Java集合(Collection List Set Map)

雨点打透心脏的1/2处 2024-03-31 14:57 92阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*   *  Collection接口和常用方法
     *   *   *  Collection接口遍历元素方式1 -使用Iterator(迭代器)
             *  Collection接口遍历对象方式2-for循环增强
     *  List接口和常用方法
     *   *   *  List\[ArrayList, LinkedList, Vector\]的三种遍历方式
             *  ArrayList的注意事项
             *  ArrayList的底层操作机制源码分析
             *  Vector和ArrayList的比较
             *  LinkedList底层结构
             *  LinkedList的底层操作机制
             *  ArrayList和LinkedList的比较
     *  Set接口和常用方法
     *   *   *  HashSet的全面说明
             *  HashSet底层机制说明
             *  HashSet的扩容和转成红黑树机制
             *  Set接口实现类 - LinkedHashSet
     *  Map接口和常用方法
     *   *   *  常用方法
             *  Map遍历方式
             *  HashMap小结
             *  HashMap底层机制
             *  Map接口实现类 -HashTable的基本介绍
             *  Map接口实现类 - Properties基本介绍
     *  总结-开发中如何选择集合实现类
     *  Collections工具类

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**集合的理解和好处**

前面我们保存多个数据使用的是数组，那么数组有不足的地方，我们分析一下。

1)长度开始时必须指定，而且一旦指定，不能更改  
2)保存的必须为同一类型的元素  
3)使用数组进行增加元素的示意代码-比较麻烦

那么集合有哪些好处呢?

1)可以动态保存任意多个对象，使用比较方便!  
2)提供了一系列方便的操作对象的方法: add、 remove、 set、 get等  
3)使用集合添加, 删除新元素的示意代码-简洁了

### Collection接口和常用方法 ###

public interface Collection<E> extends Iterable<E>

1)collection实现子类可以存放多个元素，每个元素可以是Object  
2)有些Collection的实现类，可以存放重复的元素，有些不可以  
3)有些Collection的实现类，有些是有序的(List)，有些不是有序(Set)  
4)Collection接口没有直接的实现子类，是通过它的子接口Set和List来实现的

Collection接口常用方法,以实现子类ArrayList来演示

1.  add:添加单个元素
2.  remove:删除指定元素
3.  contains:查找元素是否存在
4.  size:获取元素个数
5.  isEmpty:判断是否为空
6.  clear:清空
7.  addAll:添加多个元素
8.  containsAll:查找多个元素是否都存在
9.  removeAll:删除多个元素

##### Collection接口遍历元素方式1 -使用Iterator(迭代器) #####

1.  Iterator对象称为迭代器，主要用于遍历Collection集合中的元素。
2.  所有实现了Collection接口的集合类都有一个iterator(方法， 用以返回一个实现 了Iterator接口的对象，即可以返回一个迭代器。
3.  Iterator的结构
4.  Iterator仅用于遍历集合，Iterator 本身并不存放对象。

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import java.util.ArrayList;
    import java.util.Iterator;
    
    public class Collection01 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            ArrayList al = new ArrayList();
            al.add("AA");
            al.add(11);
            al.add("三国演义");
            Iterator iterator = al.iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
        
                Object obj = iterator.next();
                System.out.println(obj);
            }
        }
    }

##### Collection接口遍历对象方式2-for循环增强 #####

增强for循环，可以代替iterator迭代器， 特点: 增强for就是简化版的iterator, 本质一样。只能用于遍历集合或数组。

基本语法

for(元素类型 元素名:集合名或数组名) {
        
    	访问元素
    }

### List接口和常用方法 ###

List接口是Collection接口的子接口

1.  List集合类中元素有序(即添加顺序和取出顺序一 致)、 且可重复
2.  List集合中的每个元素都有其对应的顺序索引，即支持索引。
3.  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

List集合里添加了一些根据索引来操作集合元素的方法

1.  void add(int index, Object ele):在index位置插入ele元素
2.  boolean addAll(int index, Collection eles):从index位置开始将eles中的所有元素添加进来
3.  Object get(int index):获取指定index位置的元素
4.  int indexOf(Object obj):返回obj在集合中首次出现的位置
5.  int lastIndexOf(Object obj):返回obj在当前集合中末次出现的位置
6.  Object remove(int index):移除指定index位置的元素，并返回此元素
7.  Object set(int index, Object ele):设置指定index位置的元素为ele , 相当于是替换
8.  List subList(int fromIndex, int tolndex): 返回从fromIndex到tolndex位置的子集合

##### List\[ArrayList, LinkedList, Vector\]的三种遍历方式 #####

方式一:使用iterator

方式二:使用增强for

方式三:使用普通for

##### ArrayList的注意事项 #####

1.  permits all elements, includling null , ArrayList可以加入nulI,并且多个
2.  ArrayList是由数组来实现数据存储的
3.  ArrayList基本等同于Vector ,除了ArrayList是线程不安全(执行效率高)看源码.  
    在多线程情况下，不建议使用ArrayList

