JAVA高级编程——集合

目录

1.1  JAVA集合框架概述

1.2 Collection接口的方法

1.3 Collection子接口

1.3.1  Collection子接口一：List

1.3.2  Collection子接口一：Set

1.4 Map接口

1.5  Collections工具类

1.1  JAVA集合框架概述

 |----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 

                   |----ArrayList、LinkedList、Vector

|----Set接口：存储无序的、不可重复的数据。--->高中讲的“集合” 

                   |----HashSet、LinkedHashSet、TreeSet

|----Map接口：双列集合，用来存储一对(key - value)一对的数据 --->高中函数：y = f(x)

|----HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、Hashtable、Properities

1.2 Collection接口的方法

• add(Object e):将元素e添加到集合coll中
• size():获取添加的元素的个数
• addAll(Collection coll1):将coll1集合中的元素添加到当前的集合中
• clear():清空集合元素
• isEmpty():判断当前集合是否为空
• contains(Object obj):判断当前集合中是否包含obj，在判断时会调用obj对象所在类的equals()
• containsAll(Collection coll1):判断形参coll1中的所有元素是否都存在于当前集合中
• remove(Object obj):从当前集合中移除obj元素
• removeAll(Collection coll1):差集：从当前集合中移除coll1中所有的元素
• retainAll(Collection coll1):交集：获取当前集合和coll1集合的交集，并返回给当前集合
• equals(Object obj):要想返回true，需要当前集合和形参集合的元素都相同
• hashCode():返回当前对象的哈希值
• toArray()：集合--->数组
• Arrays.asList():数组 ---> 集合
• iterator():返回Iterator接口的实例，用于遍历集合元素——

                            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());

                            }

                           foreach:

for(Object obj : coll){
                      System.out.println(obj);
                  }
           

1.3 Collection子接口

1.3.1  Collection子接口一：List

(1)List接口框架

|----List接口：存储有序的、可重复的数据。 --->“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[] elementData存储,1.5倍扩容

* |----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,2倍扩容

(2)ArrayList的源码分析：

* 2.1 jdk 7 的情况下

* 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，底层才创建了长度为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

（3）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; //双指针

            Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {

                             this.item = element;

                             this.next = next;

                             this.prev = prev;

            }

 }

（4）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。

（5）List接口中的常用方法：

• 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迭代器方式 ②增强for循环 ③普通的for循环

1.3.2  Collection子接口一：Set

(1)Set接口框架

|----Set接口：存储无序的、不可重复的数据。--->高中讲的“集合”

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。

|----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。（只能添加相同类的对象）

（2）Set添加元素的过程（以HashSet为例）

        要求：向Set中添加的数据，其所在的类一定要重写hashCode()和equals()方法。

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3

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放在数组中，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。

（3）LinkedHashSet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

（4）TreeSet排序

（a）自然排序：比较两个对象是否相同的标准为：compareTo()返回0，不再是equals()。

1.类实现Comparable接口

2.重写compareTo方法

（b）定制排序：比较两个对象是否相同的标准为：compareTo()返回0，不再是equals()。

1.自己创建一个Comparator

Comparator com = new Comparator() {

           //按照年龄从小到大排列

           @Override

           public int compare(Object o1, Object o2) {

                     if(o1 instanceof User && o2 instanceof User){

                                        User u1 = (User) o1;

                                        User u2 = (User) o2;

                                        return Integer.compare(u1.getAge(),u2.getAge());

                            }else{

                                       throw new RuntimeException("输入的数据类型不匹配");

                            }

                   }

};

2.TreeSet set = new TreeSet(com);

1.4 Map接口

（1）Map接口框架

|----Map：双列数据，存储key-value对的数据 

|----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。

HashMap的底层：数组+链表（jdk7及之前）；数组+链表+红黑树（jdk8）

|----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，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

（2）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

（3）HahsMap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。

 * 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

           * 2.jdk 8底层的数组是：Node[]，而非Entry[]

           * 3.首次调用put()方法时，底层创建长度为16的数组

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

（3）LinkedHashMap的底层实现原理(了解)：

源码中：

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);

           }

 }

（4）Map中定义的方法

* 添加：put(Object key,Object value)

* 删除：remove(Object key)

* 修改：put(Object key,Object value)

* 查询：get(Object key)

* 长度：size()

* 包含：containsKey(Object key)

* 遍历：keySet()/values()/entrySet()

（5）TreeMap排序——同TreeSet排序

1.5  Collections工具类

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):

Object max(Collection,Comparator):

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

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