Java集合框架-顶层接口

Posted 小橘子ღ

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Java集合框架-顶层接口相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

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List接口

介绍

java.util.List 接口继承自 Collection 接口 ，是单列集合中的一个重要分支。

  • 允许出现重复元素
  • 线性存储，有索引
  • 有序，存入和取出的顺序是一致的

特有方法

方法 描述
void add(int index, E element) 将指定的元素插入此列表中的指定位置（可选操作）。
E get(int index) 返回此列表中指定位置的元素。
E remove(int index) 删除该列表中指定位置的元素（可选操作）。
E set(int index, E element) 用指定的元素（可选操作）替换此列表中指定位置的元素。

测试代码

package collection;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * 测试list接口的几个特有方法
 * 有序，与index相关的常用方法
 */
public class TestList {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        System.out.println(list);
        list.add("A");
        list.add("B");
        list.add("C");
        System.out.println(list);
        list.add(1, "a");
        System.out.println(list);
        System.out.println("删除元素"+list.remove(0));
        System.out.println(list);
        System.out.println("被替换的元素" + list.set(0, "A"));
        System.out.println(list);
    }
}

结果

[]
[A, B, C]
[A, a, B, C]
删除元素A
[a, B, C]
被替换的元素a
[A, B, C]

注意下标越界跟数组一样

List子类

ArrayList集合

java.util.ArrayList 是可调整大小的数组的实现List接口

元素增删慢，查找快，满足日常开发中实现查询数据、遍历数据等功能

但不意味着随意使用ArrayList完成任何需求，当频繁增删数据时，效率极低。

底层原理

数据存放在Object类型的数组中：

transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

既然是数组，那它是怎样实现自动扩容的呢？

以ArrayList 的add方法源码举例

// 在添加数据之前，确保容量充足
public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

// 确定具体容量 -> 计算容量
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}

// 如果列表为空，返回默认容量 DEFAULT_CAPACITY = 10，否则返回最小容量
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    return minCapacity;
}

// 如果最小容量小于数组长度，则给数组扩容
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;

    // overflow-conscious code
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        grow(minCapacity);
}
// 扩容过程，旧容量 = 原数组长度，新容量 = 扩容1.5倍
// 如果新容量小于最小容量，新容量=最小容量
// 如果新容量 大于 最大数组大小 Integer.MAX_VALUE - 8 
//总之用数组存储是不可能无限增长,超过21亿多就抛出内存溢出异常
private void grow(int minCapacity) {
    // overflow-conscious code
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
// 最后调用工具类Arrays的复制方法，将原数组的数据复制到一个新的数组

Arrays.java

public static <T> T[] copyOf(T[] original, int newLength) {
    return (T[]) copyOf(original, newLength, original.getClass());
}

public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) {
    @SuppressWarnings("unchecked")
    T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class)
        ? (T[]) new Object[newLength]
        : (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength);
    System.arraycopy(original, 0, copy, 0,Math.min(original.length, newLength));
    return copy;
}
// 底层还是调用了系统级的复制数组方法

// 本地方法
public static native void arraycopy(Object src,  int  srcPos,Object dest, int destPos,int length);

注意

ArrayList的实现不是同步的，存在线程安全问题。

LinkedList集合

特点

  • 底层用链表结构：查询慢，增删快
  • 包含大量操作首尾元素的方法
  • 使用特有方法时不要用多态

底层

用双向链表存储数据

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;
    }
}

继承 AbstractSequentialList 类

实现了很多接口

  • List 列表的相关操作
  • Queue
    • Deque 队列
  • Cloneable 克隆
  • Serializable 序列化，用于网络传输
public class LinkedList<E>extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable{}

public interface Deque<E> extends Queue<E> {}

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Java LinkedList（链表） 类似于 ArrayList，是一种常用的数据容器。

与 ArrayList 相比，LinkedList 的增加和删除对操作效率更高，而查找和修改的操作效率较低。

以下情况使用 ArrayList :

  • 频繁访问列表中的某一个元素。
  • 只需要在列表末尾进行添加和删除元素操作。

以下情况使用 LinkedList :

