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。
在这里主要讲一些我们平常很常用的一些接口和一些实现类。
Java 集合可分为 Collection 和 Map 两种体系:
Collection接口:单列数据,定义了存取一组对象的方法的集合
Map接口:双列数据,保存具有映射关系“key-value对”的集合(高中时所讲的函数)
Collection 接口是 List、Set 和 Queue 接口的父接口,该接口里定义的方法既可用于操作 Set 集合,也可用于操作 List 和 Queue 集合。
JDK不提供此接口的任何直接实现,而是提供更具体的子接口(如:Se和List)实现。
在 Java5 之前,Java 集合会丢失容器中所有对象的数据类型,把所对象都当成 Object 类型处理;从 JDK 5.0 增加了泛型以后,Java 集合以记住容器中对象的数据类型。
Collection 接口方法:
1、添加
add(Object obj)
addAll(Collection coll) (把另一个集合的所有元素都加到当前集合中)
2、获取有效元素的个数
int size()
3、清空集合
void clear()
4、是否是空集合
boolean isEmpty()
5、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):判断这个集合中的所有元素是否都在我原来的集合中。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。
6、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):移除这个集合中与当前集合中共有的元素。
7、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
8、集合是否相等 (注意当前集合到底是有序的还是无序的,在于你使用的具体是Collection的哪个接口)
boolean equals(Object obj)
9、转成对象数组
Collection coll =new ArrayList();
Object[] array = coll.toArray();
10、遍历
iterator():返回迭代器对象,用于集合遍历
使用 Iterator 接口遍历集合元素
API
1.遍历集合
原理:
我们想要调用集合中所有元素的时候可以用这样来操作:
//创建一个集合对象,然后添加元素,自己去动手实操一下 Iterator iterator = coll.iterator(); //创建迭代器对象 //然后通过while循环 while(iterator.hasNext()){ /判断集合中是否还有元素 System.out.println(itarator.next()); // 一个一个的输出出来 }
2.移除集合中的元素
Iterator iter = coll.iterator();//回到起点 while(iter.hasNext()){ Object obj = iter.next(); if(obj.equals("Tom")){ iter.remove(); } }
注意:
Java 5.0 提供了 foreach 循环迭代访问 集合和数组。
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。
例如:
鉴于Java中数组用来存储数据的局限性,我们通常使用List(动态数组)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(现在基本没有人使用了)。
List除了从Collection集合继承的方法外,List 集合里添加了一些根据索引(区别于set)来操作集合元素的方法。
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,如果不存在返回 -1
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(重载了Ccllection的remove方法)
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(左闭右开)的子集合,原来的list并没有变化。
jdk7 :
ArrayList list = new ArrayList(); // 底层会直接创建了长度为10的 Object[] 数组 elementData
list.add(123);
···
···
list(11);// 当添加的元素个数超过了10,之后数组的容量就不够了,就会发生扩容,但这些不需要我们自己去动手,在底层直接会自动扩容,一般情况下是扩容1.5倍,同时将原数组的元素复制到新数组上。
结论:建议使用代参的构造器,ArrayList list = new ArrayList(int capacity); capacity在这里指的是数组的长度。
jdk8:
ArrayList list = new ArrayList(); // 底层是 Object[] 数组 elementData{},说明在我们创建对象的时候没有直接给定长度。
