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Java集合学习笔记

程序员文章站 2024-02-16 10:37:40
...

Java集合

1.什么是集合

1.1 概念

​ 对象的容器,定义了对多个对象进行操作的常用方法。可以实现数组的功能。

1.2 和数组区别:

  • 数组长度固定,集合长度不固定
  • 数组可以存储基本类型和引用类型,集合只能引用类型(通过装箱操作将基本类型转换为引用类型)

1.3 位置

java.util.*

2. Collection体系集合

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-PZYOwZjt-1604324784310)(C:/Users/CHENLH/AppData/Roaming/Typora/typora-user-images/image-20200811215607411.png)]

Java集合学习笔记

2.1 Collection接口

根接口,代表一组对象,称为集合

2.1.1 方法摘要

Modifier and Type Method and Description
boolean add(E e)确保此集合包含指定的元素(可选操作)。
boolean addAll(Collection<? extends E> c)将指定集合中的所有元素添加到此集合(可选操作)。
void clear()从此集合中删除所有元素(可选操作)。
boolean contains(Object o)如果此集合包含指定的元素,则返回 true
boolean containsAll(Collection<?> c)如果此集合包含指定 集合中的所有元素,则返回true。
boolean equals(Object o)将指定的对象与此集合进行比较以获得相等性。
int hashCode()返回此集合的哈希码值。
boolean isEmpty()如果此集合不包含元素,则返回 true
Iterator<E> iterator()返回此集合中的元素的迭代器。
default Stream<E> parallelStream()返回可能并行的 Stream与此集合作为其来源。
boolean remove(Object o)从该集合中删除指定元素的单个实例(如果存在)(可选操作)。
boolean removeAll(Collection<?> c)删除指定集合中包含的所有此集合的元素(可选操作)。
default boolean removeIf(Predicate<? super E> filter)删除满足给定谓词的此集合的所有元素。
boolean retainAll(Collection<?> c)仅保留此集合中包含在指定集合中的元素(可选操作)。
int size()返回此集合中的元素数。
default Spliterator<E> spliterator()创建一个Spliterator在这个集合中的元素。
default Stream<E> stream()返回以此集合作为源的顺序 Stream
Object[] toArray()返回一个包含此集合中所有元素的数组。
<T> T[] toArray(T[] a)返回包含此集合中所有元素的数组;返回的数组的运行时类型是指定数组的运行时类型。

