0515项目优化和List集合

Posted 2021-02-19 raising

0515项目优化和List集合

1. 项目优化

1.1 分析当前情况

问题
	数据存储是数组形式，数据类型明确。复用度较低。

需求
	Student操作使用的代码，StudentManager想要操作考虑一个复用度问题。不管更换什么数据类型， 都是可以直接使用。

解决问题
	1. 泛型
	2. 数组不能使用泛型，但是这个数组又需要保存各式各样的数据
		Object

1.2 使用泛型和Object优化项目

package com.qfedu.student.system.util;

import com.qfedu.student.system.myexception.IllegalCapacityException;
import com.qfedu.student.system.myexception.OverflowMaxArraySizeException;

/**
 * 自定义数据存储工具，MyList用于存储代码中操作的数据
 * 
 * @author Anonymous
 *
 * @param <E> 使用泛型满足更多的情况
 */
public class MyList<E> {

	/**
	 * 保存数据的底层Object数组，可以保存任意数据类型，但是在操作方法是会
	 * 对操作的数据类型，通过泛型进行约束操作
	 */
	private Object[] elementData = null;
	
	/**
	 * DEFAULT_CAPACITY 默认容量，这里是一个带有名字的常量
	 */
	private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

	/**
	 * 数组最大容量，是int类型最大值 - 8 -8等我给你讲
	 */
	private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

	/**
	 * 当前底层Object数组中有效元素个数
	 */
	private int size = 0;
	
	/**
	 * 无参数构造方法，使用DEFAULT_CAPACITY约束初始化容量
	 */
	public MyList() {
		elementData = new Object[DEFAULT_CAPACITY];
	}
	
	/**
	 * 提供给用户可以指定初始化容量的操作方法
	 * 
	 * @param initCapacity 用户指定的初始化容量，但是必须在合理范围以内
	 * @throws IllegalCapacityException 用户指定的初始化容量超出范围
	 */
	public MyList(int initCapacity) throws IllegalCapacityException {
		if (initCapacity < 0 || initCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) {
			throw new IllegalCapacityException("Input Parameter is Invalid!");
		}
		
		elementData = new Object[initCapacity];
	}
	
	/**
	 * 添加方法，添加在创建MyList对象是约束的具体数据类型
	 * 
	 * @param e 通过泛型约束的具体数据类型
	 * @return 添加成功返回true, 否则返回false
	 * @throws OverflowMaxArraySizeException 
	 */
	public boolean add(E e) throws OverflowMaxArraySizeException {
		
		if (size == elementData.length) {
			// 添加操作是一个元素，最小容量要求就是在原本的数组容量之上 + 1
			grow(size + 1);
		}
		
		elementData[size] = e;
		size += 1;
		
		return true;
	}
	
	/**
	 * 删除保存在MyList中的指定元素
	 * 
	 * @param obj 用户指定的元素
	 * @return 删除成功返回true，否则返回false
	 */
	public boolean remove(Object obj) {
		int index = indexOf(obj);
		
		return remove(index);
	}

	/**
	 * 删除指定下标的的元素
	 * 
	 * @param index 用户指定的下标位置
	 * @return 删除成功返回true，否则返回false
	 */
	public boolean remove(int index) {
		if (index < 0 || index >= size) {
			return false;
		}
		
		for (int i = index; i < size - 1; i++) {
			elementData[i] = elementData[i + 1];
		}

		// 原本最后一个有效元素位置赋值为null
		elementData[size - 1] = null;

		// 有效元素个数 - 1
		size -= 1;

		return true;
	}
	
	/**
	 * 根据指定元素，找出对应的下标位置，没有找到返回-1
	 * 
	 * @param obj 用户传入的元素
	 * @return 找到元素返回值大于等于0，没有找到返回-1
	 */
	public int indexOf(Object obj) {
		int index = -1;
		
		for (int i = 0; i < size; i++) {
			if (obj.equals(elementData[i])) {
				index = i;
				break;
			}
		}
		
		return index;
	}
	
	/**
	 * 替换修改方法，使用指定元素替换指定下标的元素
	 * 
	 * @param index 指定的下标位置，约束在合理范围以内
	 * @param e 泛型约束的指定数据类型，保证数据类型一致化
	 * @return 被替换掉的元素。如果没有被替换的元素，返回null
	 */
	public E set(int index, E e) {
		if (index < 0 || index >= size) {
			return null;
		}	
		
