ListGenericTest {

    public static void main(String[] args) {

        // 1.准备一个支持泛型机制的List集合，明确要求集合中的元素是String类型,右侧的数据类型可以省略
        List<String> lt1 = new LinkedList<String>();
        // 2.向集合中添加元素并打印
        lt1.add("one");
        System.out.println("lt1 = " + lt1); // [one]
        //lt1.add(2);  Error
        // 3.获取集合中的元素并打印
        String s = lt1.get(0);
        System.out.println("获取到的元素是：" + s); // one

        System.out.println("----------------------------------------------------");
        // 2.准备一个支持Integer类型的List集合
        List<Integer> lt2 = new LinkedList<Integer>();
        lt2.add(1);
        lt2.add(2);
        //lt2.add("3"); Error
        System.out.println("lt2 = " + lt2); // [1, 2]
        Integer integer = lt2.get(0);
        System.out.println("获取到的元素是：" + integer); // 1

        System.out.println("----------------------------------------------------");
        // Java7开始的新特性： 菱形特性   就是后面<>中的数据类型可以省略
        List<Double> lt3 = new LinkedList<>();
        // 笔试考点
        // 试图将lt1的数值赋值给lt3，也就是覆盖lt3中原来的数值，结果编译报错：集合中支持的类型不同
        //lt3 = lt1; Error
    }
}

 

自定义泛型类:

　　类名后面 +<T>

package com.lagou.task15;

/**
 * 自定义泛型类Person，其中T相当于形式参数负责占位，具体数值由实参决定
 * @param <T> 看做是一种名字为T的数据类型即可
 */
public class Person<T> {
    private String name;
    private int age;
    private T gender;

    public Person() {
    }

    public Person(String name, int age, T gender) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.gender = gender;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    // 不是泛型方法，该方法不能使用static关键字修饰，因为该方法中的T需要在new对象时才能明确类型
    public /*static*/ T getGender() {
        return gender;
    }

    public void setGender(T gender) {
        this.gender = gender;
    }
　　
　　
    泛型方法:
    // 自定义方法实现将参数指定数组中的所有元素打印出来
    public static <T1> void printArray(T1[] arr) {
        for (T1 tt: arr) {
            System.out.println("tt = " + tt);
        }
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", gender=" + gender +
                '}';
    }
}

package com.lagou.task15;

public class PersonTest {

    public static void main(String[] args) {

        // 1.声明Person类型的引用指向Person类型的对象,类名后没有指定类型,默认是Object类型
        Person p1 = new Person("zhangfei", 30, "男");
        // 2.打印对象的特征
        System.out.println(p1); // zhangfei 30 男

        System.out.println("-----------------------------------");
        // 3.在创建对象的同时指定数据类型，用于给T进行初始化
        Person<String> p2 = new Person<>();
        p2.setGender("女");
        System.out.println(p2); // null  0  女

        System.out.println("-----------------------------------");
        // 4.使用Boolean类型作为性别的类型
        Person<Boolean> p3 = new Person<>();
        p3.setGender(true);
        System.out.println(p3); // null 0  true

        System.out.println("-----------------------------------");
        // 5.调用泛型方法进行测试
        Integer[] arr = {11, 22, 33, 44, 55};
        Person.printArray(arr); // 11 22 33 44 55
    }
}

泛型方法的类型参数和泛型类的类型参数不同.对泛型方法而言,泛型类的类型参数为具体类型.

泛型方法需要在返回值前加 <T1> :

　　泛型方法的格式： [访问权限] <泛型> 返回值类型 方法名([泛型标识 参数名称]) { 方法体; }

 

泛型类被继承,子类的处理方式:

package com.lagou.task15;

//public class SubPerson extends Person { // 不保留泛型并且没有指定类型，此时Person类中的T默认为Object类型   擦除
//public class SubPerson extends Person<String> {  // 不保留泛型但指定了泛型的类型，此时Person类中的T被指定为String类型
//public class SubPerson<T> extends Person<T> { // 保留父类的泛型  可以在构造对象时来指定T的类型
public class SubPerson<T, T1> extends Person<T> { // 保留父类的泛型，同时在子类中增加新的泛型
}

注意: String是Object的子类, List<String> 不是 List<Object> 的子类.

通配符的使用:

　　泛型中有三种通配符形式：

•  <?>无限制通配符：表示代表任意类型的参数。可以是任意范围小的类型. 不支持添加元素.取元素的时候,全部当成Object类型处理
•  <? extends E>  :  E 或E的子类,可以是比E范围小很多的子类,不支持添加元素
• <? super E> // E 或E的父类  可以添加元素,可以添加E或E以下类型的元素

如果仅仅是获取数据,使用List<?> 即可,可以作为任意类型参数 List<T> 的父类.

