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程序员文章站 2024-03-08 19:35:16

...

Java集合框架概述

集合、数组都是对多个数据进行存储操作的结构，简称Java容器。

说明：此时的存储，主要指的是内存层面的存储，不涉及到持久化的存储（.txt,.jpg,.avi，数据库中）

数组在内存存储方面的特点：

数组初始化以后，长度就确定了。
数组声明的类型，就决定了进行元素初始化时的类型

数组在存储数据方面的弊端：

数组初始化以后，长度就不可变了，不便于扩展
数组中提供的属性和方法少，不便于进行添加、删除、插入等操作，且效率不高。同时无法直接获取存储元素的个数
数组存储的数据是有序的、可以重复的。---->存储数据的特点单一

Java 集合类可以用于存储数量不等的多个对象，还可用于保存具有映射关系的关联数组。

集合框架

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
1. ArrayList、LinkedList、Vector
Set接口：存储无序的、不可重复的数据 -->高中讲的“集合”
1. HashSet、LinkedHashSet、TreeSet

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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、Properties

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Collection接口中的方法的使用

涉及到泛型的，我们暂时不理会，等学到泛型会补充

添加：

boolean add(E e);
boolean addAll(Collection<? extends E> c);

package Collection;

import org.junit.Test;

import java.util.ArrayList;

public class Test1 {
    @Test
    public void run(){
        ArrayList arrList = new ArrayList();
        arrList.add(123);
        arrList.add("abc");
        arrList.add(new People("李四",20));
        ArrayList arrList1 = new ArrayList();
        arrList1.add(123);
        arrList1.add("abc");
        arrList1.add(new People("李四",20));
        System.out.println(arrList);//[123, abc, aaa@qq.com]
        arrList.addAll(arrList1);
        System.out.println(arrList);//[123, abc, aaa@qq.com, 123, abc, aaa@qq.com]
    }
}
class People{
    private String name;
    private int age;
    public People(String name,int age){
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
}

获取有效元素的个数

int size()

@Test
public void run01(){
    ArrayList arr = new ArrayList();
    arr.add(111);
    System.out.println(arr.size());//1
    arr.add("1212");
    System.out.println(arr.size());//2
}

清空集合

void clear()

@Test
public void run02(){
    ArrayList list = new ArrayList();
    list.add("qweqe");
    list.add("fewfew");
    System.out.println(list);//[qweqe, fewfew]
    list.clear();
    System.out.println(list);//[]
}

是否是空集合

boolean isEmpty()

	@Test
    public void run03(){
        ArrayList list = new ArrayList();
        System.out.println(list.isEmpty());//true
        list.add("qweqe");
        list.add("fewfew");
        System.out.println(list.isEmpty());//false
    }

是否包含某个元素

boolean contains(Object obj)//是通过元素的equals方法来判断是否是同一个对象
boolean containsAll(Collection c)//也是调用元素的equals方法来比较的。拿两个集合的元素挨个比较。

@Test
public void run04(){
    ArrayList list = new ArrayList();
    list.add(new People("张三",11));
    System.out.println(list.contains(new People("张三",11)));//false
}

输出fasle是因为People没有重写equals方法

为什么需要equals方法

我们看下contains方法

contains—>indexOf(o)

public int indexOf(Object o) {
    if (o == null) {
        for (int i = 0; i < size; i++)
            if (elementData[i]==null)
                return i;
    } else {
        for (int i = 0; i < size; i++)
            if (o.equals(elementData[i]))//这里是重点
                return i;
    }
    return -1;
}

当我们重写之后就变成了true，更多的是比较实体内容

@Override
public boolean equals(Object o) {
    if (this == o) return true;
    if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
    People people = (People) o;
    return age == people.age &&
            Objects.equals(name, people.name);
}

删除

boolean remove(Object obj)//通过元素的equals方法判断是否是要删除的那个元素。只会删除找到的第一个元素
boolean removeAll(Collection coll)//取当前集合的差集,移除所有相同的元素(equals)

