动态引用存储——集合&&精确的集合定义——泛型

1，集合宏观理解

1.1，为什么引入集合？

对于面向对象的语言来说，操作对象的功能不可或缺。

为了方便对对象进行操作和处理，就必须要对对象进行暂时的存储。【数据最终存在数据库里】

使用数组来存储对象的最大问题就是数组长度的固定性。（不灵活，难扩展）

Java中的集合，可以动态的将对象的引用存储在容器中。（灵活可扩展）

1.2，为什么数组长度是固定的？为什么集合是动态的？

数组在数据结构中被定义为线性结构，其内存空间是连续的。所以数组在初始化时必须指定长度。

【如果不指定，系统没法分配内存】

而集合，，，

百度了一下：参考一下这篇文章

集合各实现类的底层实现原理

• ArrayList的底层使用数组结构，当集合需要扩容的时候，将老数组中的元素拷贝到一份新的数组中。

• LinkedList底层使用双向链表，双向链表这种数据结构大致分为三个部分，数据域存储数据的，然后一个pre，一个next分别指向前一个和后一个节点的引用。链表的扩容就比较容易实现了，直接加一个节点就完事了。

....

集合实现动态的方式大致可以分为两种，

其一在数组的基础上做一些处理，

其二采用更加适合动态存储的数据结构，比如说双向链表。

1.3，集合的体系结构

放图，

关于Collection和Map

Java集合类主要由Collection和Map派生而出。Collection是一个接口，是高度抽象出来的集合，它包含了集合的基本操作和属性；Map是一个映射接口，即key-value键值对。

Collection

• List 有序可重复
  • ArrayList
  • LinkedList
  • Vector
  • Stack
• Set 无序不重复【集合】
  • HashSet
  • LinkedSet
  • TreeSet

Map

• HashMap
• TreeMap
• HashTable
• ConcurrentHashMap

2，集合API

Collection接口方法

Iterator接口（迭代器：主要用于遍历）

1.ArrayList

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
public class Main
{
public static void main(String []args)
{
        ArrayList  list = new ArrayList();
        list.add("A");//将指定的元素追加到此列表的尾部
        list.add(1,"B");//插入列表的指定位置
        list.add("C");
        list.add("D");
        list.add("E");
        //for遍历
        System.out.println("for遍历");
        for(Object element:list)
        {
        System.out.println(element);
        }
        System.out.println("------------------");
        //用迭代器遍历
        //获取迭代器
        System.out.println("迭代器遍历");
        Iterator  iterator = list.iterator();
        //如果仍有元素可以迭代，则返回 true。
        while(iterator.hasNext())
        {
        System.out.println(iterator.next());//      返回迭代的下一个元素。
        }
        System.out.println("------------------");
        //删除元素remove
        System.out.println("删除前：");
        for(Object element:list)
        {
        System.out.println(element);
        }
        list.remove(0);
        list.remove(2);
        System.out.println("------------------");
        System.out.println("删除后：");
        for(Object element:list)
        {
        System.out.println(element);
        }
}
}

2.LinkedList

import java.util.LinkedList;
import java.util.Iterator;
public class Main
{
public static void main(String []args)
{
        LinkedList li= new LinkedList();

        li.addFirst("C");
        li.addLast("D");
        li.addFirst("B");
        li.addLast("E");
        li.addFirst("A");
        li.addLast("F");

        System.out.println( "直接输出");
        System.out.println(li);
        System.out.println("--------------------");

        System.out.println( "用for输出");
        for(Object str:li)
        {System.out.println(str);}
        System.out.println("--------------------");

        System.out.println( "用迭代器输出");
        Iterator iterator= li.iterator();
        while(iterator.hasNext())
        {System.out.println(iterator.next());}
        System.out.println("--------------------");


        System.out.println("访问");
        System.out.println("peekFirst:"+li.peekFirst());//getFirst,getLast
        System.out.println("peekLast:"+li.peekLast());

        System.out.println("删除");
        System.out.println(li.removeFirst());//pollFirst,pollLast
        System.out.println(li.removeLast());
        System.out.println("--------------------");


        System.out.println("用for输出");
        for(Object str:li)
        {System.out.println(str);}
        System.out.println("--------------------");
        }
}

