7.集合主讲
集合，主讲：汤小洋
一、简介
1. 概念
简单来说，集合就是一组数据，存放多个元素的数据结构
2. 存储结构
集合的存储结构，分为两种：
-
顺序存储
将集合中的元素依次存放在某个存储区域中，称为顺序存储，在内存中分配的空间是连续的
特性：访问效率高、插入和删除效率低
-
链式存储
在内存中分配的空间可以是不连续的
分为：单向链式存储、双向链式存储（每个数据节点中保存：元素值、上一个元素的地址、下一个元素的地址）
特性：插入和删除效率高、访问效率低
3. 集合接口和类
集合相关的API都在java.util包中
|-集合
|-Collection接口，对象集合
|-List接口
|-ArrayList
|-LinkedList
|-Vector
|-Stack
|-Set接口
|-HashSet
|-TreeSet
|-Queue接口 (后面补充)
|-LinkedList
|-Map接口，键值对集合
|-HashMap
|-HashTable
|-Properties
二、List
特点：有序、可重复
实现类：ArrayList、LinkedList、Vector、Stack
1. ArrayList
ArrayList实现了长度可变的数组
- 本质上就是使用数组实现的，数组的默认长度为10（参考源码）
- 存储结构：顺序存储
- 特点：访问元素时效率高，而插入或删除时效率低，因为会导致后面所有元素都移动
常用方法：
2. Vector
Vector和ArrayList非常相似，都是使用数组实现的，用法基本相同，区别：
Vector
- 同步的，线程安全，方法基本都被synchronized修饰
- 执行效率低，影响性能
- 可以使用Iterator或Enumeration遍历
ArrayList
- 异步的，线程不安全
- 相比较Vector，执行效率高
- 不能使用Enumeration遍历
Vector已过时，不建议使用，作为替代可以使用Collections.synchronizedList
3. Stack
Stack继承自Vector
特点：先进后出
常用方法：具有List的所有方法，同时具有栈的操作方法
注：栈和队列都是比较常用的数据结构
4. LinkedList
当需要频率插入或删除元素时可以使用LinkedList
- 存储结构：双向链式存储
- 特点：插入或删除元素时效率高
常用方法：具有List的所有方法，同时具有一些额外的方法
LinkedList实现Queue接口，是一种队列（所有实现Queue接口的类都是队列）
队列的特点：先进先出
三、Set
特点：
- 无序（元素顺序与放入顺序无关），不能按索引访问元素
- 不可重复（集合中不允许出现重复的元素）
实现类：HashSet、TreeSet
1. HashSet
HashSet是一种基于哈希算法的集合，以哈希表形式存储
-
数据结构：哈希表，也称为哈希散列表，也是一种比较常用的数据结构
-
特点：操作速度更快，效率更高，根据哈希算法进行快速的查找，根据hashCode()方法返回值，确定其存储位置
HashSet判断元素是否重复的过程：
-
添加元素时首先调用要存入对象的hashCode()方法，获取hashCode值
-
根据hashCode值，使用哈希算法确定在哈希表中的存放位置
-
判断该位置是否已经有元素：
如果该位置没有元素，则直接将元素放入该位置 ——> 结束
如果该位置已经有元素，则调用已有对象的equals方法（或者 == 运算符）和要放入的对象进行比较：
如果返回true，则认为是重复元素，舍弃要放入的元素 ——> 结束
如果返回false，则在当前位置下，以链表的形式追加 ——> 结束
总结：
- 判断重复的依据：当添加的两个元素的hashCode()返回值相同，并且equals()返回值为true时，则认为是重复的相同元素
- 添加到Set集合中的元素应该重写hashCode()和equals()方法，防止相同的元素被添加到Set集合中
2. TreeSet
TreeSet是用于对元素进行排序的有序集合类，不允许有重复的元素，不保证元素的顺序与插入的顺序一致
- 数据结构：二叉树
- 特点：TreeSet中元素是有大小顺序的
TreeSet会对元素进行排序，排序的依据：
-
元素本身具有的自然顺序
让对象实现
Comparable接口，实现compareTo()方法让对象自身具有可比较性
-
提供一个比较器，根据比较器进行排序
定义一个比较器，实现
Comparator接口的类，实现compare()方法在创建TreeSet时传入比较器
TreeSet判断重复的依据：当添加的两个元素的compareTo()返回值为0时，则认为是相同元素
四、Map
Map是专门用来处理 键值映射数据 的一种集合，可以根据键key实现对值value的操作
- 是一种映射关系，称为键值对（key-value）