@Test
public void run05(){
    ArrayList list = new ArrayList();
    list.add(new People("张三",11));
    list.add(new People("张三",11));
    list.add(new People("张三",11));
    System.out.println(list.remove(new People("张三",11)));//true
    System.out.println(list);//[People{name='张三', age=11}, People{name='张三', age=11}]  重写了toString方法
}
@Test
public void run05(){
    ArrayList list = new ArrayList();
    list.add(new People("张三",11));
    list.add(new People("张三",11));
    list.add(new People("张三",11));
    ArrayList list1 = new ArrayList();
    list1.add(new People("张三",11));
    list1.add("111");
    list.removeAll(list1);
    System.out.println(list);//[]
}

取两个集合的交集

boolean retainAll(Collection c)//把交集的结果存在当前集合中，不影响c

@Test
public void run06(){
    ArrayList list = new ArrayList();
    list.add(new People("张三",11));
    list.add(new People("张三",11));
    ArrayList list1 = new ArrayList();
    list1.add(new People("张三",11));
    list1.add("111");
    list.retainAll(list1);
    System.out.println(list);//[People{name='张三', age=11}, People{name='张三', age=11}]
}

集合是否相等

boolean equals(Object obj)

@Test
public void run07(){
    ArrayList list = new ArrayList();
    list.add(new People("张三",11));
    ArrayList list1 = new ArrayList();
    list1.add(new People("张三",11));
    System.out.println(list.equals(list1));//true,自定义类型也是要通过equals方法的，所以要重写
}

转成对象数组

Object[] toArray()

@Test
public void run08(){
    ArrayList list = new ArrayList();
    list.add(new People("张三",11));
    list.add(new People("李四",12));
    System.out.println(Arrays.toString(list.toArray()));//[People{name='张三', age=11}, People{name='李四', age=12}]
}

遍历

Iterator iterator()//返回迭代器对象，用于集合遍历

@Test
public void run09(){
    ArrayList list = new ArrayList();
    list.add(new People("张三",11));
    list.add("qwer");
    list.add(new People("李四",12));
    list.add(111);
    Iterator iterator = list.iterator();
    while (iterator.hasNext()){
        System.out.println(iterator.next());
    }
    /*
    People{name='张三', age=11}
	qwer
	People{name='李四', age=12}
	111
    */
}

Iterator 仅用于遍历集合，Iterator 本身并不提供承装对象的能力。如果需要创建Iterator 对象，则必须有一个被迭代的集合。

集合对象每次调用iterator()方法都得到一个全新的迭代器对象，默认游标都在集合的第一个元素之前。
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Iterator可以删除集合的元素，但是是遍历过程中通过迭代器对象的remove方法，不是集合对象的remove方法。

如果还未调用next()或在上一次调用 next 方法之后已经调用了 remove 方法，再调用remove都会报IllegalStateException。

@Test
    public void run09(){
        ArrayList list = new ArrayList();
        list.add(new People("张三",11));
        list.add("qwer");
        list.add(new People("李四",12));
        list.add(111);
        Iterator iterator = list.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
//            iterator.remove();//java.lang.IllegalStateException
            Object next = iterator.next();
            if ("qwer".equals(next)){
                iterator.remove();
//                iterator.remove();//java.lang.IllegalStateException
            }
        }
        System.out.println(list);//[People{name='张三', age=11}, People{name='李四', age=12}, 111]
    }

数组—>集合

调用Arrays类的静态方法asList()

@Test
public void run10(){
    List<String> list = Arrays.asList(new String[]{"AA", "BB", "CC"});
    System.out.println(list);

    List arr1 = Arrays.asList(new int[]{123, 456});
    System.out.println(arr1.size());//1  放的是这个数组

