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《Java编程思想》——第11章 持有对象(容器类)

程序员文章站 2024-03-17 18:19:16
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1、总述

容器类基本的类型有:List、Set、Queue、Set。这些对象类型也称为集合类,但一般称其为“容器”。

2、基本概念

Java容器类类库是Java提供的有效组织和操作数据的数据结构,其主要用途是“保存对象”,并且被划分为两个不同的概念:
1)Collection:一个独立元素的序列,这些元素都服从一条或者多条规则。 List必须按照插入的顺序保存元素,而set不能有重复的元素。Queue按照排队规则来确定对象产生的顺序(通常与它们被插入的顺序相同)。
2)Map:一组成对的“键值对”对象,即 “key-value”对象,允许你使用键来查找值。我们可以将数值与数值关联,这时可以将map理解为一个数值数组;同样可以将数值与对象关联,这时将其称之为映射表,或者是关联数组;又或者可以理解为字典结合等等。
Java集合类结构类图:

|Collection 
|  ├ List 
|  │-├ LinkedList 
|  │-├ ArrayList 
|  │-└ Vector 
|  │ └ Stack 
|  ├Set 
|  │├HashSet 
|  │├TreeSet 
|  │└LinkedSet 
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|Map 
  ├Hashtable 
  ├HashMap 
  └WeakHashMap

从上面类图可以看到,集合类框架*主要是两类CollectionMap,也就是两个大的体系,其中包含了SetListQueueMap.

2.1 集合框架图

《Java编程思想》——第11章 持有对象(容器类)

2.2 简化图

《Java编程思想》——第11章 持有对象(容器类)

说明:
说明:对于以上的框架图有如下几点说明

  1. 所有集合类都位于java.util包下。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,这两个接口又包含了一些子接口或实现类。
  2. 集合接口:6个接口(短虚线表示),表示不同集合类型,是集合框架的基础。
  3. 抽象类:5个抽象类(长虚线表示),对集合接口的部分实现。可扩展为自定义集合类。
  4. 实现类:8个实现类(实线表示),对接口的具体实现。
  5. Collection 接口是一组允许重复的对象。
  6. Set 接口继承 Collection,集合元素不重复。
  7. List 接口继承 Collection,允许重复,维护元素插入顺序。
  8. Map接口是键-值对象,与Collection接口没有什么关系。
  9. Set、List和Map可以看做集合的三大类:
    List集合是有序集合,集合中的元素可以重复,访问集合中的元素可以根据元素的索引来访问。
    Set集合是无序集合,集合中的元素不可以重复,访问集合中的元素只能根据元素本身来访问(也是集合里元素不允许重复的原因)。
    Map集合中保存Key-value对形式的元素,访问时只能根据每项元素的key来访问其value。

说明:

1、Collection是一个接口,是高度抽象出来的集合,它包含了集合的基本操作和属性。Collection包含了List和Set两大分支。
(1)List是一个有序的队列,每一个元素都有它的索引。第一个元素的索引值是0。List的实现类有LinkedList, ArrayList, Vector, Stack。

(2)Set是一个不允许有重复元素的集合。Set的实现类有HastSet和TreeSet。HashSet依赖于HashMap,它实际上是通过HashMap实现的;TreeSet依赖于TreeMap,它实际上是通过TreeMap实现的。

2、Map是一个映射接口,即key-value键值对。Map中的每一个元素包含“一个key”和“key对应的value”。AbstractMap是个抽象类,它实现了Map接口中的大部分API。而HashMap,TreeMap,WeakHashMap都是继承于AbstractMap。Hashtable虽然继承于Dictionary,但它实现了Map接口。

3、接下来,再看Iterator。它是遍历集合的工具,即我们通常通过Iterator迭代器来遍历集合。我们说Collection依赖于Iterator,是因为Collection的实现类都要实现iterator()函数,返回一个Iterator对象。ListIterator是专门为遍历List而存在的。

4、再看Enumeration,它是JDK 1.0引入的抽象类。作用和Iterator一样,也是遍历集合;但是Enumeration的功能要比Iterator少。在上面的框图中,Enumeration只能在Hashtable, Vector, Stack中使用。

5、最后,看Arrays和Collections。它们是操作数组、集合的两个工具类。

具体内容参照博客:java集合框架综述

3、注意

  1、java.util.Collection 是一个集合接口。它提供了对集合对象进行基本操作的通用接口方法。Collection接口在Java 类库中有很多具体的实现。Collection接口的意义是为各种具体的集合提供了最大化的统一操作方式。
  2、java.util.Collections 是一个包装类。它包含有各种有关集合操作的静态多态方法。此类不能实例化,就像一个工具类,服务于Java的Collection框架。

4、你必须知道的几种java容器(集合类)

4.1 Collection集合接口

  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。 
  主要方法:

boolean add(Object o)添加对象到集合
boolean remove(Object o)删除指定的对象
int size()返回当前集合中元素的数量
boolean contains(Object o)查找集合中是否有指定的对象
boolean isEmpty()判断集合是否为空
Iterator iterator()返回一个迭代器
boolean containsAll(Collection c)查找集合中是否有集合c中的元素
boolean addAll(Collection c)将集合c中所有的元素添加给该集合
void clear()删除集合中所有元素
void removeAll(Collection c)从集合中删除c集合中也有的元素
void retainAll(Collection c)从集合中删除集合c中不包含的元素