3.HashSet

import java.util.Date;
import java.util.HashSet;
import java.util.Iterator;

public class Main {

    public static void main(String[] args) {

        Date currentDate =  new Date();

        HashSet hs= new HashSet();
        //添加元素
        hs.add(currentDate.toString());
        hs.add(new String("2"));
        hs.add("3");


        hs.add("3");//不能包含重复元素，被自动覆盖

        System.out.println("for 迭代输出");
        
        for(Object element:hs)
        {System.out.println(element); }

        System.out.println("Iterator 迭代输出");
        
        Iterator iterator=hs.iterator();
        while(iterator.hasNext())
        {
            System.out.println(iterator.next());
        }
        //删除元素
        hs.remove("2");
        hs.remove(currentDate.toString());

        System.out.println("删除元素后输出：");
        
        for(Object element:hs)
        {
            System.out.println(element);
        }

}

}

4.TreeSet

//TreeSet默认自动排序

import java.util.TreeSet;
import java.util.Iterator;
public class Main {
    public static void main(String args[]) {
        TreeSet tr = new TreeSet();
        tr.add("B");
        tr.add("A");
        tr.add("D");
        tr.add("E");
        System.out.println("直接输出集合对象");

        System.out.println(tr);

        System.out.println("for遍历输出");
        for (Object element : tr) {
            System.out.println(element);
        }
        System.out.println("Iterator迭代输出");
        Iterator iterator = tr.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }
}

5.HashMap

import java.util.HashMap;
public class Main
{
    public static void main(String []args)
    {
        HashMap hs = new HashMap<>();
        //写入数据
        System.out.println("写入数据...");
        System.out.println("...");
        hs.put(1,"华晨宇");
        hs.put(2,"周杰伦");
        hs.put(3,"刘若英");
        hs.put(4,"许嵩");
        //读取数据
        System.out.println("读取数据...");
        System.out.println("...");
        System.out.println(hs.get(1));
        System.out.println(hs.get(2));
        System.out.println(hs.get(3));
        System.out.println(hs.get(4));
        //删除数据
        System.out.println("...");
        System.out.println("删除数据...");
        hs.remove(1);
        System.out.println(hs.get(1));
    }
}

---

3，集合的原理

ArrayList

• ArrayList基于数组实现，默认为数组初始化长度为10。

• ArrayList扩容机制

  元素个数超过了10个，ArrayList底层会新生成一个数组，长度为原数组的1.5倍+1，然后将原数组的内容复制到新数组当中，并且后续增加的内容都会放到新数组当中。当新数组无法容纳增加的元素时，重复该过程。

  一旦数组超出长度，就开始扩容数组。扩容数组调用的方法 Arrays.copyOf(objArr, objArr.length + 1);

LinkedList

基于双向链表实现

HashMap

• 关于HashMap的存储结构

  JDK1.8之前采用数组+链表的方式存储，之后采用数据+链表+红黑树存储。

  红黑树的主要目的是使用链地址法处理hash冲突带来的链表过长的问题。

• 关于hash冲突

  hash的思想就是通过散列算法（压缩映射）将任意长度的输入，变成固定长度的输出。

  散列算法的问题：不同对象通过散列算法计算的hashCode相同。

4，集合相关面试题

1，说说常见的集合有哪些？

Map和Collection接口是所有集合框架的父接口：

1. Collection接口的子接口包括：Set接口（无序不重复）和List接口（有序可重复）
2. Set接口的实现类主要有：HashSet、TreeSet、LinkedHashSet等
3. List接口的实现类主要有：ArrayList、LinkedList、Stack以及Vector等
4. Map接口的实现类主要有：HashMap、TreeMap、Hashtable、ConcurrentHashMap

Map中HashMap是线程不安全的，HashTable虽然线程安全，但是锁的粒度比较大。通常使用ConcurrentHashMap代替。

2，ArrayList ， LinkedList，Vector的区别

【实现方式】

• ArrayList和Vector：基于数组实现

• LinkedList：基于双向链表实现

【线程安全】

• Vector使用synchronized锁保证线程安全，效率较低
• ArrayList和Vector是线程不安全的

【效率问题】

• 基于数组实现的查询效率高，插入删除效率低
• 基于链表实现的插入删除效率高，查询效率低

【扩容问题】

• Vector 在数据满时（加载因子1）增长为原来的两倍（扩容增量：原容量的 2 倍）
• ArrayList 在数据量达到容量的一半时（加载因子 0.5）增长为原容量的 (0.5 倍 + 1) 个空间。
• LinkedList基于双向链表实现，不考虑扩容问题。