    List arr2 = Arrays.asList(new Integer[]{123, 456});
    System.out.println(arr2.size());//2  放的是这个数组中的元素，和基本数据类型构成的数组有区别
}

增强for循环

Java 5.0 提供了 foreach 循环迭代访问 Collection和数组。

遍历操作不需获取Collection或数组的长度，无需使用索引访问元素。

遍历集合的底层调用Iterator完成操作。

foreach还可以用来遍历数组。

for(要遍历的元素类型遍历后自定义元素的名称：要遍历的结构名称){

}

@Test
public void run11(){
    List<String> list = Arrays.asList(new String[]{"AA", "BB", "CC"});
    for (String s : list){
        System.out.println(s);
    }
}
/*
AA
BB
CC
*/

list接口

鉴于Java中数组用来存储数据的局限性，我们通常使用List替代数组

List集合类中元素有序、且可重复，集合中的每个元素都有其对应的顺序索引。

List容器中的元素都对应一个整数型的序号记载其在容器中的位置，可以根据序号存取容器中的元素。

JDK API中List接口的实现类常用的有：ArrayList、LinkedList和Vector。

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

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
ArrayList的源码分析：

jdk 7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)

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。

小结：jdk7中的ArrayList的对象的创建类似于单例的饿汉式，而jdk8中的ArrayList的对象的创建类似于单例的懒汉式，延迟了数组的创建，节省内存。

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;
 		Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
		this.item = element;
 		this.next = next;
 		this.prev = prev;
 	}
 }

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。

面试题：ArrayList、LinkedList、Vector三者的异同？

同：三个类都是实现了List接口，存储数据的特点相同：存储有序的、可重复的数据

不同：见上

list接口中常用的方法

void add(int index, Object ele):在index位置插入ele元素
boolean addAll(int index, Collection eles):从index位置开始将eles中的所有元素添加进来
Object get(int index):获取指定index位置的元素
int indexOf(Object obj):返回obj在集合中首次出现的位置
int lastIndexOf(Object obj):返回obj在当前集合中末次出现的位置
Object remove(int index):移除指定index位置的元素，并返回此元素
Object set(int index, Object ele):设置指定index位置的元素为ele
List subList(int fromIndex, int toIndex):返回从fromIndex到toIndex位置的子集合

总结：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： Iterator迭代器方式
增强for循环
普通的循环

@Test
public void run12(){
    ArrayList list = new ArrayList();
    list.add("12121");
    list.add(2121);
    System.out.println(list);//[12121, 2121]
    list.add(0,"qwer");
    System.out.println(list);//[qwer, 12121, 2121]
    list.remove(1);
    System.out.println(list);//[qwer, 2121]
    list.set(1,"ooooo");
    System.out.println(list);//[qwer, ooooo]
    for (Object o : list) {
        System.out.println(o);
        /*
       		qwer
			ooooo
        */
    }
}

set接口

Set接口：存储无序的、不可重复的数据 -->高中讲的“集合”

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。

Set接口中没有额外定义新的方法，使用的都是Collection中声明过的方法。

要求：向Set(主要指：HashSet、LinkedHashSet)中添加的数据，其所在的类一定要重写hashCode()和equals()

要求：重写的hashCode()和equals()尽可能保持一致性：相等的对象必须具有相等的散列码

重写两个方法的小技巧：对象中用作 equals() 方法比较的 Field，都应该用来计算 hashCode 值。

@Test
public void run13(){
    HashSet hashSet = new HashSet();
    hashSet.add(new People("张三",14));
    hashSet.add(new People("张三",14));
    hashSet.add(11);
    hashSet.add("qwer");
    System.out.println(hashSet);
}

class People implements Comparable{
    private String name;
    private int age;
    public People(String name,int age){
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    @Override
    public int compareTo(Object o) {
        if (o instanceof People){
            People p = (People) o;
            int res =  p.name.compareTo(p.name);
            if (res != 0){
                return res;
            }else {
                return Integer.compare(this.age,p.age);
            }
        }
        return 0;
    }


