Java_集合框架
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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_集合框架相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
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Java 集合框架概述
- 面向对象语言对事物的体现都是以对象的形式,为了方便对多个对象的操作,就要对对象进行存储,使用Array存储对象方面具有一些弊端,而Java 集合就像一种容器,可以动态地把多个对象的引用放入容器中
- Java 集合可以记住容器中对象的数据类型。
集合框架需要满足的条件:
- 该框架必须是高性能的。基本集合(动态数组,链表,树,哈希表)的实现也必须是高效的。
- 该框架允许不同类型的集合,以类似的方式工作,具有高度的互操作性。
- 对一个集合的扩展和适应必须是简单的。
数组在内存存储方面的特点:
- 数组初始化以后,长度就确定了。
- 数组声明的类型,就决定了进行元素初始化时的类型
数组存储数据的弊端:
- 数组初始化以后,长度就不可变了,不便于扩展
- 数组中提供的属性和方法少,不便于进行添加、删除、插入等操作,且效率不高。同时无法直接获取存储元素的个数
- 数组存储的数据是有序的、可以重复的。---->存储数据的特点单一
Java集合类的特点:
- Java 集合类可以用于存储数量不等的多个对象,还可用于保存具有映射关系的关联数组
Java_集合的使用场景
- 在客户端:
将JSON对象或JSON数组转换为Java对象或Java对象构成的List
- 在服务端:
将Java对象或Java对象构成的List转换为JSON对象或JSON数组
Java_集合类
- 所有集合类都位于 java.util 包下。Java的集合类主要由两个接口派生而出:Collection 和 Map,Collection 和 Map 是 Java 集合框架的根接口,这两个接口又包含了一些子接口或实现类。
Java_Collection 接口
Collection
接口是一组允许重复的对象。单列数据,定义了存取一组对象的方法的集合Set 接口继承 Collection
,集合元素不重复。List 接口继承 Collection
,允许重复,维护元素插入顺序。List
的具体类为ArrayList和LinkedLisst
- JDK不提供
Collection
的任何直接实现,而是提供更具体的子接口(如:Set和List
)实现。 Collection
接口是List、Set
接口的父接口,Collection
接口里定义的方法既可用于操作Set
集合,也可用于操作List
集合
Java_Collection 接口方法
package com.company;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
public class Collection {
// 接口方法的测试
public static void main(String[] args) {
ArrayList al = new ArrayList(10);//初始容量为10
al.add("1"); //添加
al.add("1"); //添加
al.add(2); //添加
al.add(3); //添加
al.add(4); //添加
al.add(5); //添加
ArrayList al1 = al;
al1.add(4); //添加
al1.add(5); //添加
int le = al.size(); // 获取有效元素的个数
System.out.println(le);
//是否是空集合
boolean b = al.isEmpty();
System.out.println(b);
// 是通过元素的equals方法来判断是否是同一个对象
boolean b1 = al.contains(al1);
System.out.println(b1);
// 也是调用元素的equals方法来比较的。拿两个集合的元素挨个比较。
boolean b2 = al.containsAll(al1);
System.out.println(b2);
// 通过元素的equals方法判断是否是要删除的那个元素。只会删除找到的第一个元素
boolean b3 = al.remove("1");
System.out.println(b2);
// 取当前合集的差集
boolean b4 = al.removeAll(al1);
System.out.println(b4);
// 集合是否相等
boolean b5= al.equals(al1);
System.out.println(b5);
// 将集合转换为对象数组
Object ay = al.toArray();
System.out.println(ay);
// 获取集合对象的哈希值
System.out.println(al.hashCode());
// 遍历返回迭代器对象,用于集合遍历
//iterator.hasNext()如果存在元素的话返回true