list.add(123); //但是当第一次执行add方法时,才会创建长度为10 的数组。
其余的扩容方法都与jdk7中一样。
小结:jdk7中的ArrayList 对象的创建模式相当于单例模式中的饿汉式,jdk8中的ArrayList 对象的创建模式相当于单例模式中的懒汉式,延迟了数组的创建,节省了内存。
新增方法:
void addFirst(Object obj)
void addLast(Object obj)
Object getFirst()
Object getLast()
Object removeFirst()
Object removeLast()
LinkedList:双向链表,内部没有声明数组,而是定义了Node类型的first和last,用于记录首末元素。同时,定义内部类Node,作为LinkedList中保存数据的基本结构。Node除了保存数据,还定义了两个变量:
prev变量记录前一个元素的位置
next变量记录下一个元素的位置
其实跟我前几天写的单链表差不过,只不过在节点类中多加了一个指针,能指向上一个节点,这样就能在底层构成双向链表。其实看图就很容易懂了,不懂可以翻翻我之前写的单链表的api。
面试题:ArrayList、LinkedList和Vector的异同
相同:三个类都是实现了List接口,存储数据都是有序的,可重复的。
不同:
ArrayList:作为List接口的主要实现类,线程不安全,效率高。而在调用get和set方法时,使用ArrayList会比LinkedList更快捷。底层使用Object[] 存储。
LinkedList:线程不安全。对于频繁的插入和删除操作时,使用此类比ArrayList效率高。底层使用的是双向链表存储。
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[] 存储。Vector每次扩容请求其大小的2倍空间,而ArrayList是1.5倍。
面试题:
public void testListRemove() { List list = new ArrayList(); list.add(1); list.add(2); list.add(3); updateList(list); System.out.println(list); } private static void updateList(List list) { list.remove(2); }
输出的结果为:
1 2
因为我这个remove方法是根据索引删除的,所以删除的是 3 这个元素。如果想要删除2这个元素应该这么写
list.remove(new Integer(2));//这样才表示删除的是2 这个元素 ,而不是索引。
Set接口存储无序的,不可重复的数据(类似高中所学的集合)。
Set接口是Collection的子接口,set接口没有提供额外的方法。
Set 集合不允许包含相同的元素,如果试把两个相同的元素加入同一个Set 集合中,则添加操作失败。
Set 判断两个对象是否相同不是使用 == 运算符,而是根据 equals() 方法。
Set接口的实现类 HashSet,LinkedHashSet 和TreeSet 。
以HashSet为例:
无序性:不等于随机性。(存放位置无序性)存储的数据在底层数组中并非按照数组的索引的顺序去添加的,而是根据数据的哈希值决定的。
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。
euqals()和 = = 的区别
添加元素的过程:以HashSet为例:
我们想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,此哈希值通过某种算法计算出HashSet底层数组中的存放位置(索引位置),然后在判断此位置上是否已经有元素:
通过图片和之前所说的添加元素的方法,能看出来我们HsahSet在底层是一个数组加链表的方法存储数据。
jdk7:将元素a放到数组中,指向原来的元素。
jdk8:原来的元素在数组中,指向元素a。
总结: 七上八下
HashSet 是 Set 接口的典型实现,大多数时候使用 Set 集合时都使用这个实现类。
HashSet 按 Hash 算法来存储集合中的元素,因此具有很好的存取、查找、删除性能。
HashSet 具有以下特点:
HashSet 集合判断两个元素相等的标准:两个对象通过 hashCode() 方法比较相等,并且两个对象的 equals() 方法返回值也相等。
对于存放在Set容器中的对象,对应的类一定要重写equals()和hashCode(Object obj)方法,以实现对象相等规则。即:“相等的对象必须具有相等的散列码(哈希值)”。
HashSet扩容问题:
底层也是数组,初始容量为16,当如果使用率超过0.75,(16*0.75=12)就会扩大容量为原来的2倍。(16扩容为32,依次为64,128…等)。
问题:
以Eclipse/IDEA为例,在自定义类中可以调用工具自动重写equals和hashCode。为什么用Eclipse/IDEA复写hashCode方法,有31这个数字?