    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        People people = (People) o;
        return age == people.age &&
                name.equals(people.name);
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age);
    }

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

重写 hashCode() 方法的基本原则

在程序运行时，同一个对象多次调用 hashCode() 方法应该返回相同的值。
当两个对象的 equals() 方法比较返回 true 时，这两个对象的 hashCode() 方法的返回值也应相等。
对象中用作 equals() 方法比较的 Field，都应该用来计算 hashCode 值。

重写 equals() 方法的基本原则

当一个类有自己特有的“逻辑相等”概念,当改写equals()的时候，总是要改写hashCode()，根据一个类的equals方法（改写后），两个截然不同的实例有可能在逻辑上是相等的，但是，根据Object.hashCode()方法，它们仅仅是两个对象。

因此，违反了“相等的对象必须具有相等的散列码”。

结论：复写equals方法的时候一般都需要同时复写hashCode方法。通常参与计算hashCode的对象的属性也应该参与到equals()中进行计算。

一、Set：存储无序的、不可重复的数据
    以HashSet为例说明：

       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。(针对的是存储位置，不是输出结果的顺序)
	   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。

二、添加元素的过程：以HashSet为例：
    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2

    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放到数组中，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。

LinkedHashSet

LinkedHashSet 是 HashSet 的子类
LinkedHashSet 根据元素的 hashCode 值来决定元素的存储位置，但它同时使用双向链表维护元素的次序，这使得元素看起来是以插入顺序保存的。
LinkedHashSet插入性能略低于 HashSet，但在迭代访问 Set 里的全部元素时有很好的性能。
LinkedHashSet 不允许集合元素重复。

TreeSet

自然排序

TreeSet 会调用集合元素的 compareTo(Object obj) 方法来比较元素之间的大小关系，然后将集合元素按升序(默认情况)排列

如果试图把一个对象添加到 TreeSet 时，则该对象的类必须实现 Comparable 接口。

@Test
public void run14(){
    TreeSet treeSet = new TreeSet();
    treeSet.add(new People("张三",11));
    treeSet.add(new People("张三",12));
    treeSet.add(new People("张三",13));
    treeSet.add(new People("张三",14));
    treeSet.add(new People("张三",11));
    System.out.println(treeSet);
}

	@Override
    public int compareTo(Object o) {
        if (o instanceof People){
            People p = (People) o;
            int res =  p.name.compareTo(p.name);
            if (res != 0){
                return res;
            }else {
                return Integer.compare(this.age,p.age);
            }
        }
        return 0;
    }

定制排序

TreeSet的自然排序要求元素所属的类实现Comparable接口，如果元素所属的类没有实现Comparable接口，或不希望按照升序(默认情况)的方式排列元素或希望按照其它属性大小进行排序，则考虑使用定制排序。定制排序，通过Comparator接口来实现。需要重写compare(T o1,T o2)方法。

@Test
public void run14(){
    Comparator comparator = new Comparator() {
        @Override
        public int compare(Object o1, Object o2) {
            if(o1 instanceof People && o2 instanceof People){
                People u1 = (People) o1;
                People u2 = (People) o2;
                return Integer.compare(u1.getAge(),u2.getAge());
            }else{
                throw new RuntimeException("输入的数据类型不匹配");
            }
        }
    };
    TreeSet treeSet = new TreeSet(comparator);
    treeSet.add(new People("张三",11));
    treeSet.add(new People("张三",12));
    treeSet.add(new People("张三",13));
    treeSet.add(new People("张三",14));
    treeSet.add(new People("李四",11));
    System.out.println(treeSet);//[People{name='张三', age=11}, People{name='张三', age=12}, People{name='张三', age=13}, People{name='张三', age=14}]
}

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集合框架

Collection接口中的方法的使用

list接口

list接口中常用的方法

set接口

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