Iterator<String> iterator = al.iterator();
while(iterator.hasNext()) {
//iterator.next()返回迭代的下一个元素
System.out.println(iterator.next());
}
}
}
Java_Iterator迭代器
- Iterator对象称为迭代器(设计模式的一种),主要用于遍历 Collection 集合中的元素。
- GOF给迭代器模式的定义为:提供一种方法访问一个容器(container)对象中各个元素,而又不需暴露该对象的内部细节。
- Collection接口继承了java.lang.Iterable接口,该接口有一个iterator()方法,那么所有实现了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。
- Iterator 仅用于遍历集合,Iterator 本身并不提供承装对象的能力。如果需要创建Iterator 对象,则必须有一个被迭代的集合。
- 集合对象每次调用iterator()方法都得到一个全新的迭代器对象,默认游标都在集合
的第一个元素之前。
Java_Iterator迭代器方法
- hasNetx()判断是否还有下一个元素
- remove() 方法
package com.company;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
public class Interator {
// 迭代器测试
public static void main(String[] args) {
ArrayList al = new ArrayList();
for (int i=0 ;i <10;i++){
al.add(i);
}
Iterator iter = al.iterator();//回到起点
while(iter.hasNext()){
Object obj = iter.next();
if(obj.equals(1)) {
iter.remove();
}
}
System.out.println(al);
}
}
- Iterator可以删除集合的元素,但是是遍历过程中通过迭代器对象的
remove方法
,不是集合对象的remove方法。
使用foreach循环遍历集合
- 遍历操作不需获取Collection或数组的长度,无需使用索引访问元素。
- 遍历集合的底层调用Iterator完成操作。
for (Object alf:al) {
System.out.println(alf);
}
Java_List接口
- 鉴于Java中数组用来存储数据的局限性,我们通常使用
List
替代数组 - List集合类中
元素有序、且可重复
,集合中的每个元素都有其对应的顺序索引。 - 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。
- JDK API中List接口的实现类常用的有:
ArrayList、LinkedList和Vector。
Java_Lsit接口方法
List除了从Collection
集合继承的方法外,List
集合里添加了一些根据索引来操作集合元素的方法
void add(int index, Object ele)
:在index位置插入ele元素boolean addAll(int index, Collection eles)
:从index位置开始将eles中的所有元素添加进来Object get(int index)
:获取指定index位置的元素int indexOf(Object obj)
:返回obj在集合中首次出现的位置int lastIndexOf(Object obj)
:返回obj在当前集合中末次出现的位置Object remove(int index)
:移除指定index位置的元素,并返回此元素Object set(int index, Object ele)
:设置指定index位置的元素为eleList subList(int fromIndex, int toIndex)
:返回从fromIndex到toIndex位置的子集合
Java_List 实现类之一: ArrayList类
ArrayList
是 List 接口的典型实现类、主要实现类ArrayList
本质上,ArrayList是对象引用的一个”变长”数组Arrays.asList(…)
方法返回的 List 集合,Arrays.asList(…)
返回值是一个固定长度的 List 集合
Java_List 实现类之二: LinkedList类
- 对于频繁的插入或删除元素的操作,建议使用LinkedList类,效率较高
LinkedList
:双向链表,内部没有声明数组,而是定义了Node类型的first和last
,用于记录首末元素。同时,定义内部类Node
,作为LinkedList
中保存数据的基本结构。- Node除了保存数据,还定义了两个变量:
prev
变量记录前一个元素的位置
next
变量记录下一个元素的位置
新增方法:
void addFirst(Object obj)
void addLast(Object obj)
Object getFirst()
