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浅谈Java中常用数据结构的实现类 Collection和Map

程序员文章站 2024-03-13 19:54:21
线性表,链表,哈希表是常用的数据结构,在进行java开发时,jdk已经为我们提供了一系列相应的类来实现基本的数据结构。这些类均在java.util包中。本文试图通过简单的描...

线性表,链表,哈希表是常用的数据结构,在进行java开发时,jdk已经为我们提供了一系列相应的类来实现基本的数据结构。这些类均在java.util包中。本文试图通过简单的描述,向读者阐述各个类的作用以及如何正确使用这些类。

collection 
├list 
│├linkedlist 
│├arraylist 
│└vector 
│ └stack 
└set 
map 
├hashtable 
├hashmap 
└weakhashmap 

collection接口

collection是最基本的集合接口,一个collection代表一组object,即collection的元素(elements)。一些collection允许相同的元素而另一些不行。一些能排序而另一些不行。java sdk不提供直接继承自collection的类,java sdk提供的类都是继承自collection的“子接口”如list和set。

所有实现collection接口的类都必须提供两个标准的构造函数:无参数的构造函数用于创建一个空的collection,有一个collection参数的构造函数用于创建一个新的collection,这个新的collection与传入的collection有相同的元素。后一个构造函数允许用户复制一个collection。

如何遍历collection中的每一个元素?不论collection的实际类型如何,它都支持一个iterator()的方法,该方法返回一个迭代子,使用该迭代子即可逐一访问collection中每一个元素。

典型的用法如下:

iterator it = collection.iterator(); // 获得一个迭代子 
    while(it.hasnext()) { 
      object obj = it.next(); // 得到下一个元素 
} 

由collection接口派生的两个接口是list和set。 
 
list接口

list是有序的collection,使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置。用户能够使用索引(元素在list中的位置,类似于数组下标)来访问list中的元素,这类似于java的数组。

和下面要提到的set不同,list允许有相同的元素。

除了具有collection接口必备的iterator()方法外,list还提供一个listiterator()方法,返回一个listiterator接口,和标准的iterator接口相比,listiterator多了一些add()之类的方法,允许添加,删除,设定元素,还能向前或向后遍历。

实现list接口的常用类有linkedlist,arraylist,vector和stack。 
 
linkedlist类

linkedlist实现了list接口,允许null元素。此外linkedlist提供额外的get,remove,insert方法在linkedlist的首部或尾部。这些操作使linkedlist可被用作堆栈(stack),队列(queue)或双向队列(deque)。

注意linkedlist没有同步方法。如果多个线程同时访问一个list,则必须自己实现访问同步。一种解决方法是在创建list时构造一个同步的list:

list list = collections.synchronizedlist(new linkedlist(...)); 
 
arraylist类

arraylist实现了可变大小的数组。它允许所有元素,包括null。arraylist没有同步。

size,isempty,get,set方法运行时间为常数。但是add方法开销为分摊的常数,添加n个元素需要o(n)的时间。其他的方法运行时间为线性。

每个arraylist实例都有一个容量(capacity),即用于存储元素的数组的大小。这个容量可随着不断添加新元素而自动增加,但是增长算法并没有定义。当需要插入大量元素时,在插入前可以调用ensurecapacity方法来增加arraylist的容量以提高插入效率。

和linkedlist一样,arraylist也是非同步的(unsynchronized)。 
 
vector类

vector非常类似arraylist,但是vector是同步的。由vector创建的iterator,虽然和arraylist创建的iterator是同一接口,但是,因为vector是同步的,当一个iterator被创建而且正在被使用,另一个线程改变了vector的状态(例如,添加或删除了一些元素),这时调用iterator的方法时将抛出concurrentmodificationexception,因此必须捕获该异常。 
 
stack 类

stack继承自vector,实现一个后进先出的堆栈。stack提供5个额外的方法使得vector得以被当作堆栈使用。基本的push和pop方法,还有peek方法得到栈顶的元素,empty方法测试堆栈是否为空,search方法检测一个元素在堆栈中的位置。stack刚创建后是空栈。 
 
set接口

set是一种不包含重复的元素的collection,即任意的两个元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false,set最多有一个null元素。

很明显,set的构造函数有一个约束条件,传入的collection参数不能包含重复的元素。

请注意:必须小心操作可变对象(mutable object)。如果一个set中的可变元素改变了自身状态导致object.equals(object)=true将导致一些问题。 
 
map接口

请注意,map没有继承collection接口,map提供key到value的映射。一个map中不能包含相同的key,每个key只能映射一个value。map接口提供3种集合的视图,map的内容可以被当作一组key集合,一组value集合,或者一组key-value映射。 
 
hashtable类

hashtable实现map接口,实现一个key-value映射的哈希表。任何非空(non-null)的对象都可作为key或者value。

添加数据使用put(key, value),取出数据使用get(key),这两个基本操作的时间开销为常数。

hashtable通过initial capacity和load factor两个参数调整性能。通常缺省的load factor 0.75较好地实现了时间和空间的均衡。增大load factor可以节省空间但相应的查找时间将增大,这会影响像get和put这样的操作。