2.1.2 Iterator迭代器

  • hasNext();有没有下一个元素
  • next();获取下一个元素
  • remove();删除当前元素

在迭代器中不能使用Collection自带的remove方法。第一次调用Iterator的next()方法时,它返回序列的第一个元素。

2.2 List接口

2.2.1 特点

  • 有序
  • 有下标
  • 元素可重复

2.2.2 方法摘要

Modifier and Type Method and Description
void add(String item)将指定的项目添加到滚动列表的末尾。
void add(String item, int index)将指定的项目添加到由索引指示的位置的滚动列表中。
void addActionListener(ActionListener l)添加指定的动作侦听器以从此列表接收动作事件。
void addItem(String item)已弃用换成add(String)
void addItem(String item, int index)已弃用换成add(String, int)
void addItemListener(ItemListener l)添加指定的项目侦听器以从该列表接收项目事件。
void addNotify()创建列表的对等体。
boolean allowsMultipleSelections()已弃用从JDK 1.1版开始,由isMultipleMode()
void clear()已弃用截至JDK 1.1版,由removeAll()
int countItems()已弃用从JDK 1.1版开始,替换为getItemCount()
void delItem(int position)已弃用替换为remove(String)remove(int)
void delItems(int start, int end)已弃用从JDK 1.1版开始,未来不会公开使用。这种方法只能作为一个包私有方法保留。
void deselect(int index)取消选择指定索引处的项目。
AccessibleContext getAccessibleContext()获取 AccessibleContext与此相关 List
ActionListener[] getActionListeners()返回在此列表中注册的所有动作侦听器的数组。
String getItem(int index)获取与指定索引关联的项目。
int getItemCount()获取列表中的项目数。
ItemListener[] getItemListeners()返回在此列表中注册的所有项目侦听器的数组。
String[] getItems()获取列表中的项目。
<T extends EventListener>T[] getListeners(类<T> listenerType)返回当前注册为 *Foo*Listener的所有对象的数组,此 List
Dimension getMinimumSize()确定此滚动列表的最小大小。
Dimension getMinimumSize(int rows)获取具有指定行数的列表的最小尺寸。
Dimension getPreferredSize()获取此滚动列表的首选大小。
Dimension getPreferredSize(int rows)获取具有指定行数的列表的首选尺寸。
int getRows()获取此列表中的可见行数。
int getSelectedIndex()获取列表中所选项目的索引,
int[] getSelectedIndexes()获取列表中选定的索引。
String getSelectedItem()获取此滚动列表中选定的项目。
String[] getSelectedItems()获取此滚动列表中选定的项目。
Object[] getSelectedObjects()在对象数组中获取此滚动列表中选定的项目。
int getVisibleIndex()获取最后通过方法 makeVisible可见的项目的索引。
boolean isIndexSelected(int index)确定是否选择了此滚动列表中的指定项目。
boolean isMultipleMode()确定此列表是否允许多个选择。
boolean isSelected(int index)已弃用从JDK 1.1版开始,由isIndexSelected(int)
void makeVisible(int index)使指定索引处的项目可见。
Dimension minimumSize()已弃用从JDK 1.1版开始,替换为getMinimumSize()
Dimension minimumSize(int rows)已弃用从JDK 1.1版开始,由getMinimumSize(int)
protected String paramString()返回表示此滚动列表状态的参数字符串。
Dimension preferredSize()已弃用从JDK 1.1版开始,替换为getPreferredSize()
Dimension preferredSize(int rows)已弃用截至JDK 1.1版,由getPreferredSize(int)
protected void processActionEvent(ActionEvent e)通过将此组件发送到任何已注册的 ActionListener对象来处理此组件上发生的操作事件。
protected void processEvent(AWTEvent e)在此滚动列表中处理事件。
protected void processItemEvent(ItemEvent e)通过将它们发送到任何已注册的 ItemListener对象来处理在此列表上发生的项目事件。
void remove(int position)从此滚动列表中移除指定位置的项目。
void remove(String item)从列表中删除项目的第一次出现。
void removeActionListener(ActionListener l)删除指定的动作侦听器,使其不再从此列表中接收到动作事件。
void removeAll()从此列表中删除所有项目。
void removeItemListener(ItemListener l)删除指定的项目监听器,使其不再从此列表中接收项目事件。
void removeNotify()删除此列表的对等体。
void replaceItem(String newValue, int index)使用新的字符串替换滚动列表中指定索引处的项目。
void select(int index)选择滚动列表中指定索引处的项目。
void setMultipleMode(boolean b)设置确定此列表是否允许多个选择的标志。
void setMultipleSelections(boolean b)已弃用从JDK 1.1版开始,替换为setMultipleMode(boolean)

remove方法

如果想使用remove方法删除两个内容一样的同一对象,可以重写该对象的equals方法。其余方法亦可

2.2.3 ListIterator迭代器

允许程序员沿任一方向遍历列表的列表的迭代器,在迭代期间修改列表,并获取列表中迭代器的当前位置。

方法摘要
Modifier and Type Method and Description
void add(E e)将指定的元素插入列表(可选操作)。
boolean hasNext()返回 true如果遍历正向列表,列表迭代器有多个元素。
boolean hasPrevious()返回 true如果遍历反向列表,列表迭代器有多个元素。
E next()返回列表中的下一个元素,并且前进光标位置。
int nextIndex()返回随后调用 next()返回的元素的索引。
E previous()返回列表中的上一个元素,并向后移动光标位置。
int previousIndex()返回由后续调用 previous()返回的元素的索引。
void remove()从列表中删除由 next()previous()返回的最后一个元素(可选操作)。
void set(E e)指定的元素替换由 next()previous()返回的最后一个元素(可选操作)。

2.3 List实现类

2.3.1 ArrayList

  • 数组结构实现,查询快、增删慢

  • JDK1.2加入,运行效率快,线程不安全

  • 源码分析:

/**
  * Default initial capacity.
 */
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
// 默认的容量,如果没有向集合中添加任何元素时(new 一个集合),容量是0。
// 10是在执行第一次add方法时通过grow()方法重新copy了一个长度为10的集合赋值给源集合才改变的。
// 扩容并不是每次增加一,而是通过右移扩容1.5倍
								
transient Object[] elementData;	// 存放元素的数组

private int size;	//实际的元素个数

2.3.2 Vector

  • 数组结构实现,查询快、增删慢
  • JDK1.0加入,运行效率慢,线程安全

2.3.3 LinkedList

  • 双向链表结构实现,增删快,查询慢

  • void linkLast(E e) {
    	final Node<E> l = last; // last尾节点
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
        last = newNode;
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
        }
    

2.4 泛型

Java泛型是JDK1.5中引入的一个新特性,其本质是参数化类型,把类型作为参数传递。

常见形式有泛型类、泛型接口、泛型方法。

语法:

  • <T,…>T称为类型占位符,表示一种引用类型。

  • 好处:

