Java集合类概述以及深入理解迭代器

集合概述

1. 集合与数组存储数据概述：
   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)

2. 数组存储的特点：

一旦初始化以后，其长度就确定了。
数组一旦定义好，其元素的类型也就确定了。我们也就只能操作指定类型的数据了。

•  比如：String[] arr;int[] arr1;Object[] arr2; 

3. 数组存储的弊端：

•  > 一旦初始化以后，其长度就不可修改。 

•  > 数组中提供的方法非常限，对于添加、删除、插入数据等操作，非常不便，同时效率不高。 

•  > 获取数组中实际元素的个数的需求，数组没有现成的属性或方法可用 

•  > 数组存储数据的特点：有序、可重复。对于无序、不可重复的需求，不能满足。 

4. 集合存储的优点：
   解决数组存储数据方面的弊端。

Collection接口

1.单列集合框架结构
|----Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象

•  |----List接口：存储序的、可重复的数据。  -->“动态”数组 

•  |----ArrayList、LinkedList、Vector 

•  |----Set接口：存储无序的、不可重复的数据   -->高中讲的“集合” 

•  |----HashSet、LinkedHashSet、TreeSet 

对应图示：

2.Collection接口常用方法：

add(Object obj),addAll(Collection coll),size(),isEmpty(),clear(); contains(Object obj),containsAll(Collection coll),remove(Object obj),removeAll(Collection coll),retainsAll(Collection coll),equals(Object obj); hasCode(),toArray(),iterator(); 

3.Collection集合与数组间的转换
//集合 —>数组：toArray()

Object[] arr = coll.toArray(); for(int i = 0;i < arr.length;i++){ System.out.println(arr[i]); } 

//拓展：数组 —>集合:调用Arrays类的静态方法asList(T … t)

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 List arr2 = Arrays.asList(new Integer[]{123, 456}); System.out.println(arr2.size());//2 

4.使用Collection集合存储对象，要求对象所属的类满足：
向Collection接口的实现类的对象中添加数据obj时，要求obj所在类要重写equals().

Collection 和Collections 区别

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。

Collection
├List
│├LinkedList
│├ArrayList
│└Vector
│　└Stack
└Set

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。

AbstractCollection是一个实现了Collection的实现类

AbstractCollection抽象类实现了Collection接口，对原本的iterator(),size()仍然保持了抽象，具体了其他方法

所以继承AbstractCollection抽象类时必须实现下面两个方法

1.public abstract Iterator<E> iterator(); 2.public abstract int size(); 

Iterator接口与foreach循环

深入理解Java中的迭代器

概述：

迭代器模式：就是提供一种方法对一个容器对象中的各个元素进行访问，而又不暴露该对象容器的内部细节。

Java集合框架的集合类，我们有时候称之为容器。容器的种类有很多种，比如ArrayList、LinkedList、HashSet…，每种容器都有自己的特点，ArrayList底层维护的是一个数组；LinkedList是链表结构的；HashSet依赖的是哈希表，每种容器都有自己特有的数据结构。

因为容器的内部结构不同，很多时候可能不知道该怎样去遍历一个容器中的元素。所以为了使对容器内元素的操作更为简单，Java引入了迭代器模式！

把访问逻辑从不同类型的集合类中抽取出来，从而避免向外部暴露集合的内部结构。

为什么要引入迭代器的概念？

对于数组我们使用的是下标来进行处理的：

int array[] = new int[3]; for (int i = 0; i < array.length; i++) { System.out.println(array[i]);} 

对ArrayList的处理：

List<String> list = new ArrayList<String>();for(int i = 0 ; i < list.size() ; i++){ String string = list.get(i);} 

对于这两种方式，我们总是都知道它的内部结构，访问代码和集合本身是紧密耦合的，无法将访问逻辑从集合类和客户端代码中分离出来。不同的集合会对应不同的遍历方法，客户端代码无法复用。所以才有Iterator，它总是用同一种逻辑来遍历集合。所有的内部状态都由Iterator来维护。客户端不用直接和集合进行打交道，而是控制Iterator就可以遍历集合，从而避免向外部暴露集合的内部结构。

其接口定义如下:

public interface Iterator<E> { boolean hasNext();//判断是否存在下一个对象元素 E next();//获取下一个元素 void remove();//移除元素} 

使用Iterator和Foreach时对集合的结构进行修改会出现异常:

在使用Iterator的时候禁止对所遍历的容器进行改变其大小结构的操作。例如: 在使用Iterator进行迭代时，如果对集合进行了add、remove操作就会出现ConcurrentModificationException异常。