 

Set类:

• java.util.Set集合是Collection集合的子集合，与List集合平级。
• 该集合中元素没有先后放入次序，且不允许重复。
• 该集合的主要实现类是：HashSet类 和 TreeSet类以及LinkedHashSet类。
• 其中HashSet类的底层是采用哈希表进行数据管理的。
• 其中TreeSet类的底层是采用红黑树进行数据管理的。
• 其中LinkedHashSet类与HashSet类的不同之处在于内部维护了一个双向链表，链表中记录了元 素的迭代顺序，也就是元素插入集合中的先后顺序，因此便于迭代

 

 

HashSet 测试:

 

 

package com.lagou.task15;

import java.util.HashSet;
import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.Set;

public class HashSetTest {

    public static void main(String[] args) {

        // 1.声明一个Set类型的引用指向HashSet类型的对象
        Set<String> s1 = new HashSet<>();
        //Set<String> s1 = new LinkedHashSet<>();  // 将放入的元素使用双链表连接起来
        System.out.println("s1 = " + s1); // [啥也没有]

        System.out.println("----------------------------------------------------");
        // 2.向集合中添加元素并打印
        boolean b1 = s1.add("two");
        System.out.println("b1 = " + b1); // true
        System.out.println("s1 = " + s1); // [two]
        // 从打印结果上可以看到元素没有先后放入次序(表面)
        b1 = s1.add("one");
        System.out.println("b1 = " + b1); // true
        System.out.println("s1 = " + s1); // [one, two]   [two, one]

        b1 = s1.add("three");
        System.out.println("b1 = " + b1); // true
        System.out.println("s1 = " + s1); // [one, two, three]  [two, one, three]
        // 验证元素不能重复
        b1 = s1.add("one");
        System.out.println("b1 = " + b1); // false
        System.out.println("s1 = " + s1); // [one, two, three] [two, one, three]
    }
}

 

HashSet的底层是HashMap;

元素放入HashSet集合的原理:

• 使用元素调用hashCode方法获取对应的哈希码值，再由某种哈希算法计算出该元素在数组中的索 引位置。
• 若该位置没有元素，则将该元素直接放入即可。
• 若该位置有元素，则使用新元素与已有元素依次比较哈希值，若哈希值不相同，则将该元素直接放 入。
• 若新元素与已有元素的哈希值相同，则使用新元素调用equals方法与已有元素依次比较。
• 若相等则添加元素失败，否则将元素直接放入即可。

思考：为什么要求重写equals方法后要重写hashCode方法呢？

　　　解析： 当两个元素调用equals方法相等时证明这两个元素相同，重写hashCode方法后保证这两个元 素得到的哈希码值相同，

由同一个哈希算法生成的索引位置相同，此时只需要与该索引位置已有元 素比较即可，从而提高效率并避免重复元素的出现。 

 

TreeSet 类:

• 二叉树主要指每个节点最多只有两个子节点的树形结构。
• 满足以下3个特征的二叉树叫做有序二叉树。

　　　　　　a.左子树中的任意节点元素都小于根节点元素值；

　　　　　　b.右子树中的任意节点元素都大于根节点元素值；

　　　　　　c.左子树和右子树的内部也遵守上述规则；

• 由于TreeSet集合的底层采用红黑树进行数据的管理，当有新元素插入到TreeSet集合时，需要使 用新元素与集合中已有的元素依次比较来确定新元素的合理位置。
• 比较元素大小的规则有两种方式： 使用元素的自然排序规则进行比较并排序，让元素类型实现java.lang.Comparable接口；
• 使用比较器规则进行比较并排序，构造TreeSet集合时传入java.util.Comparator接口；
• 自然排序的规则比较单一，而比较器的规则比较多元化，而且比较器优先于自然排序；

 

 

String类实现了Comparable 接口.内部根据ASCII码比大小.

TreeSet 类测试:

辅助类Student类:

package com.lagou.task15;

public class Student implements Comparable<Student> {
    private String name;
    private int age;

    public Student() {
    }

    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }

    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        //return 0;   // 调用对象和参数对象相等，调用对象就是新增加的对象
        //return -1;  // 调用对象小于参数对象
        //return 1;     // 调用对象大于参数对象
        //return this.getName().compareTo(o.getName());  // 比较姓名
        //return this.getAge() - o.getAge(); // 比较年龄
        /*
        int ia = this.getName().compareTo(o.getName());
        if (0 == ia) {
            return this.getAge() - o.getAge();
        }
        return ia;
         */
        int ia = this.getName().compareTo(o.getName());
        return 0 != ia? ia : this.getAge() - o.getAge();
    }
}