  • 你需要通过循环迭代来访问列表中的某些元素。
  • 需要频繁的在列表开头、中间、末尾等位置进行添加和删除元素操作。

特有方法

方法 描述
void addFirst(E e) 在该列表开头插入指定的元素。
void addLast(E e) 将指定的元素追加到此列表的末尾。
void push(E e) 将元素推送到由此列表表示的堆栈上。
E getFirst() 返回此列表中的第一个元素。
E getLast() 返回此列表中的最后一个元素。
E peek() 检索但不删除此列表的头（第一个元素）。
E peekFirst() 检索但不删除此列表的第一个元素，如果此列表为空，则返回 null 。
E peekLast() 检索但不删除此列表的最后一个元素，如果此列表为空，则返回 null 。
E poll() 检索并删除此列表的头（第一个元素）。
E pollFirst() 检索并删除此列表的第一个元素，如果此列表为空，则返回 null 。
E pollLast() 检索并删除此列表的最后一个元素，如果此列表为空，则返回 null 。
E removeFirst() 从此列表中删除并返回第一个元素。
E removeLast() 从此列表中删除并返回最后一个元素。
E pop() 从此列表表示的堆栈中弹出一个元素。

Vector

所有单列集合的祖先，Java 1.0版本就已经发布！

Java1.2版本之后，ArrayList取代了Vector。

Vector 类实现了一个动态数组。和 ArrayList 很相似，但是两者是不同的：

  • Vector 是同步访问的。
  • Vector 包含了许多传统的方法，这些方法不属于集合框架。

Set接口

java.util.Set 接口继承自 Collection 接口 ，也是单列集合中的一个重要分支。

  • 不允许存储重复的元素
  • 没有索引！没有带索引的方法，方法和Collection一样
  • 不能用普通for循环遍历，增强for可以

Set子类

HashSet集合

java.util.HashSet 集合实现 Set 接口

特点

  • 不重复
  • 无序
  • 无索引

底层

HashTable 查询速度非常快

public class HashSet<E>extends AbstractSet<E>
    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable{
    static final long serialVersionUID = -5024744406713321676L;

    private transient HashMap<E,Object> map;

    // Dummy value to associate with an Object in the backing Map
    private static final Object PRESENT = new Object();

    /**
     * Constructs a new, empty set; the backing <tt>HashMap</tt> instance has
     * default initial capacity (16) and load factor (0.75).
     */
    public HashSet() {
        map = new HashMap<>();
    }
}

测试代码

import java.util.HashSet;
import java.util.Iterator;

public class TestHashSet {
    public static void main(String[] args) {
        HashSet<String> set = new HashSet<>();
        System.out.println(set.add("a"));
        System.out.println(set.add("a"));
        System.out.println(set.add("b"));
        System.out.println(set.add("c"));

        System.out.println("========迭代器=======");
        Iterator<String> it = set.iterator();
        while (it.hasNext()) {
            System.out.print(it.next() + "\\t");
        }
        System.out.println("\\n========增强for=======");
        for (String s : set) {
            System.out.print(s + "\\t");
        }
    }
}

结果

true
false
true
true
========迭代器=======
a	b	c	
========增强for=======
a	b	c

Hash值

一个十进制的整数，由系统随机给出。

可以视为模拟对象存储的逻辑地址，而不是数据实际存储的物理地址。

Object祖宗类中就提供获取hash值的方法hashCode() ，hashCode调用了

 public native int hashCode();

对具体实现感兴趣的请转至传送门

哈希码的通用约定如下：

  • 在java程序执行过程中，在一个对象没有被改变的前提下，无论这个对象被调用多少次，hashCode方法都会返回相同的整数值。对象的哈希码没有必要在不同的程序中保持相同的值。
  • 如果2个对象使用equals方法进行比较并且相同的话，那么这2个对象的hashCode方法的值也必须相等。
  • 如果根据equals方法，得到两个对象不相等，那么这2个对象的hashCode值不需要必须不相同。但是，不相等的对象的hashCode值不同的话可以提高哈希表的性能。

Hash表

查询快！

JDK 1.8 之前，哈希表 = 数组 + 链表

JDK 1.8 之后

  • 哈希表 = 数组 + 链表
  • 哈希表 = 数组 + 红黑树
  • 红黑树在数量大时提高查询速度

Hash表的底层

数组结构：把元素分组，相同哈希值的放到一起，用链表或红黑树保存

当链表长度超过8位，将链表转为红黑树

初始容量为16

存储数据到集合的过程

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HashSet的底层

就是HashMap !!

https://blog.csdn.net/HD243608836/article/details/80214413

HashMap明天再补

以上是关于Java集合框架-顶层接口的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

Java集合框架-概述

Java集合框架中接口Collection和Map的区别

Java集合框架

java 集合

Java集合框架

java 集合框架小结