因为在你迭代之前，迭代器已经被通过list.itertor()创建出来了，如果在迭代的过程中，又对list进行了改变其容器大小的操作，那么Java就会给出异常。因为此时Iterator对象已经无法主动同步list做出的改变，Java会认为你做出这样的操作是线程不安全的，就会给出善意的提醒（抛出ConcurrentModificationException异常）

因为foreach要依赖于Iterable接口返回的Iterator对象，所以从本质上来讲，Foreach其实就是在使用迭代器，在使用foreach遍历时对集合的结构进行修改，和在使用Iterator遍历时对集合结构进行修改本质上是一样的，所以同样的也会抛出异常。

for循环遍历是可以对集合进行操作

for循环遍历集合，在循环中对集合进行操作完全是没有问题的；但是，在for循环中对集合进行操作，要特别注意循环的长度及下标；

使用Iterator删除集合中元素

在Java中Iterator为一个接口，它只提供了迭代的基本规则。迭代器在迭代期间可以从集合中移除元素（必须使用迭代器的删除方法）。

public interface Iterator<E> { boolean hasNext();//判断是否存在下一个对象元素 E next();//获取下一个元素 void remove();//移除元素 } 

 @Test public void testRemove(){ ArrayList<String> c = new ArrayList<>(); c.add("java"); c.add("php"); c.add("cpp"); c.add("c#"); Iterator<String> it = c.iterator();//这里生成的便是一个Iterator对象 while(it.hasNext()){ String str = it.next(); if(str.indexOf('c')!=-1){ //这里删除只能使用Iterator的remove()方法 //使用 c.remove()则会报错  //不过也可以 c.remove(1);break;跳出循环 因为这里是ArrayList所以此时使用的是ArrayList里面的remove()方法  所以要给定索引值 it.remove(); //Collection<String> c = new HashSet<String>();当换为Collection时使用的便是Collection的remove()方法 要给参数传入一个对象在这里就是一个String 即c.remove("java");break;             		} } System.out.println(c); } 

显示所有的操作系统环境变量

/**该方法可以显示所有的操作系统环境变量
 * @author Coner007
 * @create 2020-08-09 0:39
 */ public class EnvironmentVariables { public static void main(String[] args) { for(Map.Entry entry : System.getenv().entrySet()){ System.out.println(entry.getKey()+ ": " + entry.getValue()); } } } //System.getenv()返回一个Map，entrySet()产生一个由Map.Entry的元素构成的Set，并且这个Set是一个Iterable,因此他可以用于foreach循环 

遍历Collection的两种方式

1.遍历Collection的两种方式：
① 使用迭代器Iterator ② foreach循环（或增强for循环）
2.java.utils包下定义的迭代器接口：Iterator
2.1说明：
Iterator对象称为迭代器(设计模式的一种)，主要用于遍历 Collection 集合中的元素。
GOF给迭代器模式的定义为：提供一种方法访问一个容器(container)对象中各个元素，而又不需暴露该对象的内部细节。迭代器模式，就是为容器而生。
2.2作用：遍历集合Collectiton元素
2.3如何获取实例：coll.iterator()返回一个迭代器实例
2.4遍历的代码实现：

Iterator iterator = coll.iterator(); //hasNext():判断是否还下一个元素 while(iterator.hasNext()){ //next():①指针下移 ②将下移以后集合位置上的元素返回 System.out.println(iterator.next()); } 

2.5图示说明：

2.6 remove()的使用：
//测试Iterator中的remove()
//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。
//内部定义了remove(),可以在遍历的时候，删除集合中的元素。此方法不同于集合直接调用remove()

 @Test public void test3(){ Collection coll = new ArrayList(); coll.add(123); coll.add(456); coll.add(new Person("Jerry",20)); coll.add(new String("Tom")); coll.add(false); //删除集合中"Tom" Iterator iterator = coll.iterator(); while (iterator.hasNext()){ //            iterator.remove(); Object obj = iterator.next(); if("Tom".equals(obj)){ iterator.remove(); //                iterator.remove(); } } //遍历集合 iterator = coll.iterator(); while (iterator.hasNext()){ System.out.println(iterator.next()); } } 

3.jdk5.0新特性–增强for循环：(foreach循环)

1.遍历集合举例：

@Test public void test1(){ Collection coll = new ArrayList(); coll.add(123); coll.add(456); coll.add(new Person("Jerry",20)); coll.add(new String("Tom")); coll.add(false); //for(集合元素的类型 局部变量 : 集合对象) for(Object obj : coll){ System.out.println(obj); } } 

