Java 基础 - 集合

Posted 2020-08-22

Collection

            

Collection 集合

在 java.util 包中, 其中 Collection 包含:

• List: 必须按特定的顺序容纳元素
• Set: 不可包含任何重复的元素

注意: Map 不在 Collection 集合中.

Collection的主要方法

• Boolean add(Object): 如果没添加, 则返回 false(Set 常用)
• Boolean addAll(Collection)
• void clear(): 清除所有
• Boolean contains(Object): 包含(通过比较equals)则返回true
• Boolean containsAll(Collection): 如果包含所有, 则返回true
• Boolean isEmpty(): 没有元素返回true
• Iterator iterator(): 返回迭代器,  Collection 唯一的迭代方法
• Boolean remove(Object): true 代表有删除动作
• Boolean removeAll(Collection): true 代表有删除动作
• Boolean retainAll(Collection): 取交集, 有变动返回 true
• int size()
• Object[] toArray(): 返回一个数组
• Object[] toArray(Object[] a)

1.8新特性

• Spliterator<E> spliterator()
• Stream<E> stream()
• Stream<E> parallelStream()

List

List接口 继承自 Collection 接口, 它保证元素保存的顺序. 实现类主要有:

1. ArrayList
2. LinkedList

ArrayList

特点:

• 用于替换 Vector
• 数组实现
• 提供随机访问
• 查询快O(1), 插入删除慢

扩容:

• 初始值: 0
• 第一次增长: `minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
• 之后是每次 3/2 * oldCapacity + 1: oldCapacity + (oldCapacity >> 1) + 1

LinkedList

特点:

• 双向链表实现
• 插入删除快
• 随机查找慢, 时间复杂度为O(n)

Set

Set接口 继承自 Collection 接口, 它保证容器内元素唯一性, 不保证顺序. Set 中添加的对象, 必须重写了 equals() 方法(否则只是比较地址), 实现类有:

1. HashSet
2. TreeSet

HashSet

特点:

• 需要 hashcode
• 不保证顺序
• 用 HashMap 实现, 每次add操作会调用 map.put(ele, 预定义假对象);

TreeSet

特点: 

• 保证顺序
• TreeMap 实现, 每次add操作会调用 map.put(ele, 预定义假对象);

Map

用于存储 "键值对".包含:

1. HashMap
2. TreeMap

HashMap

特点:

1. 用于代替 Hashtable
2. 需要重写 hashCode() 和 equals()
3. 不保证顺序
4. put() 和 get() 为常数时间

扩容:

1. 初始值: 16, 负载因子为0.75, 初始阀值为 16*0.75
2. 每次扩容, Capacity 加倍

与Hashtable区别:

1. 非线程安全, 要外部(调用者)保证线程安全
2. 允许存放 <null, null>

影响HashMap性能的参数:

初始大小和负载因子, 当(键值对数 > 总槽数 * 负载因子), 就会进行 rehash(). 

如何有效地减少rehash 操作, 以提高HashMap性能? 1. 在设置初始大小的时候, 要考虑实际要存储多少元素, 以及增长因子(什么时候扩容), 这样的话, 就可以减少 rehash 的次数. 2. 当有特别多元素要存储的时候, 初始值要考虑设置的大一点. 这比每次扩容改变大小效率高很多.

TreeMap

特点: 1. 在 红-黑 树的基础上实现. 2. key 不能为 null, 和 HashMap不同 3. 有 subMap() 方法, 可以返回树的一部分. 4. put() 和 get() 时间复杂度为 log(N) 5. 需要重写 equals() 6. 查询比 HashMap 快

TreeMap 是怎样排序的?