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。但是是无序的。(存放位置无序)
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 是 SortedSet 接口的实现类,TreeSet 可以确保集合元素处于排序状态。也就是说TreeSet可以按照添加对象的指定属性,进行排序。所以在向TreeSet中添加数据时,要求是相同类的对象,因为只有相同类的对象才能比较。
TreeSet底层使用红黑树结构存储数据。所以不能存放相同数据。
TreeSet 两种排序方法:自然排序和定制排序。默认情况下,TreeSet采用自然排序。
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。
向 TreeSet 中添加元素时,只有第一个元素无须比较compareTo()方法,后面添加的所有元素都会调用compareTo()方法进行比较。
对于 TreeSet 集合而言,它判断两个对象是否相等的唯一标准是:两个对象通过 compareTo(Object obj) 方法比较返回值。不再是equals()方法。
实现 Comparable 的类必须实现 compareTo(Object obj) 方法,两个对象即通过compareTo(Object obj) 方法的返回值来比较大小。
Comparable 的典型实现:
BigDecimal、BigInteger 以及所有的数值型对应的包装类:按它们对应的数值大小进行比较
Character:按字符的 unicode值来进行比较
Boolean:true 对应的包装类实例大于 false 对应的包装类实例
String:按字符串中字符的 unicode 值进行比较
Date、Time:后边的时间、日期比前面的时间、日期大
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。
利用int compare(T o1,T o2)方法,比较o1和o2的大小:如果方法返回正整数,则表示o1大于o2;如果返回0,表示相等;返回负整数,表示o1小于o2。
要实现定制排序,需要将实现Comparator接口的实例作为形参传递给TreeSet的构造器。
此时,仍然只能向TreeSet中添加类型相同的对象。否则发生ClassCastException异常。
使用定制排序判断两个元素相等的标准是:通过Comparator比较两个元素返回了0。
Map接口概述:
Map与Collection并列存在。用于保存具有映射关系的数据:key-value(双列数据)。
Map 中的 key 和 value 都可以是任何引用类型的数据。
Map 中的 key 用Set来存放,不允许重复,即同一个 Map 对象所对应的类,须重写hashCode()和equals()方法。
key 和 value 之间存在单向一对一关系,即通过指定的 key 总能找到唯一的、确定的 value。
Map接口的常用实现类:HashMap、Hashtable、TreeMap、LinkedHashMap和Properties。其中,HashMap是 Map 接口使用频率最高的实现类
Map实现类的特点:
Map:双列数据,存储key-value对的数据 —类似于高中的函数:y=f(x)
添加、删除、修改操作:
元素查询的操作:
元视图操作的方法:
我想遍历map时不能使用迭代器了,因为迭代器是Collection接口下的,所以我们可以进行一些操作。
集合遍历
Map map = new HashMap(); //map.put(..,..)省略 System.out.println("map的所有key:"); Set keys = map.keySet();// HashSet for (Object key : keys) { //增强for循环遍历 System.out.println(key + "->" + map.get(key)); } System.out.println("map的所有的value:"); Collection values = map.values(); Iterator iter = values.iterator(); while (iter.hasNext()) { //迭代器遍历 System.out.println(iter.next()); } System.out.println("map所有的映射关系:"); // 映射关系的类型是Map.Entry类型,它是Map接口的内部接口 Set mappings = map.entrySet(); for (Object mapping : mappings) { Map.Entry entry = (Map.Entry) mapping; //强制转型 System.out.println("key是:" + entry.getKey() + ",value是:" + entry.getValue()); }
HashMap是 Map 接口使用频率最高的实现类。
HashMap允许使用null键和null值,与HashSet一样,不保证映射的顺序。
HashMap所有的key构成的集合是Set:无序的、不可重复的。所以,key所在的类要重写:equals()和hashCode()。
HashMap所有的value构成的集合是Collection:无序的、可以重复的。所以,value所在的类要重写:equals()。
HashMap一个key-value构成一个entry。所有的entry构成的集合是Set:无序的、不可重复的。
HashMap 判断两个 key 相等的标准是:两个 key 通过 equals() 方法返回 true,hashCode 值也相等。
HashMap 判断两个 value相等的标准是:两个 value 通过 equals() 方法返回 true。
jdk7:
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,并将原有的数据复制过来。
jdk8:
jdk8 相较于jdk7在底层实现方面的不同:
new HashMap():底层没有创建一个长度为16的数组
jdk 8底层的数组是:Node[],而非Entry[]
首次调用put()方法时,底层创建长度为16的数组
jdk7底层结构只有: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(方便查找)。
HashMap源码中的重要常量:
table:存储元素的数组,总是2的n次幂
