Java入门——集合概讲

Posted 2020-11-24 瓜牛

集合（或者叫容器）是Java的核心知识点，它有着很深的深度。我们这里不会设计多深，仅仅作为了解入门，深入了解请移步各种集合源码文章。好的，下面正是开始介绍...

Java集合为何而生

我们知道，Java是一门面向对象编程语言，这也就意味着程序中存在着大量的对象。这个时候问题就来了，我们如何很好的存放和操作对象呢？如果你能明白这个问题，那么你就知道了“集合为何而生”这个问题的答案。

总结一句： Java给我们提供了工具（集合）方便我们去存放和操作多个Java对象

Java集合入门学习

Java集合的目的是方便操作多个对象，同时，它提供一系列的API来供我们操作。因此，在初学Java集合的时候我们更多的是学习这些API的用法。

对Java集合的API使用有一定了解之后，我们就应该从面向对象的角度去理解它。为什么会抽象出多个接口，以及每个接口有什么特征。

我们可以总结出几个常用的实现类，这几个常用的实现类我们必须知道它的数据结构是什么，什么时候使用这个类。

同时，你还需要学习和了解数据结构：

学完上面的内容后，我们基本掌握了常用集合的数据结构，也就知道了如何选择合适的集合容器去存储我们的对象。总之，学完常见实现类的数据结构之后，对它们的使用场景也有了更加清晰的认识。

Java集合类简介

Java集合是一个很庞大的知识点，话不多说，上图感受下：

1. Java集合的根接口是Collection，它又继承了迭代接口Iterable
2. List接口和Set接口继承了Collection接口
3. Map接口是独立的接口，并没有继承Collection接口
4. List接口常用的实现类有：ArrayList、LinkedList、Vector
5. Set接口常用的实现类有：HashSet、LinkedHashSet、TreeSet
6. Map接口常用的实现类有：HashMap、HashTable、TreeMap

Java容器可分为两大类：

• Collection
  • List
    • ArrayList
    • LinkedList
    • Vector(了解，已过时)
  • Set
    • HashSet
      • LinkedHashSet
    • TreeSet
• Map
  • HashMap
    • LinkedHashMap
  • TreeMap
  • ConcurrentHashMap
  • Hashtable(了解，，已过时)

Iterator迭代器

迭代器是一种设计模式，它是一个对象，它可以遍历并选择序列中的对象，而开发人员不需要了解该序列的底层结构。迭代器通常被称为“轻量级”对象，因为创建它的代价小

我们可以发现一个特点，上述所有的集合类，除了Map系列的集合，Collection集合都实现了Iterator接口。我们可以在源码中追溯到集合的顶层接口，比如Collection接口，可以看到它继承的是类Iterable。

它是Java集合的顶层接口（不包括Map系列的集合，Map接口是Map系列集合的顶层接口）

所以除了Map系列的集合，我么都能通过迭代器来对集合中的元素进行遍历。

Map集合的子类可以用keyset()方法转换成Set集合遍历

Iterable迭代器一共4个方法：

• hasNext()：判断下个迭代器是否还有下一个元素

• next()：返回下一个元素的值，并且把自身offset移动下一位

• remove()：这个可以删除用这个迭代器集合中的元素（注意如果删除之后还是前面获得的迭代器，你会发现原来的迭代器还是没变，得重新获得删除元素之后的迭代器）

• forEachRemaining：1.8的新方法 可以直接遍历迭代器剩下的元素，如果从最开始的话就是遍历所有的迭代器

补充： 还有一个ListIterator接口，它继承了Iterator接口，但只能用于List集合。它是Iterator接口的升级版，里面除了Iterator含有的功能外，还具有一些其他的功能。Iterator遍历集合元素时，只能单向遍历，而ListIterator可以双向进行遍历、添加元素、设置元素

当使用Iterator对集合元素进行迭代时，Iterator并不是把集合元素本身传给了迭代变量，而是把集合元素的值传给了迭代变量（就如同参数传递是值传递，基本数据类型传递的是值，引用类型传递的仅仅是对象的引用变量），所以修改迭代变量的值对集合元素本身没有任何影响。
下面的程序演示了这一点：

public class IteratorExample {
    public static void main(String[] args){
        List<String> list =Arrays.asList("java语言","C语言","C++语言");
        Iterator<String> iterator = list.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            String next = iterator.next();//集合元素的值传给了迭代变量，仅仅传递了对象引用。保存的仅仅是指向对象内存空间的地址
            next ="修改后的";
            System.out.println(next);
        }
        System.out.println(list);
    }
}

输出结果：

修改后的
修改后的
修改后的
[java语言, C语言, C++语言]

Collection接口

Collection的作用就是规定了一个集合有哪些基本的操作。 这里主要是插入数据，清空数据，是否包含，是否相等，集合里的数据个数和转化成熟组这几种操作。

接口中定义的方法：

Collection接口是Set、List、Queue的父接口。下面逐一介绍：

Set集合

Set集合与Collection集合基本相同，没有提供任何额外的方法。实际上Set就是Collection，只是行为略有不同（Set不允许包含重复元素）。
Set集合不允许包含相同的元素，如果试图把两个相同的元素加入同一个Set集合中，则添加操作失败，add()方法返回false，且新元素不会被加入。

List集合

List集合代表一个元素有序、可重复的集合，集合中每个元素都有其对应的顺序索引。List集合允许使用重复元素，可以通过索引来访问指定位置的集合元素 。List集合默认按元素的添加顺序设置元素的索引，例如第一个添加的元素索引为0，第二个添加的元素索引为1......
List作为Collection接口的子接口，可以使用Collection接口里的全部方法。而且由于List是有序集合，因此List集合里增加了一些根据索引来操作集合元素的方法：

