java集合（一）——集合框架 Collection, Map

java集合（一）——集合框架 Collection, Map

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本篇文章主要对java集合的框架进行介绍，使大家对java集合的整体框架有个了解。
具体介绍了Collection接口，Map接口以及 Collection 接口的三个子接口Set，List，Queue。

1. Java集合类简介：

Java集合大致可以分为Set、List、Queue和Map四种体系，其中
- Set代表无序、不可重复的集合；
- List代表有序、重复的集合；
- Map则代表具有映射关系的集合，
- Java 5 又增加了Queue体系集合，代表一种队列集合实现。

  Java集合就像一种容器，可以把多个对象（实际上是对象的引用，但习惯上都称对象）“丢进”该容器中。从Java 5 增加了泛型以后，Java集合可以记住容器中对象的数据类型，使得编码更加简洁、健壮。

2. Java集合和数组的区别：

1. 数组长度在初始化时指定，意味着只能保存定长的数据。而集合可以保存数量不确定的数据。同时可以保存具有映射关系的数据（即关联数组，键值对 key-value）。
2. 数组元素即可以是基本类型的值，也可以是对象。集合里只能保存对象（实际上只是保存对象的引用变量），基本数据类型的变量要转换成对应的包装类才能放入集合类中。

3. Java集合类之间的继承关系

Java的集合类主要由两个接口派生而出：Collection和Map, Collection和Map是Java集合框架的根接口。

图中，ArrayList,HashSet,LinkedList,TreeSet是我们经常会有用到的已实现的集合类。

Map实现类用于保存具有映射关系的数据。Map保存的每项数据都是key-value对，也就是由key和value两个值组成。Map里的key是不可重复的，key用户标识集合里的每项数据。

图中，HashMap，TreeMap是我们经常会用到的集合类。

4. Collection 接口

4.1 简介

Collection接口是Set,Queue,List的父接口。Collection接口中定义了多种方法可供其子类进行实现，以实现数据操作。由于方法比较多，就偷个懒，直接把JDK文档上的内容搬过来。

可以看出Collection用法有：添加元素，删除元素，返回Collection集合的个数以及清空集合等。
其中重点介绍iterator()方法，该方法的返回值是Iterator。

Iterator接口中主要定义了2个方法：

下面程序简单示范了通过Iterator对象逐个获取元素的逻辑。

public class IteratorExample {
    public static void main(String[] args){
        //创建集合，添加元素  
        Collection<Day> days = new ArrayList<Day>();
        for(int i =0;i<10;i++){
            Day day = new Day(i,i*60,i*3600);
            days.add(day);
        }
        //获取days集合的迭代器
        Iterator<Day> iterator = days.iterator();
        while(iterator.hasNext()){//判断是否有下一个元素
            Day next = iterator.next();//取出该元素
            //逐个遍历，取得元素后进行后续操作
            .....
        }
    }

}

注意：当使用Iterator对集合元素进行迭代时，Iterator并不是把集合元素本身传给了迭代变量，而是把集合元素的值传给了迭代变量（就如同参数传递是值传递，基本数据类型传递的是值，引用类型传递的仅仅是对象的引用变量），所以修改迭代变量的值对集合元素本身没有任何影响。

下面的程序演示了这一点：

public class IteratorExample {
    public static void main(String[] args){
        List<String> list =Arrays.asList("java语言","C语言","C++语言");
        Iterator<String> iterator = list.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            String next = iterator.next();//集合元素的值传给了迭代变量，仅仅传递了对象引用。保存的仅仅是指向对象内存空间的地址
            next ="修改后的";
            System.out.println(next);

        }
        System.out.println(list);
    }
}

输出结果如下：

修改后的
修改后的
修改后的
[java语言, C语言, C++语言]

下面具体介绍Collection接口的三个子接口Set，List，Queue。

4.2 Set 集合

4.2.1 简介

Set集合与Collection集合基本相同，没有提供任何额外的方法。实际上Set就是Collection，只是行为略有不同（Set不允许包含重复元素）。

Set集合不允许包含相同的元素，如果试图把两个相同的元素加入同一个Set集合中，则添加操作失败，add()方法返回false，且新元素不会被加入。

4.3 List集合

4.3.1 简介

List集合代表一个元素有序、可重复的集合，集合中每个元素都有其对应的顺序索引。List集合允许使用重复元素，可以通过索引来访问指定位置的集合元素 。List集合默认按元素的添加顺序设置元素的索引，例如第一个添加的元素索引为0，第二个添加的元素索引为1……