Object getLast()
Object removeFirst()
Object removeLast()
Java_List 实现类之三:Vector
- Vector 是一个古老的集合,大多数操作与ArrayList相同,区别之处在于Vector是线程安全的。
- 在各种list中,最好把ArrayList作为缺省选择。当插入、删除频繁时,使用LinkedList;Vector总是比ArrayList慢,所以尽量避免使用。
新增方法:
void addElement(Object obj)
void insertElementAt(Object obj,int index)
void setElementAt(Object obj,int index)
void removeElement(Object obj)
void removeAllElements()
ArrayList和LinkedList的异同
ArrayList和LinkedList
都线程不安全,相对线程安全的Vector
,执行效率高。ArrayList
是实现了基于动态数组的数据结构,LinkedList
基于链表的数据结构。对于随机访问get和set,
ArrayList觉得优于LinkedList
,因为LinkedList
要移动指针。对于新增和删除操作add
(特指插入)和remove,LinkedList
比较占优势,因为ArrayList
要移动数据。
ArrayList和Vector的区别
Vector和ArrayList
几乎是完全相同的,唯一的区别在于Vector是同步(synchronized)
,属于强同步类。因此开销就比ArrayList要大,访问要慢。- 正常情况下,使用
ArrayList而不是Vector
,因为同步完全可以由程序员自己来控制。 Vector每次扩容请求其大小的2倍空间,而ArrayList是1.5倍。Vector还有一个子类Stack。
Java_Set接口
Set
接口是Collection
的子接口,set接口没有提供额外的方法Set
集合不允许包含相同的元素,如果试把两个相同的元素加入同一个Set
集合中,则添加操作失败。Set
判断两个对象是否相同不是使用==
运算符,而是根据equals() 方法
Java_Set实现类之一:HashSet
HashSet
是Set
接口的典型实现,大多数时候使用 Set 集合时都使用这个实现类。HashSet
按Hash
算法来存储集合中的元素,因此具有很好的存取、查找、删除性能。
HashSet 特点:
- 不能保证元素的排列顺序
- HashSet 不是线程安全的
- 集合元素可以是 null
HashSet 集合判断两个元素相等的标准:
- 两个对象通过
hashCode()
方法比较相等,并且两个对象的equals()
方法返回值也相等。
对于存放在Set容器中的对象,对应的类一定要重写equals()hashCode(Object obj)方法,以实现对象相等规则。即:“相等的对象必须具有相等的散列码”
Java_向HashSet中添加元素
- 当向
HashSet
集合中存入一个元素时,HashSet
会调用该对象的hashCode()
方法来得到该对象的hashCode
值,然后根据hashCode
值,通过某种散列函数决定该对象在HashSet
底层数组中的存储位置。 - 这个散列函数会与底层数组的长度相计算得到在数组中的下标,并且这种散列函数计算还尽可能保证能均匀存储元素,越是散列分布,该散列函数设计的越好
- 如果两个元素的
hashCode()
值相等,会再继续调用equals
方法,如equals方法结果为true
,添加失败;如果为false
,那么会保存该元素,但是该数组位置已经有元素了,那么会通过链表的方式继续链接。 - 如果两个元素的
equals()
方法返回 true,但它们的hashCode()
返回值不相等,hashSet
将会把它们存储在不同的位置,但依然可以添加成功。
Java_Set重写 hashCode和 equals 的原则
hashCode
- 在程序运行时,同一个对象多次调用 hashCode() 方法应该返回相同的值。
- 当两个对象的 equals() 方法比较返回 true 时,这两个对象的 hashCode() 方法的返回值也应相等。
- 对象中用作 equals() 方法比较的 Field,都应该用来计算 hashCode 值。
equals:
- 当一个类有自己特有的“逻辑相等”概念,当改写equals()的时候,总是要改写hashCode(),根据一个类的equals方法(改写后),两个截然不同的实例有可能在逻辑上是相等的,但是,根据Object.hashCode()方法,它们仅仅是两个对象。因此,违反了“相等的对象必须具有相等的散列码”。
- 复写
equals
方法的时候一般都需要同时复写hashCode
方法。通常参与计算hashCode
的对象的属性也应该参与到equals()
中进行计算。
Java_Set实现类之二:LinkedHashSet
- LinkedHashSet 是 HashSet 的子类
- LinkedHashSet 根据元素的 hashCode 值来决定元素的存储位置,但它同时使用双向链表维护元素的次序,这使得元素看起来是以插入顺序保存的。
