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。

Java 集合框架概述

  1. 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
  2. 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:

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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:

  1. 数组初始化以后,长度就确定了。
  2. 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:

  1. 数组初始化以后,长度就不可变了,不便于扩展
  2. 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
  3. 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:

  1. 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

  1. 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
  2. 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

  1. 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

  1. 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
  2. Set 接口继承 Collection,集合元素不重复。
  3. 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
  4. 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。
  5. 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

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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

  1. hasNetx()判断是否还有下一个元素
  2. 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);
    }
}
  1. 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

  1. 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。
  2. 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

  1. 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
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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

  1. void add(int index, Object ele):在index位置插入ele元素
  2. boolean addAll(int index, Collection eles):从index位置开始将eles中的所有元素添加进来
  3. Object get(int index):获取指定index位置的元素
  4. int indexOf(Object obj):返回obj在集合中首次出现的位置
  5. int lastIndexOf(Object obj):返回obj在当前集合中末次出现的位置
  6. Object remove(int index):移除指定index位置的元素,并返回此元素
  7. Object set(int index, Object ele):设置指定index位置的元素为ele
  8. List 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

  1. ArrayList 是 List 接口的典型实现类、主要实现类
  2. ArrayList本质上,ArrayList是对象引用的一个”变长”数组
  3. 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

  1. 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
  2. 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。
  3. 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:

  1. void addFirst(Object obj)
  2. void addLast(Object obj)
  3. Object getFirst()
  4. Object getLast()
  5. Object removeFirst()
  6. Object removeLast()

Java_List 实现类之三:Vector

  1. 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。
  2. 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:

  1. void addElement(Object obj)
  2. void insertElementAt(Object obj,int index)
  3. void setElementAt(Object obj,int index)
  4. void removeElement(Object obj)
  5. void removeAllElements()

ArrayList和LinkedList的异同

  1. ArrayList和LinkedList都线程不安全,相对线程安全的Vector,执行效率高。
  2. 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

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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

  1. Set接口是Collection的子接口,set接口没有提供额外的方法
  2. 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。
  3. 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

  1. HashSetSet 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。
  2. HashSetHash 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:

  1. 不能保证元素的排列顺序
  2. HashSet 不是线程安全的
  3. 集合元素可以是 null

HashSet 集合判断两个元素相等的标准

  1. 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

  1. 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。
  2. 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
  3. 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。
  4. 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

  1. 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。
  2. 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。
  3. 对象中用作 equals() 方法比较的 Field,都应该用来计算 hashCode 值。

equals:

  1. 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”。
  2. 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

  1. LinkedHashSet 是 HashSet 的子类
  2. 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。
  3. 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。
  4. LinkedHashSet 不允许集合元素重复。

Java_Set实现类之三:TreeSet

  1. TreeSet 是 SortedSet 接口的实现类,TreeSet 可以确保集合元素处于排序状态。
  2. TreeSet底层使用红黑树结构存储数据,外面有专门讲解
  3. 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:

  1. 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
  2. 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。
  3. 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

  1. 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
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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

  1. Map与Collection并列存在。用于保存具有映射关系的数据:key-value
  2. Map 中的 key 和 value都可以是任何引用类型的数据
  3. 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
  4. 常用String类作为Map的“键”
  5. 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
  6. 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:

  1. Object put(Object key,Object value):将指定key-value添加到(或修改)当前map对象中
  2. void putAll(Map m):将m中的所有key-value对存放到当前map中
  3. Object remove(Object key):移除指定key的key-value对,并返回value
  4. void clear():清空当前map中的所有数据

元素查询的操作:

  1. Object get(Object key):获取指定key对应的value
  2. boolean containsKey(Object key):是否包含指定的key
  3. boolean containsValue(Object value):是否包含指定的value
  4. int size():返回map中key-value对的个数
  5. boolean isEmpty():判断当前map是否为空
  6. 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:

  1. Set keySet():返回所有key构成的Set集合
  2. Collection values():返回所有value构成的Collection集合
  3. Set entrySet():返回所有key-value对构成的Set集合

Java_ Map实现类之一:HashMap

  1. HashMap是 Map接口使用频率最高的实现类。
  2. 允许使用null键和null值,与HashSet一样,不保证映射的顺序。
  3. 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()
  4. 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()
  5. 一个key-value构成一个entry
  6. 所有的entry构成的集合是Set:无序的、不可重复的
  7. 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。
  8. 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

  1. HashMap的内部存储结构其实是数组+链表+树的结合
  2. 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。
  3. 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

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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

  1. 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
  2. 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

  1. 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。
  2. 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
  3. 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

  1. 负载因子的大小决定了HashMap的数据密度。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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

  1. LinkedHashMapHashMap 的子类
  2. 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
  3. 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

  1. TreeMap存储 Key-Value 对时,需要根据 key-value 对进行排序。
  2. TreeMap 可以保证所有的 Key-Value 对处于有序状态。
  3. TreeSet底层使用红黑树结构存储数据
  4. 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:

  1. 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
  2. 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

  1. 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。
  2. 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。
  3. 与HashMap不同,Hashtable 不允许使用 null 作为 key 和 value
  4. 与HashMap一样,Hashtable 也不能保证其中 Key-Value 对的顺序
  5. 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

  1. Properties 类是 Hashtable 的子类,该对象用于处理属性文件
  2. 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
  3. 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

  1. 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
  2. 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)

  1. reverse(List):反转 List 中元素的顺序
  2. shuffle(List):对 List 集合元素进行随机排序
  3. sort(List):根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素按升序排序
  4. sort(List,Comparator):根据指定的 Comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序
  5. 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:

  1. Object max(Collection):根据元素的自然顺序,返回给定集合中的最大元素
  2. Object max(Collection,Comparator):根据 Comparator 指定的顺序,返回给定集合中的最大元素
  3. Object min(Collection)
  4. Object min(Collection,Comparator)
  5. int frequency(Collection,Object):返回指定集合中指定元素的出现次数
  6. void copy(List dest,List src):将src中的内容复制到dest中
  7. 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

  1. 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

Java_集合框架

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集合00_Java集合框架

Java基础04_集合框架

Java 集合框架初步

比较 C# 中的字符串片段并从集合中删除项目