Java 集合学习--集合概述

Posted 2020-12-04 一曲天下，一曲江湖

一、集合框架　　

集合，通常也叫容器，java中有多种方式保存对象，集合是java保存对象（对象的引用）的方式之一，之前学习的数组是保存对象的最有效的方式，但是数组却存在一个缺陷，数组的大小是固定的，但是往往我们在写程序的时候，并不知道需要保存多少个对象，或者是否需要用更复杂的方式来存储对象。而java提供集合类来解决这个问题。java中集合大家族的成员实在是太丰富了，有常用的ArrayList、HashMap、HashSet，也有不常用的Stack、Queue，有线程安全的Vector、HashTable，也有线程不安全的LinkedList、TreeMap等等！下图非常明了的展示了整个集合家族的关系。（图片来自网络）

从上图中可以看出，集合类主要分为两大类：Collection和Map。

List接口通常表示一个列表（数组、队列、链表、栈等），其中的元素可以重复，常用实现类为ArrayList和LinkedList，另外还有不常用的Vector。另外，LinkedList还是实现了Queue接口，因此也可以作为队列使用。

Set接口通常表示一个集合，其中的元素不允许重复（通过hashcode和equals函数保证），常用实现类有HashSet和TreeSet，HashSet是通过Map中的HashMap实现的，而TreeSet是通过Map中的TreeMap实现的。另外，TreeSet还实现了SortedSet接口，因此是有序的集合（集合中的元素要实现Comparable接口，并覆写Compartor函数才行）。

Map是一个映射接口，其中的每个元素都是一个key-value键值对，同样抽象类AbstractMap通过适配器模式实现了Map接口中的大部分函数，TreeMap、HashMap、WeakHashMap等实现类都通过继承AbstractMap来实现，另外，不常用的HashTable直接实现了Map接口，它和Vector都是JDK1.0就引入的集合类。

Iterator是遍历集合的迭代器（不能遍历Map，只用来遍历Collection），Collection的实现类都实现了iterator()函数，它返回一个Iterator对象，用来遍历集合，ListIterator则专门用来遍历List。而Enumeration则是JDK1.0时引入的，作用与Iterator相同，但它的功能比Iterator要少，它只能再Hashtable、Vector和Stack中使用。

Arrays和Collections是用来操作数组、集合的两个工具类，例如在ArrayList和Vector中大量调用了Arrays.Copyof()方法，而Collections中有很多静态方法可以返回各集合类的synchronized版本，即线程安全的版本，当然了，如果要用线程安全的结合类，首选Concurrent并发包下的对应的集合类。

二、基本使用

1.List

List是一个有序，可以重复的集合，主要实现有下面三种：

①、List list1 = new ArrayList();

底层数据结构是数组，查询快，增删慢;线程不安全，效率高

②、List list2 = new Vector();

底层数据结构是数组，查询快，增删慢;线程安全，效率低,几乎已经淘汰了这个集合

③、List list3 = new LinkedList();

底层数据结构是链表，查询慢，增删快;线程不安全，效率高。

具体的使用如下：

 1 public class ListDemo {
 2     
 3     public static void main(String[] args) {        
 4         ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
 5         //1.添加元素
 6         list.add(new Integer(10));
 7         list.add(1,20);//20自动转型为包装类
 8         list.addAll(list);
 9         System.out.println(list.toString());//通过迭代器遍历集合，拼接字符串打印
10         //2.相关属性
11         System.out.println("list大小:"+list.size());
12         System.out.println("是否为空:"+list.isEmpty());
13         //3.删除元素
14         list.remove(0);//通过索引删除元素
15         System.out.println(list);
16         //4.查找元素
17         System.out.println(list.get(0));
18         //迭代集合
19         Iterator<Integer> iterator = list.iterator();
20         while(iterator.hasNext()){
21             System.out.print(iterator.next()+"\\t");
22         }
23         System.out.println("\\n------------------------");
24         LinkedList<String> list2 = new LinkedList<String>();
25         list2.add("a");
26         list2.add(1,"b");
27         list2.addAll(list2);
28         System.out.println(list2);
29         System.out.println("list大小:"+list2.size());
30         System.out.println("是否为空:"+list2.isEmpty());
31         list2.remove("a");
32         System.out.println(list2);
33         System.out.println("最后一个元素是:"+list2.getLast());
34         Iterator<String> iterator2 = list2.iterator();
35         while(iterator2.hasNext()){
36             System.out.print(iterator2.next()+"\\t");
37         }
38     }
39 }