##### ArrayList的底层操作机制源码分析 #####

1.  ArrayList中维护了-个Object类型的数组elementData. \[debug 看源码\]  
    transient Object\[\] elementData;
2.  当创建对象时，如果使用的是无参构造器，则初始elementData容量为0 (jdk7是10)
3.  当添加元素时:先判断是否需要扩容，如果需要扩容，则调用grow方法，否则直接添加元素到合适位置
4.  如果使用的是无参构造器，如果第一次添加， 需要扩容的话，则扩容elementData为10,  
    如果需要再次扩容的话，则扩容elementData为1.5倍。
5.  如果使用的是指定容量capacity的构造器，则初始elementData容量为capacity
6.  如果使用的是指定容量capacity的构造器，如果需要打容，则直接扩容elementData为 1.5倍。

##### Vector和ArrayList的比较 #####

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##### LinkedList底层结构 #####

1.  LinkedList底层实现了双向链表和双端队列特点
2.  可以添加任意元素(元素可以重复)，包括null
3.  线程不安全，没有实现同步

##### LinkedList的底层操作机制 #####

1.  LinkedList底层维护了一个双向链表.
2.  LinkedList中维护了两个属性first和last分别指向首节点和尾节点
3.  每个节点(Node对象) ,里面又维护了prev、next、 item三个属性， 其中通过  
    prev指向前一个，通过next指向后一个节点。最终实现双向链表
4.  所以LinkedList的元素的添加和删除，不是通过数组完成的，相对来说效率较高。
5.  模拟一个简单的双向链表走代码

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##### ArrayList和LinkedList的比较 #####

这俩都是线程不安全的

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如何选择ArrayList和LinkedList:  
1)如果我们改查的操作多，选择ArrayList  
2)如果我们增删的操作多，选择LinkedList  
3)一般来说，在程序中，80%-90%都是查询，因此大部分情况下会选择ArrayList  
4)在一个项目中，根据业务灵活选择，也可能这样，一个模块使用的是ArrayList,另外一个模块是LinkedList.

### Set接口和常用方法 ###

1 无序(添加和取出的顺序不一致)，没有索引  
2 不允许重复元素，所以最多包含一个null  
3 JDK APl中Set接口的实现类有: AbstractSet, ConcurrentSkipListSet, CopyOnWriteArraySet, EnumSet, HashSet, JobStateReasons, LinkedHashSet, TreeSet

和List接口一样，Set接口也是Collection的子接口，因此，常用方法和Collection接口一样.

同Collection的遍历方式一样，因为Set接口是Collection接口的子接口。  
1.可以使用迭代器  
2.增强for  
3.不能使用索引的方式来获取元素.

##### HashSet的全面说明 #####

1.  HashSet实现了Set接口
2.  HashSet实际上是HashMap，看下源码.
3.  可以存放null值，但是只能有一个null
4.  HashSet不保证元素是有序的,取决于hash后，再确定索引的结果.
5.  不能有重复元素/对象.在前面Set接口使用已经讲过

##### HashSet底层机制说明 #####

分析HashSet的添加元素底层是如何实现(hash() + equals())

![image-20221203114644214][]

1.  HashSet 底层是HashMap
2.  添加一个元素时，先得到hash值-会转成->索引值
3.  找到存储数据表table ,看这个索引位置是否已经存放的有元素
4.  如果没有，直接加入
5.  如果有，调用equals比较，如果相同，就放弃添加，如果不相同，则添加到最后
6.  在Java8中，如果条链表的元素个数超过TREEIFY THRESHOLD(默认是8)，并且table的大小 >=MIN\_ TREEIFY CAPACITY(默认64),就会进行树化(红黑树)

##### HashSet的扩容和转成红黑树机制 #####

1.  HashSet底层是HashMap,第一次添加时，table 数组扩容到16,临界值(threshold)是 16 ∗ 加 载 因 子 ( l o a d F a c t o r ) 是 0.75 = 12 16\*加载因子(loadFactor)是0.75 = 12 16∗加载因子(loadFactor)是0.75=12如
2.  如 果table数组使用到了临界值12,就会扩容到16\* 2 = 32,新的临界值就是32\*0.75 = 24,依次类推
3.  在Java8中，如果一条链表的元素个数到达TREEIFY THRESHOLD(默认是8 ),并且table的大小>=MIN TREEIFY CAPACITY(默认64),就会进行树化(红黑树)，否则仍然采用数组扩容机制

##### Set接口实现类 - LinkedHashSet #####

1.  LinkedHashSet是HashSet的子类
2.  LinkedHashSet底层是一个LinkedHashMap,底层维护了一个数组+双向链表
3.  LinkedHashSet根据元素的hashCode值来决定元素的存储位置，同时使用链表维护元素的次序(图)，这使得元素看起来是以插入顺序保存的。
4.  LinkedHashSet不允许添重复元素