 

package com.lagou.task15;

import java.util.Comparator;
import java.util.Set;
import java.util.TreeSet;

public class TreeSetTest {

    public static void main(String[] args) {

        // 1.准备一个TreeSet集合并打印
        Set<String> s1 = new TreeSet<>();
        System.out.println("s1 = " + s1); // [啥也没有]

        // 2.向集合中添加String类型的对象并打印
        boolean b1 = s1.add("aa");
        System.out.println("b1 = " + b1); // true
        System.out.println("s1 = " + s1); // [aa]

        b1 = s1.add("cc");
        System.out.println("b1 = " + b1); // true
        System.out.println("s1 = " + s1); // [aa, cc]

        b1 = s1.add("bb");
        System.out.println("b1 = " + b1); // true
        // 由于TreeSet集合的底层是采用红黑树实现的，因此元素有大小次序，默认从小到大打印
        System.out.println("s1 = " + s1); // [aa, bb, cc]

        System.out.println("----------------------------------------------------------");
        // 4.准备一个比较器对象作为参数传递给构造方法
        // 匿名内部类： 接口/父类类型 引用变量名 = new 接口/父类类型() { 方法的重写 };
        /*
        Comparator<Student> comparator = new Comparator<Student>() {
            @Override
            public int compare(Student o1, Student o2) {  // o1表示新增加的对象  o2表示集合中已有的对象
                return o1.getAge() - o2.getAge(); // 表示按照年龄比较
            }
        };
        */
        // 从Java8开始支持Lambda表达式: (参数列表) -> { 方法体 }
        Comparator<Student> comparator = (Student o1, Student o2) -> { return o1.getAge() - o2.getAge(); };

        // 3.准备一个TreeSet集合并放入Student类型的对象并打印
        //Set<Student> s2 = new TreeSet<>();
        Set<Student> s2 = new TreeSet<>(comparator);
        s2.add(new Student("zhangfei", 35));
        s2.add(new Student("zhangfei", 30));
        s2.add(new Student("guanyu", 35));
        s2.add(new Student("liubei", 40));
        System.out.println("s2 = " + s2);
    }
}

 

Map集合:

• java.util.Map<k,v>集合中存取元素的基本单位是：单对元素，其中类型参数如下：

　　　　K - 此映射所维护的键(Key)的类型，相当于目录。

　　　　 V - 映射值(Value)的类型，相当于内容。

• 该集合中key是不允许重复的，而且一个key只能对应一个value。
• 该集合的主要实现类有：HashMap类、TreeMap类、LinkedHashMap类、Hashtable类、 Properties类。
• 其中HashMap类的底层是采用哈希表进行数据管理的。
• 其中TreeMap类的底层是采用红黑树进行数据管理的。
• 其中LinkedHashMap类与HashMap类的不同之处在于内部维护了一个双向链表，链表中记录了 元素的迭代顺序，也就是元素插入集合中的先后顺序，因此便于迭代。
• 其中Hashtable类是古老的Map实现类，与HashMap类相比属于线程安全的类，且不允许null作 为key或者value的数值。
• 其中Properties类是Hashtable类的子类，该对象用于处理属性文件，key和value都是String类 型的。
• Map集合是面向查询优化的数据结构, 在大数据量情况下有着优良的查询性能。
• 经常用于根据key检索value的业务场景。

Set 和Map的联系:Set使用了Map,Set的元素作为Map的第一个参数,第二个参数是Object类型的对象.

TreeMap相关常量:

• HashMap默认容量是16,加载因子DEFAULT_LOAD_FACTOR =0.75,即容量达到12的时候需要进行扩容.
• TREEIFY_THRESHOLD：若Bucket中链表长度大于该默认值则转化为红黑树存储，该数值是8。
• MIN_TREEIFY_CAPACITY：桶中的Node被树化时最小的hash表容量，该数值是64

常用方法:

 

 

package com.lagou.task15;

import java.util.Collection;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Set;

public class MapTest {

    public static void main(String[] args) {

        // 1.准备一个Map集合并打印
        Map<String, String> m1 = new HashMap<>();
        // 自动调用toString方法，默认打印格式为：{key1=value1, key2=value2, ...}
        System.out.println("m1 = " + m1); // {啥也没有}