- LinkedHashSet插入性能略低于 HashSet,但在迭代访问 Set 里的全部元素时有很好的性能。
- LinkedHashSet 不允许集合元素重复。
Java_Set实现类之三:TreeSet
- TreeSet 是 SortedSet 接口的实现类,TreeSet 可以确保集合元素处于排序状态。
- TreeSet底层使用红黑树结构存储数据,
外面有专门讲解
- TreeSet 两种排序方法:
自然排序和定制排序
。默认情况下,TreeSet 采用自然排序
自然排序:
- 自然排序:TreeSet 会调用集合元素的 compareTo(Object obj) 方法来比较元素之间的大小关系,然后将集合元素按升序(默认情况)排列
- 如果试图把一个对象添加到 TreeSet 时,则该对象的类必须实现 Comparable
接口。 - 实现
Comparable
的类必须实现compareTo(Object obj)
方法,两个对象即通过compareTo(Object obj)
方法的返回值来比较大小。
Comparable 的典型实现:
4. BigDecimal、BigInteger
以及所有的数值型对应的包装类:按它们对应的数值大小
进行比较
5. Character
:按字符的 unicode值来进行比较
6. Boolean
:true 对应的包装类实例大于 false 对应的包装类实例
7. String
:按字符串中字符的 unicode 值进行比较
8. Date、Time
:后边的时间、日期比前面的时间、日期大
定序排序
- TreeSet的自然排序要求元素所属的类实现Comparable接口,如果元素所属的类没有实现Comparable接口,或不希望按照升序(默认情况)的方式排列元素或希望按照其它属性大小进行排序,则考虑使用定制排序。定制排序,通过Comparator接口来实现。需要重写
compare(T o1,T o2)方法
。 - 利用
int compare(T o1,T o2)
方法,比较o1和o2的大小:如果方法返回正整数,则表示o1大于o2;如果返回0,表示相等;返回负整数,表示o1小于o2。 - 要实现定制排序,需要将实现
Comparator
接口的实例作为形参传递给TreeSet
的构造器。 - 此时,仍然只能向TreeSet中添加类型相同的对象。否则发生ClassCastException异常。
- 使用定制排序判断两个元素相等的标准是:通过Comparator比较两个元素返回了0。
public static List duplicateList(List list) {
HashSet set = new HashSet();
set.addAll(list);
return new ArrayList(set);
}
public static void main(String[] args) {
List list = new ArrayList();
list.add(new Integer(1));
list.add(new Integer(2));
list.add(new Integer(2));
list.add(new Integer(4));
list.add(new Integer(4));
List list2 = duplicateList(list);
for (Object integer : list2) {
System.out.println(integer);
}
}
Java_Map接口
Map与Collection
并列存在。用于保存具有映射关系的数据:key-value
Map 中的 key 和 value
都可以是任何引用类型的数据Map 中的 key 用Set
来存放,不允许重复,即同一个 Map 对象所对应的类,须重写hashCode()和equals()
方法- 常用
String类作为Map的“键”
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
Map接口
的常用实现类:HashMap、TreeMap、LinkedHashMap和Properties
。其中,HashMap是 Map
接口使用频率最高的实现类
Java_Map常用方法
添加、删除、修改操作:
Object put(Object key,Object value)
:将指定key-value添加到(或修改)当前map对象中void putAll(Map m):
将m中的所有key-value对存放到当前map中Object remove(Object key):
移除指定key的key-value对,并返回valuevoid clear()
:清空当前map中的所有数据
元素查询的操作:
Object get(Object key):
获取指定key对应的valueboolean containsKey(Object key)
:是否包含指定的keyboolean containsValue(Object value)
:是否包含指定的valueint size()
:返回map中key-value对的个数boolean isEmpty()
:判断当前map是否为空boolean equals(Object obj)