		// 取出原本的元素
		E temp = (E) elementData[index];
		
		elementData[index] = e;
		
		return temp;
	}
	
	/**
	 * 返回当前MyList底层数组中保存有效元素个数是多少个
	 * 
	 * @return 返回当前MyList底层数组中有效元素个数
	 */
	public int size() {
		return size;
	}
	
	/**
	 * 判断当前MyList中是否为空
	 * 
	 * @return 如果是空返回true，否则返回false
	 */
	public boolean isEmpty() {
		return 0 == size;
	}
	
	/**
	 * 判断指定元素是否在MyList底层数组中存在
	 * 
	 * @param obj 用户指定的元素
	 * @return 存在返回true，不存在返回false
	 */
	public boolean contains(Object obj) {
		return indexOf(obj) > -1;
	}
	
	/**
	 * 根据指定下标位置，获取对应的元素
	 * 
	 * @param index 指定下标位置
	 * @return 对应的元素，如果不存在，返回null
	 */
	public E get(int index) {
		return index > -1 && index < size ? (E) elementData[index] : null;
	}
	/**
	 * 类内私有化方法，用于在添加元素过程中，出现当前底层数组容量不足的情况下 对底层数组进行扩容操作，满足使用要求
	 * 
	 * @param minCapacity 添加操作要求的最小容量
	 * @throws OverflowMaxArraySizeException 数组容量超出最大范围
	 */
	private void grow(int minCapacity) throws OverflowMaxArraySizeException {
		// 1. 获取原数组容量
		int oldCapacity = elementData.length;

		// 2. 计算得到新数组容量，新数组容量大约是原数组容量的1.5倍
		// >> 1 右移一位 该操作是二进制操作 等价于 / 2 效率略高
		int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

		// 3. 判断新数组容量是否满足最小容量要求
		if (minCapacity > newCapacity) {
			newCapacity = minCapacity;
		}

		// 4. 判断当前容量是否超出了MAX_ARRAY_SIZE
		if (newCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) {
			throw new OverflowMaxArraySizeException("Overflow MAX_ARRAY_SIZE");
		}

		// 5. 创建新数组
		Object[] temp = new Object[newCapacity];

		// 6. 数据拷贝
		for (int i = 0; i < oldCapacity; i++) {
			temp[i] = elementData[i];
		}

		// 7. 使用allStus保存新数组首地址
		elementData = temp;
	}
}

2. List接口

2.1 List接口概述

List接口特征：
	1. 数据存储可重复。
	2. 有序，添加顺序和保存顺序一致。
	
--| ArrayList<E> 
	可变长数组
--| LinkedList<E>
	双向链表
--| Vector<E>
	线程安全的可变长数组

2.2 List常用方法

增
	boolean add(E e);	
		List接口继承Collection接口 add方法，使用操作和Collection一致，并且这
		里采用的添加方式是【尾插法】
		
	boolean add(int index, E e);
		List接口【特有方法】，在指定位置，添加指定元素。
		
	boolean addAll(Collection<? extends E> c);
		List接口继承Collection接口 addAll方法，使用操作和Collection一致，并
		且这里采用的添加方式是【尾插法】
		
	boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c);
		List接口【特有方法】，在指定下标位置，添加另一个集合中所有内容
删
	E remove(int index);
		List接口【特有方法】，获取指定下标位置的元素。
	
	boolean remove(Object obj);
		List接口继承Collection接口方法。删除集合中的指定元素
		
	boolean removeAll(Collection<?> c);
		List接口继承Collection接口方法。删除当前集合中和参数集合重复元素
		
	boolean retainAll(Collection<?> c);
		List接口继承Collection接口方法。保留当前集合中和参数集合重复元素
		
	clear();
		List接口继承Collection接口方法。清空整个集合中的所有元素

改
	E set(int index, E e);
		List接口【特有方法】，使用指定元素替代指定下标的元素，返回值是被替换的元
		素
查	
	int size();
		List接口继承Collection接口方法。获取集合中有效元素个数
	