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### Map接口和常用方法 ###

注意:这里讲的是JDK8的Map接口特点 Map\_ java

1.  Map与Collection并列存在。用于保存具有映射关系的数据:Key-Value
2.  Map中的key和value可以是任何引用类型的数据，会封装到HashMap$Node对象中
3.  Map中的key不允许重复，原因和HashSet一样，前面分析过源码.
4.  Map中的value可以重复
5.  Map的key可以为null, value也可以为null，注意key为null,只能有一个，value为null ,可以多个.
6.  常用String类作为Map的key
7.  key和value之间存在单向一对一关系，即通过指定的key总能找到对应的value
8.  Map存放数据的key-value示意图，-对k-v是放在一 个Node中的，有因为Node实现了Entry接口，有些书上也说一对k-v就是一个Entry(如图)

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##### 常用方法 #####

1.  put:添加
2.  remove:根据键删除映射关系
3.  get:根据键获取值
4.  size:获取元素个数
5.  isEmpty:判断个数是否为0
6.  clear:清除
7.  containsKey:查找键是否存在

##### Map遍历方式 #####

1)containsKey:查找键是否存在  
2)keySet:获取所有的键  
3)entrySet:获取所有关系k-v  
4)values:获取所有的值

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![image-20221203172604821][]

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##### HashMap小结 #####

1.  Map接口的常用实现类: HashMap、 HashTable和Properties。
2.  HashMap是Map接口使用频率最高的实现类。
3.  HashMap是以key-val对的方式来存储数据(HashMap$Node)
4.  key不能重复，但是是值可以重复，允许使用null键和null值。
5.  如果添加相同的key，则会覆盖原来的key-val ,等同于修改.(key不会替换，val会替换)
6.  与HashSet一样，不保证映射的顺序，因为底层是以hash表的方式来存储的.
7.  HashMap没有实现同步，因此是线程不安全的

##### HashMap底层机制 #####

1.  HashMap底层维护了Node类型的数组table,默认为null
2.  当创建对象时，将加载因子(loadfactor)初始化为0.75.
3.  当添加key-val时，通过key的哈希值得到在table的索引。然后判断该索引处是否有元素，如果没有元素直接添加。如果该索引处有元素，继续判断该元素的key是否和准备加入的key相等，如果相等，则直接替换val;如果不相等需要判断是树结构还是链表结构，做出相应处理。如果添加时发现容量不够，则需要扩容。
4.  第1次添加，则需要扩容table容量为16,临界值(threshold)为12.
5.  以后再扩容，则需要扩容table容量为原来的2倍，临界值为原来的2倍,即24,依次类推
6.  在Java8中，如果一条链表的元素个数超过TREEIFY THRESHOLD(默认是8)，并且table的大小>= MIN TREEIFY CAPACITY(默认64),就会进行树化(红黑树)

##### Map接口实现类 -HashTable的基本介绍 #####

1.  存放的元素是键值对:即K-V
2.  hashtable的键和值都不能为null,否则会抛出NullPointerException
3.  hashTable使用方法基本上和HashMap-样
4.  hashTable是线程安全的，hashMap 是线程不安全的
5.  简单看下底层结构

##### Map接口实现类 - Properties基本介绍 #####

1.  Properties类继承自Hashtable类并且实现了Map接口， 也是使用一种键值对的形式来保存数据。
2.  他的使用特点和Hashtable类似
3.  Properties 还可以用于从xxx.properties文件中，加载数据到Properties类对象，并进行读取和修改
4.  说明: 工作后xx.properties 文件通常作为配置文件，这个知识点在I0流举例，有兴趣可先看文章

### 总结-开发中如何选择集合实现类 ###

1)先判断存储的类型(一组对象\[单列\]或一组键值对\[双列\])  
2)一组对象\[单列\]: Collection接口  
允许重复: List  
增删多: LinkedList \[底层维护了一个双向链表\]  
改查多: ArrayList \[底层维护Object类型的可变数组\]  
不允许重复: Set  
无序: HashSet \[底层是HashMap ,维护了一个哈希表即(数组+链表红黑树)\]  
排序: TreeSet  
插入和取出顺序一致: LinkedHashSet ， 维护数组+双向链表  
3)一组键值对:Map  
键无序: HashMap \[底层是:哈希表jdk7: 数组+链表，jdk8:数组+链表+红黑树\]  
键排序: TreeMap  
键插入和取出顺序一致: LinkedHashMap  
读取文件Properties

### Collections工具类 ###

1.  Object max(Collection): 根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最大元素
2.  Object max(Collection, Comparator): 根据Comparator指定的顺序，返回给定集合中的最大元素
3.  Object min(Collection)
4.  Object min(Collection, Comparator)
5.  int frequency(Collection, Object): 返回指定集合中指定元素的出现次数
6.  void copy(List dest,List src):将src中的内容复制到dest中  
    ections工具类

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