结果输出：

[10, 20, 10, 20]
list大小:4
是否为空:false
[20, 10, 20]
20
20    10    20    
------------------------
[a, b, a, b]
list大小:4
是否为空:false
[b, a, b]
最后一个元素是:b
b    a    b

2.Set

set是一个无序，不可重复的集合。主要实现有三种：

①、Set set1 = new HashSet();

底层结构是通过HashMap实现，在jdk1.8后HashMap的底层实现主要是借助数组、链表以及红黑树。HashSet的特点是不保证元素的插入顺序，不可重复，非线程安全，允许集合元素为null.

②、Set set2 = new LinkedHashSet()

底层结构是通过LinkedHashMap实现，LinkedHashMap继承HashMap,本质上也是是借助，数组，链表以及红黑树实现。特点是底层采用链表和哈希表的算法。链表保证元素的添加顺序，哈希表保证元素的唯一性，非线程安全

③、Set set3 = new TreeSet()

底层结构是借助红黑树实现，特点是元素不可重复，不保证元素的添加顺序，对集合中元素进行排序，非线程安全。

具体的使用如下：

 1 public class SetDemo {
 2     
 3     public static void main(String[] args) {
 4         //HashSet的使用
 5         HashSet<String> set1 = new HashSet<String>();
 6         //1.添加元素
 7         set1.add("1");
 8         set1.add("a");
 9         set1.add("c");
10         set1.add("b");
11         set1.addAll(set1);
12         System.out.println(set1);//通过遍历输出结合的元素，从结果可以看出，HashSet集合不允许元素重复，不保证插入的顺序
13         //2.相关属性或方法
14         System.out.println("是否包含c:"+set1.contains("c"));//是否包含某个元素
15         System.out.println("是否为空:"+set1.isEmpty());//是否为空
16         System.out.println("元素个数:"+set1.size());
17         //3.删除某个元素
18         System.out.println(set1.remove("d"));//删除某个元素是否成功
19     
20         //4.遍历集合
21         Iterator<String> iterator = set1.iterator();
22         while(iterator.hasNext()){
23             if(iterator.next().equals("a")){
24                 iterator.remove();//借助迭代器删除某个元素，推荐这种方法
25             }
26         }
27         System.out.println("删除元素a后的set集合的元素个数:"+set1.size()+" "+set1);
28         for (String str : set1) {   //本质上是借助迭代器进行遍历
29             System.out.print(str+"\\t");
30         }
31         
32         System.out.println("\\n----------------------");
33         //LinkedHashSet
34         LinkedHashSet<String> set2 = new LinkedHashSet<String>();
35         //1.添加元素
36         set2.add("1");
37         set2.add("a");
38         set2.add("c");
39         set2.add("b");
40         set2.addAll(set2);
41         System.out.println(set2);//保证元素的插入顺序,不允许重复。
42         //其他的使用与HashSet类似，不过多重复
43         System.out.println("\\n----------------------");
44         //
45         TreeSet<Integer> set3 = new TreeSet<Integer>(new Comparator<Integer>() {
46 
47             @Override
48             public int compare(Integer o1, Integer o2) {
49                 if(o1<o2){
50                     return 1;
51                 }else if(o1>o2){
52                     return -1;
53                 }else {
54                     return 0;
55                 }
56             }
57         });
58         set3.add(2);
59         set3.add(3);
60         set3.add(1);
61         System.out.println(set3);//集合中的元素默认按字典顺序升序排序，通过红黑树实现,显示的是[1,2,3],由于对比较方法进行重写，是其倒序排序
62         //其他使用类似HashSet
63         
64     }
65 
66 }

结果输出：

[1, a, b, c]
是否包含c:true
是否为空:false
元素个数:4
false
删除元素a后的set集合的元素个数:3 [1, b, c]
1    b    c    
----------------------
[1, a, c, b]