	boolean isEmpty();
		List接口继承Collection接口方法。判断当前集合是否为空
	
	boolean contains(Object obj);
		List接口继承Collection接口方法。判断指定元素是否包含在当前集合中
	
	boolean containsAll(Collection<?> c);
		List接口继承Collection接口方法。判断参数集合是不是当前集合在子集合
	
	Object[] toArray();
		List接口继承Collection接口方法。获取当前集合中所有元素Object数组
	
	E get(int index);
		List接口【特有方法】。获取指定下标对应的元素
	
	List<E> subList(int fromIndex, int toIndex);
		List接口【特有方法】。获取当前集合指定子集合，从fromIndex开始，到
		toIndex结束。fromIndex <= 范围 < toIndex
	
	int indexOf(Object obj);
		List接口【特有方法】。获取指定元素在集合中第一次出现位置
	
	int lastIndexOf(Object obj);
		List接口【特有方法】。获取指定元素在集合中最后一次出现的位置

2.3 List接口常用方法演示

package com.qfedu.a_list;

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

public class Demo1 {
	public static void main(String[] args) {
		/*
		 * List<E>是一个接口，没有自己的类对象，这里使用List接口的
		 * 实现类ArrayList来演示代码。
		 */
		List<String> list = new ArrayList<String>();
		
		/*
		 * 添加方法演示
		 */
		list.add("浓郁咖啡摩卡");
		list.add("浓郁咖啡拿铁");
		list.add("焦糖玛奇朵");
		list.add("摩卡可可碎星冰乐");
		list.add("可可卡布奇诺");
		
		System.out.println(list);
		
		list.add(3, "美式咖啡");
		
		System.out.println(list);
		
		List<String> list2 = new ArrayList<String>();
		
		list2.add("肥宅快乐水");
		list2.add("芬达");
		list2.add("雪碧");
		list2.add("冰峰");
		
		list.addAll(4, list2);
		
		System.out.println(list);
		
		/*
		 * 删除方法
		 */
		String remove = list.remove(1);
		System.out.println(remove);
		System.out.println(list);
		
		// 条件过滤，这里使用了JDK1.8 新特征 Lambda表达式和函数式接口 【后期知识点】
		list.removeIf((str) -> str.length() > 4);
		System.out.println(list);
	}
}

package com.qfedu.a_list;

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

public class Demo1 {
	public static void main(String[] args) {
		/*
		 * List<E>是一个接口，没有自己的类对象，这里使用List接口的
		 * 实现类ArrayList来演示代码。
		 */
		List<String> list = new ArrayList<String>();
		
		/*
		 * 添加方法演示
		 */
		list.add("浓郁咖啡摩卡");
		list.add("浓郁咖啡拿铁");
		list.add("焦糖玛奇朵");
		list.add("摩卡可可碎星冰乐");
		list.add("可可卡布奇诺");
		
		System.out.println(list);
		
		list.add(3, "美式咖啡");
		
		System.out.println(list);
		
		List<String> list2 = new ArrayList<String>();
		
		list2.add("肥宅快乐水");
		list2.add("芬达");
		list2.add("雪碧");
		list2.add("冰峰");
		
		list.addAll(4, list2);
		
		System.out.println(list);
		
		/*
		 * 删除方法
		 */
		String remove = list.remove(1);
		System.out.println(remove);
		System.out.println(list);
		
		// 条件过滤，这里使用了JDK1.8 新特征 Lambda表达式和函数式接口 【后期知识点】
		list.removeIf((str) -> str.length() > 4);
		System.out.println(list);
	}
}

阿里巴巴笔试题
1.已知有20个String对象，请将他们插入ArrayList
2.int[1,2,3,4,5] 转换成Integer[]