        // 2.向集合中添加元素并打印
        String str1 = m1.put("1", "one");
        System.out.println("原来的value数值为：" + str1); // null
        System.out.println("m1 = " + m1); // {1=one}

        str1 = m1.put("2", "two");
        System.out.println("原来的value数值为：" + str1); // null
        System.out.println("m1 = " + m1); // {1=one, 2=two}

        str1 = m1.put("3", "three");
        System.out.println("原来的value数值为：" + str1); // null
        System.out.println("m1 = " + m1); // {1=one, 2=two, 3=three}
        // 实现了修改的功能
        str1 = m1.put("1", "eleven");
        System.out.println("原来的value数值为：" + str1); // one
        System.out.println("m1 = " + m1); // {1=eleven, 2=two, 3=three}

        System.out.println("-------------------------------------------------------------");
        // 3.实现集合中元素的查找操作
        boolean b1 = m1.containsKey("11");
        System.out.println("b1 = " + b1); // false
        b1 = m1.containsKey("1");
        System.out.println("b1 = " + b1); // true

        b1 = m1.containsValue("one");
        System.out.println("b1 = " + b1); // false
        b1 = m1.containsValue("eleven");
        System.out.println("b1 = " + b1); // true

        String str2 = m1.get("5");
        System.out.println("str2 = " + str2); // null
        str2 = m1.get("3");
        System.out.println("str2 = " + str2); // three

        System.out.println("-------------------------------------------------------------");
        // 4.实现集合中元素的删除操作
        str2 = m1.remove("1");
        System.out.println("被删除的value是：" + str2); // eleven
        System.out.println("m1 = " + m1); // {2=two, 3=three}

        System.out.println("-------------------------------------------------------------");
        // 5.获取Map集合中所有的key并组成Set视图
        Set<String> s1 = m1.keySet();
        // 遍历所有的key
        for (String ts : s1) {
            System.out.println(ts + "=" + m1.get(ts));
        }

        System.out.println("-------------------------------------------------------------");
        // 6.获取Map集合中所有的Value并组成Collection视图
        Collection<String> co = m1.values();
        for (String ts : co) {
            System.out.println("ts = " + ts);
        }

        System.out.println("-------------------------------------------------------------");
        // 7.获取Map集合中所有的键值对并组成Set视图
        Set<Map.Entry<String, String>> entries = m1.entrySet();
        for (Map.Entry<String, String> me : entries) {
            System.out.println(me);
        }
    }
}

 

 

HashMap 插入元素源码分析:

 

1.拿到key的hashcode hash ^ hash>>>16 ,提高低16位的散列性
2. (数组长度-1)& hash,可以把hash映射到数组下标位置
　　因为hashmap 数组长度是2的n次方,减1后,永远是0后面全1,这样可以使用&操作代替取余操作,提高效率
3.如果当前数组位置没有元素直接插入
4.如果已经有元素,判断是红黑树还是链表
a.如果是链表,逐一比较,如果 hash值相同并且 key地址相等 并且key equals老key,修改原来的值,如果都不相等,则在链表末尾插入
b.如果是红黑树,key值相等修改,key不同则在红黑树插入
5.判断链表长度=8,变成红黑树存储
6.判断size大于临界值(数组长度*加载因子),扩容为原来的2倍,保证数组长度是2的n次方,重新散列所有元素

 Collections 类:

常用方法:

 

 

 

package com.lagou.task15;

import com.lagou.task10.StaticOuter;

import java.util.*;

public class CollectionsTest {

    public static void main(String[] args) {

        // 1.准备一个集合并初始化
        List<Integer> lt1 = Arrays.asList(10, 30, 20, 50, 45);
        // 2.实现集合中元素的各种操作
        System.out.println("集合中的最大值是：" + Collections.max(lt1)); // 50
        System.out.println("集合中的最小值是：" + Collections.min(lt1)); // 10

        // 实现集合中元素的反转
        Collections.reverse(lt1);
        System.out.println("lt1 = " + lt1); // [45, 50, 20, 30, 10]
        // 实现两个元素的交换
        Collections.swap(lt1, 0, 4);
        System.out.println("交换后：lt1 = " + lt1); // [10, 50, 20, 30, 45]
        // 实现元素的排序
        Collections.sort(lt1);
        System.out.println("排序后：lt1 = " + lt1); // [10, 20, 30, 45, 50]
        // 随机置换
        Collections.shuffle(lt1);
        System.out.println("随机置换后：lt1 = " + lt1); // [30, 10, 45, 20, 50] 随机
        // 实现集合间元素的拷贝
        //List<Integer> lt2 = new ArrayList<>(20);
        List<Integer> lt2 = Arrays.asList(new Integer[10]);
        System.out.println("lt1的大小是：" + lt1.size());
        System.out.println("lt2的大小是：" + lt2.size());
        // 表示将lt1中的元素拷贝到lt2中
        Collections.copy(lt2, lt1);
        System.out.println("lt2 = " + lt2);
    }
}

 

 

文章来自拉勾教育 大数据开发