    • 提高代码的重用性
    • 防止类型转换异常,提高代码的安全性

2.5 Set

  • 无序
  • 不重复
  • 没有下标

2.3.1 HashSet

  • 基于HashCode计算元素存放位置。
  • 当存入元素的哈希码相同时,会调用equals进行确认,如结果为true,则拒绝后者存入。

2.3.2 TreeSet

  • 基于排列顺序实现元素不重复。
  • 实现了SortedSet接口,对集合元素自动排序。
  • 元素对象的类型必须实现Comparable接口,指定排序规则(CompareTo方法返回值为0,认为是重复元素)
  • 通过CompareTo方法确定是否为重复元素。

如果在创建集合的时候使用匿名内部类实现了 Comparator接口,则集合元素可以不实现Comparable接口

存储结构:红黑树

2.6 红黑树

二叉查找树

二叉查找树,Binary Search Tree 「BST」,要想了解二叉查找树,我们首先看下二叉查找树有哪些特性呢?

  1. 某节点的左子树节点值仅包含小于该节点值
  2. 某节点的右子树节点值仅包含大于该节点值
  3. 左右子树每个也必须是二叉查找树

看个图就轻松理解上面三句话的意思了:

Java集合学习笔记

上图,结合二叉查找树的三条约束来看,非常好,没有什么问题。再来看一个图,依旧符合上面三条约束,感觉有问题吗?

Java集合学习笔记

  1. 这是一个走路一米六,一米八的树
  2. 这是一个畸形的树,大风一挂很可能被折断的树

从程序的角度来说这个树不够平衡,查找次数或时间复杂度 O(h)可能会随着一条腿长无限增长

理科生在高中学习生物时学过一个关键字「去除顶端优势」,通过去除植物顶端优势,侧芽会迅速生长,慢慢变得强壮和平衡, 红黑树其实就是去除二叉查找树顶端优势的解决方案,从而达到树的平衡

红黑树

红黑树,Red-Black Tree 「RBT」是一个自平衡(不是绝对的平衡)的二叉查找树(BST),树上的每个节点都遵循下面的规则:

  1. 每个节点都有红色或黑色
  2. 树的根始终是黑色的 (黑土地孕育黑树根, )
  3. 没有两个相邻的红色节点(红色节点不能有红色父节点或红色子节点,并没有说不能出现连续的黑色节点
  4. 从节点(包括根)到其任何后代NULL节点(叶子结点下方挂的两个空节点,并且认为他们是黑色的)的每条路径都具有相同数量的黑色节点

瞬间懵逼?了解一下印象就行,开始玩魔方都是要照着魔方公式一点点玩的,多玩几次就熟悉了。红黑树也一样,红黑树有两大操作:

  1. recolor (重新标记黑色或红色)
  2. rotation (旋转,这是树达到平衡的关键)

我们会先尝试 recolor,如果 recolor 不能达到红黑树的 4 点要求,然后我们尝试 rotation,其实红黑树的关键玩法就是弄清楚 recolor 和 rotation 的规则,接下来看看详细的算法公式吧 千万别着急记忆公式,有图示会逐步说明,就像魔方一样,多玩几次就懂了:
假设我们插入的新节点为 X

  1. 将新插入的节点标记为红色
  2. 如果 X 是根结点(root),则标记为黑色
  3. 如果 X 的 parent 不是黑色,同时 X 也不是 root:
  • 3.1 如果 X 的 uncle (叔叔) 是红色

    • 3.1.1 将 parent 和 uncle 标记为黑色
    • 3.1.2 将 grand parent (祖父) 标记为红色
    • 3.1.3 让 X 节点的颜色与 X 祖父的颜色相同,然后重复步骤 2、3

话不多说,看下图

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跟着上面的公式走:

  1. 将新插入的 X 节点标记为红色
  2. 发现 X 的 parent § 同样为红色,这违反了红黑树的第三条规则「不能有两个连续相邻的红色节点」
  3. 发现 X 的 uncle (U) 同样为红色
  4. 将 P 和 U 标记为黑色
  5. 将 X 和 X 的 grand parent (G) 标记为相同的颜色,即红色,继续重复公式 2、3
  6. 发现 G 是根结点,标记为黑色
  7. 结束

刚刚说了 X 的 uncle 是红色的情况,接下来要说是黑色的情况

  1. 如果 X 的 parent 不是黑色,同时 X 也不是 root:
  • 3.2 如果 X 的 uncle (叔叔) 是黑色,我们要分四种情况处理

    • 3.2.1 左左 (P 是 G 的左孩子,并且 X 是 P 的左孩子)
    • 3.2.2 左右 (P 是 G 的左孩子,并且 X 是 P 的右孩子)
    • 3.2.3 右右 (和 3.2.1 镜像过来,恰好相反)
    • 3.2.4 右左 (和 3.2.2 镜像过来,恰好相反)