:判断当前map和参数对象obj是否相等
元视图操作的方法:
Set keySet()
:返回所有key构成的Set集合Collection values()
:返回所有value构成的Collection集合Set entrySet()
:返回所有key-value对构成的Set集合
Java_ Map实现类之一:HashMap
HashMap是 Map
接口使用频率最高的实现类。- 允许使用null键和null值,与HashSet一样,不保证映射的顺序。
- 所有的key构成的集合是Set:无序的、不可重复的。所以,key所在的类要重写:
equals()hashCode()
- 所有的
value构成的集合是Collection
:无序的、可以重复的。所以,value所在的类要重写:equals()
- 一个key-value构成一个entry
- 所有的entry构成的集合是Set:无序的、不可重复的
HashMap
判断两个key
相等的标准是:两个key 通过 equals() 方法返回 true,hashCode
值也相等。HashMap
判断两个value
相等的标准是:两个value 通过 equals() 方法返回 true
。
Java_HashMap的存储结构
- HashMap的内部存储结构其实是数组+链表+树的结合
- 当实例化一个HashMap时,会初始化initialCapacity和loadFactor,在put第一对映射关系时,系统会创建一个长度为initialCapacity的Node数组,这个长度在哈希表中被称为容量(Capacity),在这个数组中可以存放元素的位置我们称之为
“桶”(bucket),
,每个bucket
都有自己的索引,系统可以根据索引快速的查找bucket
中的元素。 - 每个
bucket
中存储一个元素,即一个Node
对象,但每一个Node
对象可以带一个引用变量next
,用于指向下一个元素,因此,在一个桶中,就有可能生成一个Node链
。也可能是一个一个TreeNode对象
,每一个TreeNode
对象可以有两个叶子结点left和right
,因此,在一个桶中,就有可能生成一个TreeNode
树。而新添加的元素作为链表的last
,或树的叶子结点
向HashMap添加元素的过程
- 向
HashMap中添加entry1(key,value)
,需要首先计算entry1中key的哈希值(根据key所在类的hashCode()计算得到),此哈希值经过处理以后,得到在底层Entry[]数组中要存储的位置i。 - 如果位置i上没有元素,则entry1直接添加成功。如果位置i上已经存在entry2(或还有链表存在的entry3,entry4),则需要通过循环的方法,依次比较entry1中key和其他的entry。如果彼此hash值不同,则直接添加成功。如果hash值不同,继续比较二者是否equals。如果返回值为true,则使用entry1的value去替换equals为true的entry的value。
- 如果遍历一遍以后,发现所有的equals返回都为false,则entry1仍可添加成功。entry1指向原有的entry元素。
HashMap的扩容
- 当HashMap中的元素越来越多的时候,hash冲突的几率也就越来越高,因为数组的长度是固定的。所以为了提高查询的效率,就要对HashMap的数组进行扩容
- HashMap数组扩容之后,最消耗性能的点就出现了:原数组中的数据必须重新计算其在新数组中的位置,并放进去,这就是resize。
HashMap扩容时间
- 当HashMap中的元素个数超过数组大小(数组总大小length,不是数组中个数,size*loadFactor 时 , 就 会 进 行 数 组 扩 容 , loadFactor 的默认 值(DEFAULT_LOAD_FACTOR)为0.75,这是一个折中的取值。
- 默认情况下,数组大小(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)为16,那么当HashMap中元素个数超过160.75=12(这个值就是代码中threshold值,也叫做临界值)的时候就把数组的大小扩展为 216=32,即扩大一倍,然后重新计算每个元素在数组中的位置,非常消耗性能的操作
- 如果我们已经预知HashMap中元素的个数,那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能
扩容样例分析
当HashMap中的其中一个链的对象个数如果达到了8个,此时如果capacity没有达到64,那么HashMap会先扩容解决,如果已经达到了64,那么这个链会变成树,结点类型由Node变成TreeNode类型。当然,如果当映射关系被移除后,下次resize方法时判断树的结点个数低于6个,也会把树再转为链表。
**不要修改基于映射关系的key **
映射关系存储到HashMap中会存储key的hash值,这样就不用在每次查找时重新计算每一个Entry或Node(TreeNode)的hash值了,因此如果已经put到Map中的映射关系,再修改key的属性,而这个属性又参与hashcode值的计算,那么会导致匹配不上。
Java_HashMap负载因子
- 负载因子的大小决定了HashMap的数据密度。