使用hashtable的简单示例如下,将1,2,3放到hashtable中,他们的key分别是”one”,”two”,”three”:

hashtable numbers = new hashtable();
numbers.put(“one”, new integer(1));
numbers.put(“two”, new integer(2));
numbers.put(“three”, new integer(3));

要取出一个数,比如2,用相应的key:

integer n = (integer)numbers.get(“two”);
system.out.println(“two = ” + n);

由于作为key的对象将通过计算其散列函数来确定与之对应的value的位置,因此任何作为key的对象都必须实现hashcode和equals方法。hashcode和equals方法继承自根类object,如果你用自定义的类当作key的话,要相当小心,按照散列函数的定义,如果两个对象相同,即obj1.equals(obj2)=true,则它们的hashcode必须相同,但如果两个对象不同,则它们的hashcode不一定不同,如果两个不同对象的hashcode相同,这种现象称为冲突,冲突会导致操作哈希表的时间开销增大,所以尽量定义好的hashcode()方法,能加快哈希表的操作。

如果相同的对象有不同的hashcode,对哈希表的操作会出现意想不到的结果(期待的get方法返回null),要避免这种问题,只需要牢记一条:要同时复写equals方法和hashcode方法,而不要只写其中一个。

hashtable是同步的。 
 
hashmap类

hashmap和hashtable类似,不同之处在于hashmap是非同步的,并且允许null,即null value和null key。,但是将hashmap视为collection时(values()方法可返回collection),其迭代子操作时间开销和hashmap的容量成比例。因此,如果迭代操作的性能相当重要的话,不要将hashmap的初始化容量设得过高,或者load factor过低。 
 
weakhashmap类

weakhashmap是一种改进的hashmap,它对key实行“弱引用”,如果一个key不再被外部所引用,那么该key可以被gc回收。 
 
总结

如果涉及到堆栈,队列等操作,应该考虑用list,对于需要快速插入,删除元素,应该使用linkedlist,如果需要快速随机访问元素,应该使用arraylist。

java.util.collections类包

java.util.collections类包含很多有用的方法,可以使程序员的工作变得更加容易,但是这些方法通常都没有被充分地利用。javadoc给出collections类最完整的描述:“这一个类包含可以操作或返回集合的专用静态类。
” 1.2 所含方法
iterator, arraylist, elements, buffer, map,collections

列子:

import java.util.arraylist; 
import java.util.collection; 
import java.util.collections; 
import java.util.comparator; 
import java.util.list; 

public class collectionssort { 
public collectionssort() { 

} 

public static void main(string[] args) { 
double array[] = {111, 111, 23, 456, 231 }; 
list list = new arraylist(); 
list li = new arraylist(); 
for (int i = 0; i < array.length; i++) { 
list.add(new double(array[i])); 
//list.add(""+array[i]); 
} 
double arr[] = {111}; 
for(int j=0;j<arr.length;j++){ 
li.add(new double(arr[j])); 
} 
} 

2. 具体操作

1) 排序(sort)

使用sort方法可以根据元素的自然顺序对指定列表按升序进行排序。列表中的所有元素都必须实现 comparable 接口。此列表内的所有元素都必须是使用指定比较器可相互比较的

double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 }; 
for (int i = 0; i < array.length; i++) { 
list.add(new double(array[i])); 
} 
collections.sort(list); 
for (int i = 0; i < array.length; i++) { 
 system.out.println(li.get(i)); 
} 
//结果:112,111,23,456,231 

2) 混排(shuffling)

混排算法所做的正好与 sort 相反: 它打乱在一个 list 中可能有的任何排列的踪迹。也就是说,基于随机源的输入重排该 list, 这样的排列具有相同的可能性(假设随机源是公正的)。这个算法在实现一个碰运气的游戏中是非常有用的。例如,它可被用来混排代表一副牌的 card 对象的一个 list 。另外,在生成测试案例时,它也是十分有用的。

collections.shuffling(list) 
double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 }; 
for (int i = 0; i < array.length; i++) { 
list.add(new double(array[i])); 
} 
collections.shuffle(list); 
for (int i = 0; i < array.length; i++) { 
 system.out.println(li.get(i)); 
} 
//结果:112,111,23,456,231 