1. 构造函数传入一个 Comparator接口的实现
2. 存储的 Object 实现了 Comparable 接口

__Comparator 和 Comparable 有什么区别? Comparator是外部比较器, 其比较方法compare(T o1, T o2)有两个参数Comparable 是内部比较器, 起比较方法compareTo(T o) 只有一个参数

常用方法

排序和搜索

Array 排序

1. 调用 Arrays.sort(a, new Comparator(){...})
2. 假如 Object 实现了 Comparable 可以调用 Arrays.sort(a)

Array 搜索

1. 先 sort
2. 然后调用 Arrays.binarySearch()

List 排序

• JDK 1.8 之前
  • 先转化成数组: Object[] a = list.toArray()
  • 调用 Arrays.sort(a, new Comparator(){...}), 假如 Object 实现了 Comparable 可以调用 Arrays.sort(a)
• JDK 1.8 之后, 可调用 void sort(Comparator c) 方法
• 调用 Collections.sort(List l)方法

List 搜索

Collections.binarySearch(List, Object)

Set

• 转化成数组排序
  • 先转化成数组: Object[] a = list.toArray()
  • 调用 Arrays.sort(a, new Comparator(){...}), 假如 Object 实现了 Comparable 可以调用 Arrays.sort(a)
• 将 HashSet 转化成 TreeSet

Map

• 将 HashMap 转化成 TreeMap

其他实用方法

Collections

1. enumeration(Collection)
2. max(Collection)
3. min(Collection)
4. max(Collection, Comparator)
5. min(Collection, Comparator)
6. nCopies(int n, Object o): 返回一个不可边的List, 列表内的元素都指向 o
7. unmodifiedbleCollection(Collection): 返回一个不可边的 Collection
8. synchronizedList(List)
9. synchronizedSet(Set)
10. synchronizedMap(Map)

Enumeration和Iterator接口的区别？

Enumeration的速度是Iterator的两倍，也使用更少的内存。Enumeration是非常基础的，也满足了基础的需要。但是，与Enumeration相比，Iterator更加安全，因为当一个集合正在被遍历的时候，它会阻止其它线程去修改集合。

迭代器取代了Java集合框架中的Enumeration。迭代器允许调用者从集合中移除元素，而Enumeration不能做到。为了使它的功能更加清晰，迭代器方法名已经经过改善。

其他容器

Array

优点: 可以容纳基本数据类型 缺点: 提前分配空间

Vector, Stack, Hashtable

Vector

特点: 

• 实现了 List 接口
• 线程安全, 方法都由 synchronized 标识, 有显著的性能开销
• 内部用数组实现

扩容:

• 初始值: 10 (默认构造函数)
• 每次扩容: old + (capacityIncrement==0 ? 0 : oldCapacity) + 1

Stack

特点:

• 继承自 Vector
• 先入后出(LIFO)

扩容, 同 Vector

Hashtable

特点:

• 实现了 Map 接口
• 存储 key-value 对
• 用内部类 Entry<K,V>(实现Map.Entry<K,V>接口) 数组 + 外部拉链法
• 线程安全, 通过为方法上加 synchronized 保证

扩容:

• 初始值: 11 (默认构造函数), 负载因子: 0.75
• 扩容条件: 每次 rehash() 都会扩容
• rehash 条件: count >= threshold, threshold值为: 当前大小 * 负载因子
• 每次扩容: newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1
• 最大不超过 MAX_ARRAY_SIZE(Integer.MAX_VALUE - 8最大值-8)

默认的 hashcode 是多少?

hashcode默认值是由 Object的hashcode生成的, 值是这个对象的地址. 

为什么要存到 HashMap/HashList/Hashtable 中的对象要重写 equals 和 hashcode?

1. hashcode 默认值是对象的地址, 假如一个对象在 Hashtable 中, 拿另外一个相等的对象查找, 会无法在 Hashtable 中检索到, 因为两个对象地址不同, 所以检索到的 enties[index] 不同.

2. 之所以要重写 equals, 是因为虽然通过 hashcode 可以找到正确的 entries[index], 但是在链表中找相等元素, 是比较 equals 方法.