4.2 Map集合接口

  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。
  主要方法:

boolean equals(Object o)比较对象
boolean remove(Object o)删除一个对象
put(Object key,Object value)添加key和value
Hashtable类
**具体介绍如下:**

二、Collection集合接口

  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。  

主要方法:
boolean add(Object o)添加对象到集合
boolean remove(Object o)删除指定的对象
int size()返回当前集合中元素的数量
boolean contains(Object o)查找集合中是否有指定的对象
boolean isEmpty()判断集合是否为空
Iterator iterator()返回一个迭代器
boolean containsAll(Collection c)查找集合中是否有集合c中的元素
boolean addAll(Collection c)将集合c中所有的元素添加给该集合
void clear()删除集合中所有元素
void removeAll(Collection c)从集合中删除c集合中也有的元素
void retainAll(Collection c)从集合中删除集合c中不包含的元素

 

1、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。 
   实现List接口的常用类有LinkedList,ArrayList,Vector和Stack。

  1)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(…));

  2) 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)。一般情况下使用这两个就可以了,因为非同步,所以效率比较高。 
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。

  3)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。

  4)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。

2、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。 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。 
  Set容器类主要有HashSet和TreeSet等。 
   
  1)HashSet类 
   Java.util.HashSet类实现了Java.util.Set接口。 
  -> 它不允许出现重复元素; 
  -> 不保证和政集合中元素的顺序 
  ->允许包含值为null的元素,但最多只能有一个null元素。

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public class TestHashSet
{
    public static void main(String [] args)
    {
       HashSet h=new HashSet();
       h.add("1st");
       h.add("2nd");
       h.add(new Integer(3));
       h.add(new Double(4.0));
       h.add("2nd");            //重复元素,未被添加
       h.add(new Integer(3));      //重复元素,未被添加
       h.add(new Date());
       System.out.println("开始:size="+h.size());
       Iterator it=h.iterator();
       while(it.hasNext())
       {
           Object o=it.next();
           System.out.println(o);
       }
 
       h.remove("2nd");
       System.out.println("移除元素后:size="+h.size());
       System.out.println(h);
    }
}

  

  2)TreeSet 
  TreeSet描述的是Set的一种变体——可以实现排序等功能的集合,它在讲对象元素添加到集合中时会自动按照某种比较规则将其插入到有序的对象序列中,并保证该集合元素组成的读uixiangxulie时刻按照“升序”排列。

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public class TestTreeSet
{
    public static void main(String [] args)
    {
       TreeSet ts=new TreeSet();
       ts.add("orange");
       ts.add("apple");
       ts.add("banana");
       ts.add("grape");
 
       Iterator it=ts.iterator();
       while(it.hasNext())
       {
           String fruit=(String)it.next();
           System.out.println(fruit);
       }
    }
}

  

 

 

三、Map集合接口

  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。

主要方法:
boolean equals(Object o)比较对象
boolean remove(Object o)删除一个对象
put(Object key,Object value)添加key和value
Hashtable类

 

1、Hashtable类 
  Hashtable继承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。

  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。

2、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。  

-JDK1.0引入了第一个关联的集合类HashTable,它是线程安全的。 HashTable的所有方法都是同步的。 
-JDK2.0引入了HashMap,它提供了一个不同步的基类和一个同步的包装器synchronizedMap。synchronizedMap被称为 有条件的线程安全类。 
-JDK5.0util.concurrent包中引入对Map线程安全的实现ConcurrentHashMap,比起synchronizedMap, 它提供了更高的灵活性。同时进行的读和写操作都可以并发地

HashTable和HashMap区别

第一、继承不同。
  public class Hashtable extends Dictionary implements Map
  public class HashMap  extends AbstractMap implements Map
第二、Hashtable 中的方法是同步的,而HashMap中的方法在缺省情况下是非同步的。在多线程并发的环境下,可以直接使用Hashtable,但是要使用HashMap的话就要自己增加同步处理了。
第三、Hashtable中,keyvalue都不允许出现null值。在HashMap中,null可以作为键,这样的键只有一个;可以有一个或多个键所对应的值为null。当get()方法返回null值时,即可以表示 HashMap中没有该键,也可以表示该键所对应的值为null。因此,在HashMap中不能由get()方法来判断HashMap中是否存在某个键, 而应该用containsKey()方法来判断。
第四、两个遍历方式的内部实现上不同。HashtableHashMap都使用了 Iterator。而由于历史原因,Hashtable还使用了Enumeration的方式 。
第五、哈希值的使用不同,HashTable直接使用对象的hashCode。而HashMap重新计算hash值。
第六、HashtableHashMap它们两个内部实现方式的数组的初始大小和扩容的方式。HashTablehash数组默认大小是11,增加的方式是 old*2+1。HashMaphash数组的默认大小是16,而且一定是2的指数。

 

3、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。

具体内容参考博客:你必须知道的几种java容器(集合类)

5、我的笔记

1、添加一组元素的方法:

Arrays.asList();
Collections.addAll();

2、HashSetTreeSetLinkedHashSet都是Set类型。
HashSet可以最快获取元素;
TreeSet按照比较结果的升序保存对象;
LinkedHashSet按照添加的顺序保存对象。
3、HashMapTreeMapLinkedHashMap都是Map类型。
HashMap可以最快获取元素;
TreeMap按照比较结果的升序保存键;
LinkedHashMap按照插入的顺序保存键,同时保留了HashMap的查询速度。