3) 反转(reverse)

使用reverse方法可以根据元素的自然顺序对指定列表按降序进行排序。

collections.reverse(list) 
double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 }; 
for (int i = 0; i < array.length; i++) { 
list.add(new double(array[i])); 
} 
collections. reverse (list); 
for (int i = 0; i < array.length; i++) { 
 system.out.println(li.get(i)); 
} 
//结果:231,456,23,111,112 
4) 替换所以的元素(fill) 
使用指定元素替换指定列表中的所有元素。 
string str[] = {"dd","aa","bb","cc","ee"}; 
for(int j=0;j<str.length;j++){ 
li.add(new string(str[j])); 
} 
collections.fill(li,"aaa"); 
for (int i = 0; i < li.size(); i++) { 
system.out.println("list[" + i + "]=" + li.get(i)); 

} 
//结果:aaa,aaa,aaa,aaa,aaa 

5) 拷贝(copy)

用两个参数,一个目标 list 和一个源 list, 将源的元素拷贝到目标,并覆盖它的内容。目标 list 至少与源一样长。如果它更长,则在目标 list 中的剩余元素不受影响。

collections.copy(list,li): 后面一个参数是目标列表 ,前一个是源列表

double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 }; 
list list = new arraylist(); 
list li = new arraylist(); 
for (int i = 0; i < array.length; i++) { 
list.add(new double(array[i])); 
} 
double arr[] = {1131,333}; 
string str[] = {"dd","aa","bb","cc","ee"}; 
for(int j=0;j<arr.length;j++){ 
li.add(new double(arr[j])); 
} 
collections.copy(list,li); 
for (int i = 0; i <list.size(); i++) { 
system.out.println("list[" + i + "]=" + list.get(i)); 
} 
//结果:1131,333,23,456,231 

6) 返回collections中最小元素(min)

根据指定比较器产生的顺序,返回给定 collection 的最小元素。collection 中的所有元素都必须是通过指定比较器可相互比较的

collections.min(list) 
double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 }; 
list list = new arraylist(); 
for (int i = 0; i < array.length; i++) { 
list.add(new double(array[i])); 
} 
collections.min(list); 
for (int i = 0; i <list.size(); i++) { 
system.out.println("list[" + i + "]=" + list.get(i)); 
} 
//结果:23 

7) 返回collections中最小元素(max)

根据指定比较器产生的顺序,返回给定 collection 的最大元素。collection 中的所有元素都必须是通过指定比较器可相互比较的

collections.max(list) 
double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 }; 
list list = new arraylist(); 
for (int i = 0; i < array.length; i++) { 
list.add(new double(array[i])); 
} 
collections.max(list); 
for (int i = 0; i <list.size(); i++) { 
system.out.println("list[" + i + "]=" + list.get(i)); 
} 
//结果:456 

8) lastindexofsublist

返回指定源列表中最后一次出现指定目标列表的起始位置

int count = collections.lastindexofsublist(list,li); 
double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 }; 
list list = new arraylist(); 
list li = new arraylist(); 
for (int i = 0; i < array.length; i++) { 
list.add(new double(array[i])); 
} 
double arr[] = {111}; 
string str[] = {"dd","aa","bb","cc","ee"}; 
for(int j=0;j<arr.length;j++){ 
li.add(new double(arr[j])); 
} 
int locations = collections. lastindexofsublist (list,li); 
system.out.println(“===”+ locations); 
//结果 3 

9) indexofsublist

返回指定源列表中第一次出现指定目标列表的起始位置

int count = collections.indexofsublist(list,li); 
double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 }; 
list list = new arraylist(); 
list li = new arraylist(); 
for (int i = 0; i < array.length; i++) { 
list.add(new double(array[i])); 
} 
double arr[] = {111}; 
string str[] = {"dd","aa","bb","cc","ee"}; 
for(int j=0;j<arr.length;j++){ 
li.add(new double(arr[j])); 
} 
int locations = collections.indexofsublist(list,li); 
system.out.println(“===”+ locations); 
//结果 1 

10) rotate

根据指定的距离循环移动指定列表中的元素
collections.rotate(list,-1);
如果是负数,则正向移动,正数则方向移动

double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 }; 
list list = new arraylist(); 
for (int i = 0; i < array.length; i++) { 
list.add(new double(array[i])); 
} 
collections.rotate(list,-1); 
for (int i = 0; i <list.size(); i++) { 
system.out.println("list[" + i + "]=" + list.get(i)); 
} 
//结果:111,23,456,231,112 

以上这篇浅谈java中常用数据结构的实现类 collection和map就是小编分享给大家的全部内容了,希望能给大家一个参考,也希望大家多多支持。