List作为Collection接口的子接口，可以使用Collection接口里的全部方法。而且由于List是有序集合，因此List集合里增加了一些根据索引来操作集合元素的方法。

4.3.2 接口中定义的方法

方法	描述
void add(int index, Object element)	在列表的指定位置插入指定元素（可选操作）
boolean addAll(int index, Collection c)	将集合c 中的所有元素都插入到列表中的指定位置index处
Object get(int index)	返回列表中指定位置的元素
int indexOf(Object o)	返回此列表中第一次出现的指定元素的索引；如果此列表不包含该元素，则返回 -1
int lastIndexOf(Object o)	返回此列表中最后出现的指定元素的索引；如果列表不包含此元素，则返回 -1
Object remove(int index)	移除列表中指定位置的元素
Object set(int index, Object element)	用指定元素替换列表中指定位置的元素
List subList(int fromIndex, int toIndex)	返回列表中指定的 fromIndex（包括 ）和 toIndex（不包括）之间的所有集合元素组成的子集
Object[] toArray()	返回按适当顺序包含列表中的所有元素的数组（从第一个元素到最后一个元素）
void replaceAll(UnaryOperator operator)	根据operator指定的计算规则重新设置List集合的所有元素
void sort(Comparator c)	根据Comparator参数对List集合的元素排序

Java 8还为List接口添加了最后两个默认方法。

4.4 Queue集合

4.4.1 简介

Queue用户模拟队列这种数据结构，队列通常是指“先进先出”(FIFO，first-in-first-out)的容器。队列的头部是在队列中存放时间最长的元素，队列的尾部是保存在队列中存放时间最短的元素。新元素插入（offer）到队列的尾部，访问元素（poll）操作会返回队列头部的元素。通常，队列不允许随机访问队列中的元素。

4.4.2 接口中定义的方法

5. Map集合

5.1 简介

Map用户保存具有映射关系的数据，因此Map集合里保存着两组数，一组值用户保存Map里的key,另一组值用户保存Map里的value，key和value都可以是任何引用类型的数据。Map的key不允许重复，即同一个Map对象的任何两个key通过equals方法比较总是返回false。

如下图所描述，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。从Map中取出数据时，只要给出指定的key，就可以取出对应的value。

5.2. Map集合与Set集合、List集合的关系

1. 与set集合的联系

如果 把Map里的所有key放在一起看，它们就组成了一个Set集合（所有的key没有顺序，key与key之间不能重复），实际上Map确实包含了一个keySet()方法，用户返回Map里所有key组成的Set集合。

2. 与List集合的联系

如果把Map里的所有value放在一起来看，它们又非常类似于一个List：元素与元素之间可以重复，每个元素可以根据索引来查找，只是Map中索引不再使用整数值，而是以另外一个对象作为索引。

5.3 接口中定义的方法

Map中还包括一个内部类Entry，该类封装了一个key-value对。Entry包含如下三个方法：

Map集合最典型的用法就是成对地添加、删除key-value对，然后就是判断该Map中是否包含指定key，是否包含指定value，也可以通过Map提供的keySet()方法获取所有key组成的集合，然后使用foreach循环来遍历Map的所有key，根据key即可遍历所有的value。

下面程序代码示范Map的一些基本功能：

public class MapTest {
    public static void main(String[] args){
        Day day1 = new Day(1, 2, 3);
        Day day2 = new Day(2, 3, 4);
        Map<String,Day> map = new HashMap<String,Day>();
        //成对放入key-value对
        map.put("第一个", day1);
        map.put("第二个", day2);
        //判断是否包含指定的key
        System.out.println(map.containsKey("第一个"));
        //判断是否包含指定的value
        System.out.println(map.containsValue(day1));
        //循环遍历
        //1.获得Map中所有key组成的set集合
        Set<String> keySet = map.keySet();
        //2.使用foreach进行遍历
        for (String key : keySet) {
            //根据key获得指定的value
            System.out.println(map.get(key));
        }
        //根据key来移除key-value对
        map.remove("第一个");
        System.out.println(map);
    }

}

输出结果：

true
true
Day [hour=2, minute=3, second=4]
Day [hour=1, minute=2, second=3]
{第二个=Day [hour=2, minute=3, second=4]}

以上就java集合框架的概括内容，通过这篇文章可以了解java集合中错中复杂的关系，同时掌握一些基本的概念以及对集合的操作方法。

后续文章将对java集合中的具体实现类进行深入了解。有兴趣的话可以观看后续内容，进一步了解java集合内容。

java集合(二)——集合 Set

java集合(三)——集合 List

java集合(四)——集合 Queue

java集合(五)——集合 Map