entrySet:存储具体元素的集
size:HashMap中存储的键值对的数量
modCount:HashMap扩容和结构改变的次数。
threshold:扩容的临界值,=容量*填充因子
loadFactor:填充因子
HashMap的扩容:
jdk7:
当HashMap中的元素越来越多的时候,hash冲突的几率也就越来越高,因为数组的长度是固定的。所以为了提高查询的效率,就要对HashMap的数组进行扩容,而在HashMap数组扩容之后,最消耗性能的点就出现了:原数组中的数据必须重新计算其在新数组中的位置,并放进去,这就是resize。
所以如果我们已经预知HashMap中元素的个数,那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能。
jdk8:
当HashMap中的其中一个链的对象个数如果达到了8个,此时如果capacity没有达到64,那么HashMap会先扩容解决,如果已经达到了64,那么这个链会变成树,结点类型由Node变成TreeNode类型。当然,如果当映射关系被移除后,下次resize方法时判断树的结点个数低于6个,也会把树再转为链表。
负载因子值的大小,对HashMap有什么影响:
LinkedHashMap 是 HashMap 的子类。
在HashMap存储结构的基础上,使用了一对双向链表来记录添加
元素的顺序。
与LinkedHashSet类似,LinkedHashMap 可以维护 Map 的迭代顺序:迭代顺序与 Key-Value 对的插入顺序一致。
HashMap中的内部类:Node
其中涉及到的泛型<>,过几天就会讲到。
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> { final int hash; final K key; V value; Node<K,V> next; }
LinkedHashMap中的内部类:Entry
static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> { Entry<K,V> before, after; Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) { super(hash, key, value, next); } }
TreeMap存储 Key-Value 对时,需要根据 key-value 对进行排序。
TreeMap 可以保证所有的 Key-Value 对处于有序状态。
TreeSet底层使用红黑树结构存储数据。
TreeMap 的 Key 的排序:
TreeMap判断两个key相等的标准:两个key通过compareTo()方法或者compare()方法返回0。
public class TreeMapTest { //向TreeMap中添加key-value,要求key必须是由同一个类创建的对象 //因为要按照key进行排序:自然排序 、定制排序 //自然排序 @Test public void test1(){ TreeMap map = new TreeMap(); User u1 = new User("Tom",23); User u2 = new User("Jerry",32); User u3 = new User("Jack",20); User u4 = new User("Rose",18); map.put(u1,98); map.put(u2,89); map.put(u3,76); map.put(u4,100); Set entrySet = map.entrySet(); Iterator iterator1 = entrySet.iterator(); while (iterator1.hasNext()){ Object obj = iterator1.next(); Map.Entry entry = (Map.Entry) obj; System.out.println(entry.getKey() + "---->" + entry.getValue()); } } //定制排序 @Test public void test2(){ TreeMap map = new TreeMap(new Comparator() { @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()); } throw new RuntimeException("输入的类型不匹配!"); } }); User u1 = new User("Tom",23); User u2 = new User("Jerry",32); User u3 = new User("Jack",20); User u4 = new User("Rose",18); map.put(u1,98); map.put(u2,89); map.put(u3,76); map.put(u4,100); Set entrySet = map.entrySet(); Iterator iterator1 = entrySet.iterator(); while (iterator1.hasNext()){ Object obj = iterator1.next(); Map.Entry entry = (Map.Entry) obj; System.out.println(entry.getKey() + "---->" + entry.getValue()); } } }
Properties 类是 Hashtable 的子类,该对象用于处理属性文件。
由于属性文件里的 key、value 都是字符串类型,所以 Properties 里的 key 和 value 都是字符串类型。
存取数据时,建议使用setProperty(String key,String value)方法和
getProperty(String key)方法。
大家主要还是主要关注HashMap,其他的需要了解知道是干什么用的就好了,实际场景中用的还是HashMap。
Collections 是一个操作 Set、List 和 Map 等集合的工具类
Collections 中提供了一系列静态的方法对集合元素进行排序、查询和修改等操作,还提供了对集合对象设置不可变、对集合对象实现同步控制等方法。
排序操作:(均为static方法):
查找、替换:
Collections 类中提供了多个 synchronizedXxx() 方法,该方法可使将指定集合包装成线程同步的集合,从而可以解决多线程并发访问集合时的线程安全问题。