• void add(int index, Object element): 在列表的指定位置插入指定元素（可选操作）
• boolean addAll(int index, Collection c) : 将集合c 中的所有元素都插入到列表中的指定位置index处
• Object get(index):返回列表中指定位置的元素
• int indexOf(Object o): 返回此列表中第一次出现的指定元素的索引；如果此列表不包含该元素，则返回 -1
• int lastIndexOf(Object o):返回此列表中最后出现的指定元素的索引；如果列表不包含此元素，则返回 -1
• Object remove(int index): 移除列表中指定位置的元素
• Object set(int index, Object element):用指定元素替换列表中指定位置的元素
• List subList(int fromIndex, int toIndex): 返回列表中指定的 fromIndex（包括 ）和 toIndex（不包括）之间的所有集合元素组成的子集
• Object[] toArray(): 返回按适当顺序包含列表中的所有元素的数组（从第一个元素到最后一个元素）

除此之外，Java 8还为List接口添加了如下两个默认方法：

• void replaceAll(UnaryOperator operator):根据operator指定的计算规则重新设置List集合的所有元素
• void sort(Comparator c):根据Comparator参数对List集合的元素排序

Queue集合

Queue用户模拟队列这种数据结构，队列通常是指“先进先出”(FIFO，first-in-first-out)的容器。队列的头部是在队列中存放时间最长的元素，队列的尾部是保存在队列中存放时间最短的元素。新元素插入（offer）到队列的尾部，访问元素（poll）操作会返回队列头部的元素。通常，队列不允许随机访问队列中的元素。

接口中定义的方法：

Map集合

Map用户保存具有映射关系的数据，因此Map集合里保存着两组数，一组值用户保存Map里的key,另一组值用户保存Map里的value，key和value都可以是任何引用类型的数据。Map的key不允许重复，即同一个Map对象的任何两个key通过equals方法比较总是返回false。
如下图所描述，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。从Map中取出数据时，只要给出指定的key，就可以取出对应的value。

Map集合包括Map接口以及Map接口的所有实现类。Map集合具有以下特点：

1. Map接口并没有继承Collection接口，提供的是key到value的映射
2. Map中不能包含相同的key

Map接口常用的实现类有：HashMap、HashTable、TreeMap。

我们先看下如下示例了解下Map集合的用法：

package collection;

import java.util.*;

public class Muster {
    public static void main(String[] args) {
        Map<Integer, String> platformMap = new HashMap<>();
        platformMap.put(1, "博客园");
        platformMap.put(2, "掘金");
        platformMap.put(3, "微信公众号");
        platformMap.put(4, "个人博客");

        // 尝试添加重复Map
        platformMap.put(4, "个人博客");

        // 获取所有的key
        Set<Integer> keys = platformMap.keySet();
        for (Integer integer : keys) {
            System.out.println("Key:" + integer + ",Value:" + platformMap.get(integer));
        }
    }
}

以上代码的输出结果为：

Key:1,Value:博客园
Key:2,Value:掘金
Key:3,Value:微信公众号
Key:4,Value:个人博客

从日志可以看出，当我们尝试重加重复Map时，并没有添加成功。

关于Map集合的详细用法，HashMap、HashTable、TreeMap的区别（这里是重点，面试可能问的比较多，这里不展开说明）

Map集合与Set集合、List集合的关系

1. 与Set集合的关系
如果把Map里的所有key放在一起看，它们就组成了一个Set集合（所有的key没有顺序，key与key之间不能重复），实际上Map确实包含了一个keySet()方法，用户返回Map里所有key组成的Set集合。
2. 与List集合的关系
如果把Map里的所有value放在一起来看，它们又非常类似于一个List：元素与元素之间可以重复，每个元素可以根据索引来查找，只是Map中索引不再使用整数值，而是以另外一个对象作为索引。

接口中定义的方法：

Map中还包括一个内部类Entry，该类封装了一个key-value对。Entry包含如下三个方法：

Map集合最典型的用法就是成对地添加、删除key-value对，然后就是判断该Map中是否包含指定key，是否包含指定value，也可以通过Map提供的keySet()方法获取所有key组成的集合，然后使用foreach循环来遍历Map的所有key，根据key即可遍历所有的value。下面程序代码示范Map的一些基本功能：

public class MapTest {
    public static void main(String[] args){
        Day day1 = new Day(1, 2, 3);
        Day day2 = new Day(2, 3, 4);
        Map<String,Day> map = new HashMap<String,Day>();
        //成对放入key-value对
        map.put("第一个", day1);
        map.put("第二个", day2);
        //判断是否包含指定的key
        System.out.println(map.containsKey("第一个"));
        //判断是否包含指定的value
        System.out.println(map.containsValue(day1));
        //循环遍历
        //1.获得Map中所有key组成的set集合
        Set<String> keySet = map.keySet();
        //2.使用foreach进行遍历
        for (String key : keySet) {
            //根据key获得指定的value
            System.out.println(map.get(key));
        }
        //根据key来移除key-value对
        map.remove("第一个");
        System.out.println(map);
    }
}

输出结果：

true
true
Day [hour=2, minute=3, second=4]
Day [hour=1, minute=2, second=3]
{第二个=Day [hour=2, minute=3, second=4]}

参考：

【新手向】如何学习Java集合

Java集合中List,Set以及Map等集合体系详解(史上最全)

由浅入深理解 java 集合——集合框架 Collction、Map