3. ArrayList【重点】

3.1 ArrayList概述

	ArrayList是在Java中集合非常重要的一个组装，基于数组完成的数据结构。可变长数组操作！！！
	底层保存数据的是一个Object类型数组。
	ArrayList使用的方法都是List接口中的方法，有两个需要了解的成员方法:
		ensureCapacity();
			判断方法，用于确定当前底层数组的容量是否满足当前操作的需求。
		trimToSize();
			节省空间，将底层数组的容量缩容至有效元素个数
	
	需要掌握的是关于ArrayList效率相关的问题。和细节问题

3.2 细节问题

1. DEFAULT_CAPACITY
	默认容量 private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
	在调用ArrayList无参数构造方法是，才会使用DEFAULT_CAPACITY，作为底层Object数组的初始化容量。如果用户指定调用的是带有初始化底层Object数组容量的构造方法，会根据用户指定的容量创建对一个ArrayList集合。】
	
2. MAX_ARRAY_SIZE ==> Integer.MAX_VALUE - 8;
	int[] arr = new int[10];
	
	arr.length 是什么??? 数组容量
	这里是一个方法还是属性??? 属性
	属性是不是成员变量??? 是
	成员变量是否需要占用内存??? 需要
	
	new数组占用的空间什么地方??? 堆区
	arr.length 属性是不是也在堆区??? 是
	
	为什么 - 8???
		因为在数组中存在很多属性，length只是众多属性中的一个，在创建数组使用的过
		程中，需要留有内存空间用于保存数组中属性。
	
	我买的房子
		109.32 
		公摊 之后 87.22
		套内面积是实际使用面积 69

3.3 效率问题

ArrayList特征：
	增删慢
		增加慢
			1. 数组当前容量无法满足添加操作，需要进行grow扩容方法执行，在扩容方
			法中，存在数组创建，数组数据拷贝。非常浪费时间，而且浪费内存。
			2. 数组在添加数据的过程中，存在在指定位置添加元素，从指定位置开始，
			之后的元素整体向后移动。
			
		删除慢
			1. 删除数据之后，从删除位置开始，之后的元素整体向前移动，移动过程非
			常浪费时间
			2. 删除操作会导致数据空间的浪费，内存的浪费
		
	查询快
		ArrayList底层是一个数组结构，在查询操作的过程中，是按照数组+下标的方式
		来操作对应的元素，数组+下标方式可以直接获取对应的空间首地址，CPU访问效率
		极高。

3.4 【补充知识点，内存地址】

内存地址概念:
	[计算机原理]
	计算机中为了更好的使用内存，操作程序，完成代码。将内存按照最小单位，进行编号处理。
	最小单位: 字节 byte
	从编号为0内存开始，到内存的最大值。地址的展示方式是十六进制。

生活案例。
	郑州银屏路115号 
	航海中路60号 这些编号有木有唯一性??? 
		这些编号具有唯一性，精确定位，精确指向！！！
	
	在软件开发中就是采用类似于生活中小区，工厂编号模式，在一条路中对每一个单位进行编号处理。
	
	以32G内存为例
		0x0 ~ 0x7 FFFF FFFF

3.5 【补充知识点 内存地址对于CPU有什么关系】

生活案例:
	快递小哥，可以根据地址直接高效送快递到你家。根据地址来处理快递。
	航海中路60号，这是唯一地址！！！
	
	快递小哥我们可以看做是CPU，快递上地址，就是内存地址，具有唯一性！！！

代码实际运行:
	CPU就是根据内存地址，可以直达内存所在区域，执行对应代码。精准而优雅，速度非常快！！！

3.6 【补充知识点 数组空间地址关系】

3.7【补充知识点 null到底是什么】

null 是计算机中非常特殊的一块内存。该内存编号 0x0000 0000 

该内存受到系统保护
	不只是电脑，包括手机，iPad，智能设备，只要存在计算机基本结构的设备上都存在null 编号为0x0内存。大小一个字节
	该内存不能读取任何数据，也不能写入任何数据。一旦操作，程序直接被系统杀死
	Kill -9
	
	一般用于引用数据类型的初始化，利用开发中关于null的异常，辅助找出代码中的错误。
	NullPointerException.