说明：
内部仍然调用了迭代器。

2.遍历数组举例：

@Test public void test2(){ int[] arr = new int[]{1,2,3,4,5,6}; //for(数组元素的类型 局部变量 : 数组对象) for(int i : arr){ System.out.println(i); } } 

Collection子接口：List接口

1. 存储的数据特点：存储序的、可重复的数据。

2. 常用方法：(记住)

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：① Iterator迭代器方式
② 增强for循环
③ 普通的循环

3. 常用实现类：
   |----Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象

• |----List接口：存储序的、可重复的数据。 -->“动态”数组,替换原的数组

•  |----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 

源码分析

4. 源码分析(难点)
   4.1 ArrayList的源码分析：

• 2.1 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) 

• 2.2 jdk 8中ArrayList的变化：

•  ArrayList list = new ArrayList();//底层Object[] elementData初始化为{}.并没创建长度为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。 

• 2.3 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。 

4.2 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;
        }
    } 

4.3 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。

5. 存储的元素的要求：
   添加的对象，所在的类要重写equals()方法
   [面试题]

• 面试题：ArrayList、LinkedList、Vector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：存储序的、可重复的数据
• 不同：见上（第3部分+第4部分）

Collection子接口：Set接口

1. 存储的数据特点：无序的、不可重复的元素
   具体的：
   以HashSet为例说明：
2. 无序性：不等于随机性。存储的数据在底层数组中并非照数组索引的顺序添加，而是根据数据的哈希值决定的。
3. 不可重复性：保证添加的元素照equals()判断时，不能返回true.即：相同的元素只能添加一个。

源码分析

2. 元素添加过程：(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元素：
如果此位置上没其他元素，则元素a添加成功。 —>情况1
如果此位置上其他元素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。（前提：jdk7)
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。（前提：jdk7)

3. 常用方法
   Set接口中没额外定义新的方法，使用的都是Collection中声明过的方法。

4. 常用实现类：
   |----Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象

•  |----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 

•  在添加数据的同时，每个数据还维护了两个引用，记录此数据前一个数据和后一个数据。                   对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet. 

•  |----TreeSet：可以照添加对象的指定属性，进行排序。 

5. 存储对象所在类的要求：
   HashSet/LinkedHashSet:

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。

TreeSet:
1.自然排序中，比较两个对象是否相同的标准为：compareTo()返回0.不再是equals().
2.定制排序中，比较两个对象是否相同的标准为：compare()返回0.不再是equals().

6. TreeSet的使用
   6.1 使用说明:
   1.向TreeSet中添加的数据，要求是相同类的对象。
   2.两种排序方式：自然排序（实现Comparable接口 和 定制排序（Comparator）

6.2 常用的排序方式:
//方式一：自然排序

@Test public void test1(){ TreeSet set = new TreeSet(); //失败：不能添加不同类的对象 //        set.add(123); //        set.add("AA"); //        set.add(new User("Tom",12)); //举例二： set.add(new User("Tom",12)); set.add(new User("Jerry",32)); set.add(new User("Jim",2)); set.add(new User("Jack",33)); set.add(new User("Jack",56)); Iterator iterator = set.iterator(); while(iterator.hasNext()){ System.out.println(iterator.next()); } } 

//方式二：定制排序

@Test public void test2(){ Comparator com = new Comparator() { //照年龄从小到大排列 @Override public int compare(Object o1, Object o2) { if(o1 instanceof User && o2 instanceof User){ User u1 = (User)o1; User u2 = (User)o2; return Integer.compare(u1.getAge(),u2.getAge()); }else{ throw new RuntimeException("输入的数据类型不匹配"); } } }; TreeSet set = new TreeSet(com); set.add(new User("Tom",12)); set.add(new User("Jerry",32)); set.add(new User("Jack",33)); set.add(new User("Jack",56)); Iterator iterator = set.iterator(); while(iterator.hasNext()){ System.out.println(iterator.next()); } } 

Map接口

双列集合框架：Map
1.常用实现类结构
|----Map:双列数据，存储key-value对的数据 —类似于高中的函数：y = f(x)

•  |----HashMap:作为Map的主要实现类；线程不安全的，效率高；存储null的key和value 

•  |----LinkedHashMap:保证在遍历map元素时，可以照添加的顺序实现遍历。 

•  原因：在原的HashMap底层结构基础上，添加了一对指针，指向前一个和后一个元素。 

•  对于频繁的遍历操作，此类执行效率高于HashMap。 

•  |----TreeMap:保证照添加的key-value对进行排序，实现排序遍历。此时考虑key的自然排序或定制排序 

•  底层使用红黑树 

•  |----Hashtable:作为古老的实现类；线程安全的，效率低；不能存储null的key和value 

•  |----Properties:常用来处理配置文件。key和value都是String类型 

•  HashMap的底层：数组+链表  （jdk7及之前) 