当出现 uncle 是黑色的时候我们第一步要考虑的是 旋转 ,这里先请小伙伴不要关注红黑树的第 4 条规则,主要是为了演示如何旋转的,来一点点看,不要看图就慌,有解释的 :

左左情况

这种情况很简单,想象这是一根绳子,手提起 P 节点,然后变色即可

Java集合学习笔记

左右

左旋: 使 X 的父节点 P 被 X 取代,同时父节点 P 成为 X 的左孩子,然后再应用 左左情况

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右右

与左左情况一样,想象成一根绳子

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右左

右旋: 使 X 的父节点 P 被 X 取代,同时父节点 P 成为 X 的右孩子,然后再应用 右右情况

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你说的动图在哪里,你个大骗子,别着急,现在就为小伙伴们奉上动图演示,来说明公式的使用:

案例一

插入 10,20,30,15 到一个空树中

  1. 向空树中第一次插入数字 10,肯定是 root 节点
  2. root 节点标记成黑色

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  1. 向树中插入新节点 20,标记为红色
  2. 20 > 10,并发现 10 没有叶子节点,将新节点 20 作为 10 的右孩子

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  1. 向树中插入新节点 30,标记为红色
  2. 30 > 10,查找 10 的右子树,找到 20
  3. 30 > 20,继续查找 20 的右子树,发现 20 没有叶子节点,将值插在此处
  4. 30 和 20 节点都为红色,30 为右孩子,20 也为右孩子,触发了 右右情况
  5. 通过一次旋转,提起 20 节点
  6. 20 节点是根结点,标记为黑色

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  1. 向树中插入新节点 15,标记为红色
  2. 通过比对大小和判断是否有叶子节点,最终插值为 10 节点的右孩子
  3. 15 和 10 节点都为红色,15 的 uncle 节点 30 也为红色
  4. 按照公式,将 15 的 parent 10 和 uncle 30 更改为黑色
  5. 让 15 节点 grand parent 20 的颜色与 15 节点的颜色一样,变为红色
  6. 20 为根结点,将其改为黑色

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继续插入其他节点只不过反复应用上面的公式,上面应用到的红黑树工具,可以暂停动画效果,一帧一帧的看红黑树的转换过程,这样通过练习,查看公式,观察变化三管齐下,红黑树的入门理解应该完全不再是问题了

灵魂追问
  1. jdk 1.8 HashMap 中有使用到红黑树,你知道触发条件是什么吗?有读过源码是如何 put 和 remove 的吗?
  2. 这里讲的是红黑树的 insert,delete 又是什么规则呢?
  3. 哪些场景可以应用红黑树?
  4. 你了解各种树的时间复杂度吗?
  5. 留个小作业,应用工具将 [10 70 32 34 13 56 32 56 21 3 62 4 ] 逐个插入到树中,理解红黑树 recolor 和 rotation 的转换规则

3.Map体系集合

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-1F4VOwc0-1604324784344)(C:/Users/CHENLH/AppData/Roaming/Typora/typora-user-images/image-20200823133431388.png)]

3.1 Map接口

  • 存储一对数据,key-value
  • 无序
  • 无下标
  • 键不可重复,值可以重复

遍历

遍历先使用KeySet方法获取所有的key的Set集合,然后对获取到的Set进行遍历

或者通过entrySet()方法获取键值对的Set集合

3.2 HashMap

线程不安全,运行效率快;允许用null作为key或是value。

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16 // 初始容量16
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; // 最大容量2^30
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; // 加载因子,当容量到达目前容量的75%时开始扩容 
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; // 当链表长度大于8数组长度大于64 将链表改为红黑树
  1. HashMap刚创建时,table是null,为了节省空间,当添加第一个元素是,table容量调整为16
  2. 当元素个数大于阙值(16*0.75=12)时,会进行扩容,扩容后大小为原来的2倍。目的是减少调整元素的个数
  3. jdk1.8当每个链表长度大于8,并且元素个数大于等于64时,会调整为红黑树,目的提高执行效率
  4. jdk1.8当链表长度小于6时,调整成链表
  5. jdk1.8以前,链表是头插入,jdk1.8以后时是尾插入(为了避免在多线程时形成环形链表)
  6. 多线程下推荐使用ConcurrentHashMap

3.3 TreeMap

实现接口SortedMap,可以对key自动排序

Collections工具类

  • 概念:集合工具类,定义了除了存取以外的集合常用方法。

方法:

  1. public static void reverse(List<?> list)//反转集合中元素的顺序

  2. public static void shuffle(List<?> list)//随机重置集合元素的顺序

  3. public static void sort(List list)//升序排序(元素类型必须实现Comparable接口)

数组转换为集合,该集合是受限集合,不允许添加删除

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