- key必须是唯一的，不允许重复
- 一个key只能对应一个value，但一个value可以有多个key与之对应
- 不保证元素的顺序与插入的顺序一致，不能按索引访问元素
实现类：HashMap、Hashtable、Properties
1. HashMap
HashMap是一种基于哈希算法的Map集合，以哈希表形式存储
-
数据结构：哈希表
-
特点：查找元素时效率高
注：HashSet的底层是HashMap，HashSet中的元素是作为HashMap的Key存储的，Value是一个Object对象
遍历HashMap的三种方式：
- 通过keySet()获取所有key的集合，然后遍历所有的key
- 通过values()获取所有value的集合，然后遍历所有的value
- 通过entrySet()获取所有key-value的集合，然后遍历所有的key-value键值对
HashMap判断key是否重复的过程（选讲）：
-
添加元素时首先调用key的hashCode()方法，获取key的hashCode值
-
根据hashCode值，使用哈希算法确定在哈希表中的存放位置
-
判断该位置是否已经有元素：
如果该位置没有元素，则直接将元素放入该位置 ——> 结束
如果该位置已经有元素，则调用已有元素的key的equals方法（或者 == 运算符）和要放入的对象的key进行比较：
如果返回true，则认为key是重复的，此时使用要放入元素的value覆盖原有value ——> 结束
如果返回false，则在当前位置下，以链表的形式追加 ——> 结束
总结：
- 判断重复的依据：当添加的两个key的hashCode()返回值相同，并且equals()返回值为true时，则认为是重复的key
- 添加到Map集合中的Key应该重写hashCode()和equals()方法，防止相同的Key被添加到Map集合中
2. Hashtable
Hashtable和HashMap非常相似，用法基本相同，区别：
Hashtable
- 同步的，线程安全
- key和value都不允许为null
- 可以使用Iterator或Enumeration遍历
HashMap
- 异步的，线程不安全
- key和value都可以为null
- 不能使用Enumeration遍历
3. Properties
Properties继承自Hashtable，也是键值对集合，但一般只用来存放字符串键值对
常用方法：
属性文件：
-
以.properties为后缀
-
内容格式 ：
属性名=属性值 -
默认使用的是ISO-8859-1字符集，不支持中文，但Eclipse会自动进行编码转换
-
可以修改字符集：
Preferences——>General——>Content Types——>Text——>Java Properties File——>Default encoding：改为utf-8
五、Collections类
1. 简介
Collections工具类提供了集合操作的相关方法，如排序、查找、求最大值、最小值等
类似于Arrays工具类，提供了操作数组的相关方法
2. 常用方法
Collection和Collections区别：
- Collection是接口，继承自它的接口主要是List和Set
- Collections是针对集合类的一个工具类，提供一系列静态方法实现对集合的操作
六、总结
1. 集合间的对比
List：元素有序、可重复
-
ArrayList
基于Array的List ，异步的，线程不安全，性能上要优于Vector
-
Vector
基于Array的List，同步的，线程安全
-
LinkedList
链表存储，每个节点除包含本身的数据外，还包含下/上一个节点的信息
Set：元素无序、不可重复
-
HashSet
基于哈希表，要求放入的对象要重写hashCode()和equals()方法
-
TreeSet
对元素进行排序，要求放入的对象是可排序的
Map：键值对
- HashMap
- Hashtable
- Properties
2. 数组和集合的对比
数组：
- 数组可以存储基本数据类型和对象
- 数组长度固定
- 数组在定义时必须指定元素类型
- 数组中无法直接获取实际存储的元素个数
- 数组是有序的分配连续空间
集合：
- 集合只能存储对象（可以以包装类的形式存储基本数据类型）
- 集合长度可以动态改变
- 集合在定义时可以不指定元素类型，默认为Object类型
- 集合中可以直接通过size()获取实际存储的元素个数
- 集合有多种存储方式适应不同的场合
- 集合以接口和类的形式存在，具有封装、继承、多态等类的特性
注：Arrays是专门用来操作数组的工具类；而Collections是专门用来操作集合的工具类
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