•  数组+链表+红黑树 （jdk 8) 

[面试题]

• 1. HashMap的底层实现原理？
• 2. HashMap 和 Hashtable的异同？
• 3. CurrentHashMap 与 Hashtable的异同？（暂时不讲)

2.存储结构的理解：

Map中的key:无序的、不可重复的，使用Set存储所的key —> key所在的类要重写equals()和hashCode() （以HashMap为例)
Map中的value:无序的、可重复的，使用Collection存储所的value —>value所在的类要重写equals()
一个键值对：key-value构成了一个Entry对象。
Map中的entry:无序的、不可重复的，使用Set存储所的entry

图示：

3.常用方法

• 添加：put(Object key,Object value)
• 删除：remove(Object key)
• 修改：put(Object key,Object value)
• 查询：get(Object key)
• 长度：size()
• 遍历：keySet() / values() / entrySet()

4. 内存结构说明：（难点）
   4.1 HashMap在jdk7中实现原理：
   HashMap map = new HashMap():

•  在实例化以后，底层创建了长度是16的一维数组[Entry] table。 

•  ...可能已经执行过多次put... 

•  map.put(key1,value1): 

•  首先，调用key1所在类的hashCode()计算key1哈希值，此哈希值经过某种算法计算以后，得到在Entry数组中的存放位置。 

•  如果此位置上的数据为空，此时的key1-value1添加成功。 ----情况1 

•  如果此位置上的数据不为空，(意味着此位置上存在一个或多个数据(以链表形式存在)),比较key1和已经存在的一个或多个数据的哈希值： 

•  如果key1的哈希值与已经存在的数据的哈希值都不相同，此时key1-value1添加成功。----情况2 

•  如果key1的哈希值和已经存在的某一个数据(key2-value2)的哈希值相同，继续比较：调用key1所在类的equals(key2)方法，比较： 

•  如果equals()返回false:此时key1-value1添加成功。----情况3 

•  如果equals()返回true:使用value1替换value2。 

•  补充：关于情况2和情况3：此时key1-value1和原来的数据以链表的方式存储。 

• 在不断的添加过程中，会涉及到扩容问题，当超出临界值(且要存放的位置非空)时，扩容。默认的扩容方式：扩容为原来容量的2倍，并将原的数据复制过来。 

4.2 HashMap在jdk8中相较于jdk7在底层实现方面的不同：

1. new HashMap():底层没创建一个长度为16的数组
2. jdk 8底层的数组是：Node[],而非Entry[]
3. 首次调用put()方法时，底层创建长度为16的数组
4. jdk7底层结构只：数组+链表。jdk8中底层结构：数组+链表+红黑树。
   4.1 形成链表时，七上八下（jdk7:新的元素指向旧的元素。jdk8：旧的元素指向新的元素）
   4.2 当数组的某一个索引位置上的元素以链表形式存在的数据个数 > 8 且当前数组的长度 > 64时，此时此索引位置上的所数据改为使用红黑树存储。

4.3 HashMap底层典型属性的属性的说明：

DEFAULT_INITIAL_CAPACITY : HashMap的默认容量，16 DEFAULT_LOAD_FACTOR：HashMap的默认加载因子：0.75 threshold：扩容的临界值，=容量*填充因子：16 * 0.75 => 12 TREEIFY_THRESHOLD：Bucket中链表长度大于该默认值，转化为红黑树:8 MIN_TREEIFY_CAPACITY：桶中的Node被树化时最小的hash表容量:64 

4.4 LinkedHashMap的底层实现原理(了解)
LinkedHashMap底层使用的结构与HashMap相同，因为LinkedHashMap继承于HashMap.
区别就在于：LinkedHashMap内部提供了Entry，替换HashMap中的Node.

5. TreeMap的使用
   //向TreeMap中添加key-value，要求key必须是由同一个类创建的对象
   //因为要照key进行排序：自然排序 、定制排序

6.使用Properties读取配置文件

//Properties:常用来处理配置文件。key和value都是String类型 public static void main(String[] args) { FileInputStream fis = null; try { Properties pros = new Properties(); fis = new FileInputStream("jdbc.properties"); pros.load(fis);//加载流对应的文件 String name = pros.getProperty("name"); String password = pros.getProperty("password"); System.out.println("name = " + name + ", password = " + password); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } finally { if(fis != null){ try { fis.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } } 

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