Array 和 ArrayList 有什么区别？什么时候该应 Array 而不是 ArrayList 呢？

1. Array 可以包含基本类型和对象类型，ArrayList 只能包含对象类型。
2. Array 大小是固定的，ArrayList 的大小是动态变化的。

3，HashMap，HashTable和ConcurrentHashMap区别

【线程安全问题】

HashMap是线程不安全的。

HashTable使用Synchronize锁保证线程安全；

ConcurrentHashMap使用分段锁保证线程安全。

【锁的粒度问题】

HashTable使用Synchronize锁保证线程安全，锁粒度过大，效率低。

ConcurrentHashMap使用分段锁保证线程安全，锁粒度较小，效率高

HashMap的扩容操作是怎么实现的？

HashMap是怎么解决哈希冲突的？

Hash本质上是一种压缩映射，散列值占用的空间远远小于输入的空间，但是这种压缩映射会存在一个问题：不同的输入值得到了相同的Hash值。

解决hash冲突的方法：

• 链地址法：

4，HashMap和TreeMap的选择

插入，删除定位选用HashMap，对key集合有序遍历选用TreeMap。

数组和List之间如何转换？

数组转List：Arrays.asList(array);

List转数组：List自带toArray()方法；

关于迭代器Iterator

Iterator提供遍历任何Collection的接口。其特点是更加安全，在遍历的时候如果集合被修改会抛出ConcurrentModificationException异常。

Iterator和ListIterator的区别？

遍历范围：

• Iterator可以遍历Set和List，ListIterator只能遍历List

遍历方向：

• Iterator只能从前往后遍历，ListIterator可以双向遍历（反转）

5，集合通用性导致的问题

当把一个元素丢进集合后，集合为了更好的通用性，都会编译成Object类。

导致的问题：

• 不同对象保存到同一指定集合的异常
• 取出集合中元素导致的强制类型转换异常

什么是泛型？

参数化类型！！！
什么是参数化类型？？？
将具体的类型（如String，Integer）抽象成参数。

泛型的作用

• 消除了集合中的强制类型转换，减少异常。
• 指定了对象的限定类型，实现了Java的类型安全。
• 合并代码。提高重用率。

泛型的表现形式

菱形语法：

List<String> list = new List<>();
Map<Integer , String > = new Map<>();

泛型类

//泛型类
public class Main<T>
{
    private T data;
    public Main(T data)
    {
        this.data=data;
    }
    public T getData()
    {
        return data;
    }
    public static void main(String []args)
    {
        Main<Integer> g1 = new Main<Integer>(1222);
        System.out.println(g1.getData());

        Main<Double> g2 = new Main<Double>(1222.1222);
        System.out.println(g2.getData());

        Main<String> g3 = new Main<String>("cat");
        System.out.println(g3.getData());

    }
}

泛型方法

public class Main
{
    public static <E> void printArray(E inputArray[])
    {
        for(E element:inputArray)
        {
            System.out.printf("%s",element);
        }
    }

    public static void main(String args[])
    {
        Integer intArray[]= {1,2,3,4,5};
        Double doubleArray[]= {1.1,2.2,3.3,4.4,5.5};
        Character charArray[]= {'A','B','C'};

        System.out.printf("整型数组为:\n");
        printArray(intArray);
        System.out.printf("\n");


        System.out.printf("双精度数组为:\n");
        printArray(doubleArray);
        System.out.printf("\n");

        System.out.printf("字符型数组为:\n");
        printArray(charArray);
        System.out.printf("\n");

    }

}

泛型接口

public interface TestInterface<T> {
    public T next();
}

import java.util.Random;

public class Main implements TestInterface<String>
{
    String list[]={"L","A","C"};
    @Override
    public String next()
    {
        Random rand = new Random();
        return list[rand.nextInt(2)];
    }
    public static void main(String[] args)
    {
        Main obj = new Main();
        System.out.println(obj.next());
    }
}