- 负载因子越大密度越大,发生碰撞的几率越高,数组中的链表越容易长,造成查询或插入时的比较次数增多,性能会下降。
- 负载因子越小,就越容易触发扩容,数据密度也越小,意味着发生碰撞的几率越小,数组中的链表也就越短,查询和插入时比较的次数也越小,性能会更高。但是会浪费一定的内容空间。而且经常扩容也会影响性能,建议初始化预设大一点的空间。
- 按照其他语言的参考及研究经验,会考虑将负载因子设置为0.7~0.75,此时平均检索长度接近于常数
Java_Map实现类之二:LinkedHashMap
LinkedHashMap
是HashMap
的子类- 在
HashMap
存储结构的基础上,使用了一对双向链表来记录添加元素的顺序 - 与
LinkedHashSet
类似,LinkedHashMap
可以维护Map
的迭代顺序:迭代顺序与Key-Value
对的插入顺序一致
Java_Map实现类之三:TreeMap
- TreeMap存储 Key-Value 对时,需要根据 key-value 对进行排序。
- TreeMap 可以保证所有的 Key-Value 对处于有序状态。
- TreeSet底层使用红黑树结构存储数据
- TreeMap判断两个key相等的标准:两个key通过compareTo()方法或者compare()方法返回0。
TreeMap 的 Key 的排序:
- 自然排序:TreeMap 的所有的 Key 必须实现 Comparable 接口,而且所有的 Key 应该是同一个类的对象,否则将会抛出 ClasssCastException
- 定制排序:创建 TreeMap 时,传入一个 Comparator 对象,该对象负责对TreeMap 中的所有 key 进行排序。此时不需要 Map 的 Key 实现Comparable 接口
Java_Map实现类之四:Hashtable
- Hashtable是个古老的 Map 实现类,JDK1.0就提供了。不同于HashMap,Hashtable是线程安全的。
- Hashtable实现原理和HashMap相同,功能相同。底层都使用哈希表结构,查询速度快,很多情况下可以互用。
- 与HashMap不同,Hashtable 不允许使用 null 作为 key 和 value
- 与HashMap一样,Hashtable 也不能保证其中 Key-Value 对的顺序
- Hashtable判断两个key相等、两个value相等的标准,与HashMap一致
Java_Map实现类之五:Properties
- Properties 类是 Hashtable 的子类,该对象用于处理属性文件
- 由于属性文件里的 key、value 都是字符串类型,所以 Properties 里的 key 和 value 都是字符串类型
- 存取数据时,建议使用
setProperty(String key,String value)方法和getProperty(String key)
方法
Java_Collections 工具类
Collections
是一个操作Set、List 和 Map
等集合的工具类,操作数组的工具类Arrays
Collections
中提供了一系列静态的方法对集合元素进行排序、查询和修改等操作,还提供了对集合对象设置不可变、对集合对象实现同步控制等方法
Collections 工具类的排序操作:(均为static方法)
reverse(List)
:反转 List 中元素的顺序shuffle(List)
:对 List 集合元素进行随机排序sort(List)
:根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素按升序排序sort(List,Comparator):
根据指定的 Comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序swap(List,int, int)
:将指定 list 集合中的 i 处元素和 j 处元素进行交换
Collections查找、替换常用方法:
Object max(Collection)
:根据元素的自然顺序,返回给定集合中的最大元素Object max(Collection,Comparator)
:根据 Comparator 指定的顺序,返回给定集合中的最大元素Object min(Collection)
Object min(Collection,Comparator)
int frequency(Collection,Object)
:返回指定集合中指定元素的出现次数void copy(List dest,List src)
:将src中的内容复制到dest中boolean replaceAll(List list,Object oldVal,Object newVal)
:使用新值替换List 对象的所有旧值
Collections常用方法:同步控制
- Collections 类中提供了多个
synchronizedXxx()
方法,该方法可使将指定集合包装成线程同步的集合,从而可以解决多线程并发访问集合时的线程安全
问题
以上是关于Java_集合框架的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章