----------------------
[3, 2, 1]

3.Map

①、Map map = new HashMap();

底层结构是数组，哈希表以及红黑树，特点是不保证映射关系添加的先后顺序，key不允许重复，key判断重复的标准是：key1和key2的equal为true,以及hashcode相等。

②、Map map = new LinkedHashMap();

底层结构是链表、哈希表以及红黑树，特点是Map中的key保证添加的先后顺序，key不允许重复，key重复的判断标准和HashMap一致。

③、Map map = new TreeMap();

底层结构是红黑树。特点是Map中的key保证先后添加的顺序，不允许重复。key判断的key的compare的结果

 具体使用如下：

 1 public class MapDemo {
 2     
 3     public static void main(String[] args) {
 4         //HashMap
 5         HashMap<String, Integer> map1 = new HashMap<String, Integer>();
 6         //1.添加键值对
 7         map1.put("a", 1);
 8         map1.put("f", 2);
 9         map1.put("c", 3);
10         System.out.println(map1);
11         map1.put("a", 10);
12         System.out.println(map1);//key不允许重复，当重复的时候，后者覆盖前者的值
13         //2.相关属性和方法
14         System.out.println("键值对个数:"+map1.size());
15         System.out.println(map1.isEmpty());
16         System.out.println(map1.containsKey("g"));
17         System.out.println(map1.remove("a", 50));//删除指定键值对
18         //3.通过key查找值,获取key或value
19         System.out.println("f对应的值:"+map1.get("f"));
20         System.out.println(map1.keySet());//获取所有的key，并且返回一个key的Set集合
21         System.out.println(map1.values());//返回所有的value
22         //4.hashmap的遍历
23         //4.1二次取值遍历
24         for(String key:map1.keySet()){
25             System.out.print(key+"="+map1.get(key)+" ");
26         }
27         System.out.println();
28         //4.2通过迭代器
29         Iterator<Entry<String, Integer>> iterator= map1.entrySet().iterator();
30         while(iterator.hasNext()){
31             Entry<String, Integer> entry= iterator.next();
32             System.out.print(entry.getKey()+"="+entry.getValue()+" ");
33         }
34         System.out.println();
35         //4.3推荐，尤其是容量大时  通过Map.entrySet遍历key和value,与4.2本质上一样
36         for(Entry<String, Integer> entry: map1.entrySet()){
37             System.out.print(entry.getKey()+"="+entry.getValue()+" ");
38         }
39         System.out.println("\\n---------------------");
40         
41         
42         LinkedHashMap<String, Integer> map2 = new LinkedHashMap<String, Integer>();
43         map2.put("a", 1);
44         map2.put("f", 2);
45         map2.put("c", 3);
46         System.out.println(map2);//保证键值对的插入顺序
47         //LinkedHashMap继承HashMap其他使用类似HashMap
48         System.out.println("\\n---------------------");
49         TreeMap<String, Integer> map3 = new TreeMap<String, Integer>();
50         map3.put("a", 1);
51         map3.put("f", 2);
52         map3.put("c", 3);
53         System.out.println(map3);//保证键值对的插入顺序,key进行字典顺序的升序排序
54         System.out.println(map3.firstKey());
55         System.out.println(map3.lastKey());//获取最后一个key
56         //其他使用类似HashMap
57         
58         
59     }
60 
61 }

结果输出：

{a=1, c=3, f=2}
{a=10, c=3, f=2}
键值对个数:3
false
false
false
f对应的值:2
[a, c, f]
[10, 3, 2]
a=10 c=3 f=2 
a=10 c=3 f=2 
a=10 c=3 f=2 
---------------------
{a=1, f=2, c=3}
---------------------
{a=1, c=3, f=2}
a
f

4.Map和Set集合的关系总结

• HashSet借助HashMap实现，都采哈希表和红黑树算法； TreeSet借助TreeMap实现， 都采用 红黑树算法；LinkedHashMap 和 LinkedHashSet 都采用 哈希表算法和红-黑树算法。
• Set集合实际上是由Map集合的key组成。
• HashSet的性能基本上总是比TreeSet好，特别是在添加和查询元素的时候，TreeSet存在的唯一原因是它可以维持元素的排序状态。