集合

Posted 2022-09-06 pmbb

集合（二）对集合（一）做一些简单的补充和复习

集合的作用

在编程中,需要管理很多对象集.比如某班全部同学,某个公司所有人员资料等.

要管理这些资料,java必须提供某种数据结构支持.

由于时间,空间,安全的考虑,有各种不同的实现.比如ArrayList,vector.hashmap,linklist,treemap,hashset等多种实现.

为了屏蔽实现差异,java提供了一个Collection(集合)接口,规定必须实现一些公用的方法.

比如 add.remove,size等等这样,不管底层如何实现,我都知道他们至少拥有上面方法.

一句话java集合就是提供一组通用接口的,管理大量数据的数据结构实现.

集合框架体系介绍

 

总结：

List , Set, Map都是接口，前两个继承至Collection接口，Map为独立接口
Set下有HashSet，LinkedHashSet，TreeSet
List下有ArrayList，Vector，LinkedList
Map下有Hashtable，LinkedHashMap，HashMap，TreeMap
Collection接口下还有个Queue接口，有PriorityQueue类

Collection接口

Collection是最基本的集合接口，一个Collection代表一组Object，即Collection的元素（Elements）。一些Collection允许相同的元素而另一些不行。一些能排序而另一些不行。Java SDK不提供直接继承自Collection的类，Java SDK提供的类都是继承自Collection的“子接口”如List和Set。

ArrayList和LinkedList各自的工作原理分析原理分析

??先来点鸡汤

前几年易中天可谓非常的火，接受过很多采访。他的情况比较特殊，在武汉读高中时期，恰逢“知识青年上山下乡”活动，就到新疆去了。

在新疆生产建设兵团工作、生活了10年，而后在乌鲁木齐钢铁公司子弟中学任教。77年全国恢复高考后他没有去考大学，78年国家恢复研究生招生后他去考了，然后被武汉大学中文系录取。

当时主持人问他，为什么跳过本科直接考研究生呢？他的回答是：考场上的事谁能说的准呐，如果我和我的学生一起去参加高考，万一他考上了我没考上，这多丢人呢（还怎么好意思当人家的老师）。但是考研如果考不上，那在学生面前是不丢人的。

大名鼎鼎的教授当初都害怕考不上，看来考上考不上乃兵家常事。

面试也是一样的，我们应该正确对待。知道的就回答，不知道的就请教，似是而非的就探讨，开开心心的度过一个小时的交谈就行了。至于结果那要看缘分了，而且这是一个双向选择。

??记一次面试

有位应聘者来面试，我和他坐到了小会议室里。他，很年轻，刚入行，应该还培训过，是不是计算机专业我已经记不清了。

但这不重要，照例还是从List问起。一是List可以说是最简单的，二是简单的问题更能考察一个人的思维表达能力。

我：做Java开发的，List肯定用过，你都用过哪些List的实现类呢？

他：一般都用ArrayList。

我：除了ArrayList，你还知道哪些List，没用过也行。

他：（有点紧张）不知道。

其实他的水平大概我也清楚了，完全可以再问两个问题草草把他打发走。但只要时间允许的情况下，我是不会这样做的。

一方面是不让面试者觉得自己因水平较差不受重视。

二是这部分人大都是转行培训刚入坑不久的新人，不想让他们的自信心受到打击。

三是面试的过程其实对面试官也是一种锻炼，也可以借机refresh自己的记忆。

最后说句良心话，面试者为了这个面试花在路上的时间估计都要一个小时，如果用5分钟就让人家走，感觉有点说不过去。

我：还有一个LinkedList，不知道你有没有见过。

他：知道，平时没用过，所以没什么印象。

我：一个叫ArrayList，一个叫LinkedList，根据名字你说下它们底层是怎么实现的？

他：应该一个是用数组实现的，一个是链表实现的。

我：那你能不能说一下数组和链表的主要区别是什么？

大概过了好几秒，他没有回答，也不说不知道。我觉得可能是我问的方式略微笼统，我就又具体了一些。

我：数组和链表是数据结构里的概念，这你应该知道。我的意思是从数据结构的角度，数组有什么特点，链表有什么特点，或者说它们在内存里大致是怎么分布的？

他：数据结构的东西不太会。

我觉得我的问题已经很清晰了，但凡是正常的开发者，多多少少都应该能说出点，可是，他没有。

看得出他有点紧张，所以我每次都是微笑着、用很柔和的声音和他说话，就害怕太强势了给他造成影响。

虽然这么简单的问题，他都不会，我还是很耐心地给他讲解，就当是锻炼自己了。

我：定义一个数组，只需指定一个长度即可。然后就可以通过变量名+索引（或者说下标）的形式访问数组元素了，下标不能超过数组长度，否则就会发生索引越界异常。

比如数组a，长度是10，那么第一个元素就是a[0]，最后一个就是a[9]。想访问哪个元素只要指定下标就可以了。像这种可以随意访问任何元素的，有个专用名词叫做随机访问。

那我们来看下它在内存中是如何分布的，才支持随机访问。其实数组在内存中是一段连续的空间，你可以把它想象成一个梯子，一个格子紧挨着一个格子。

数组名，也就是这个a，指向了这个空间的起始处地址，也就是数组的第一个元素的地址，所以其实和a[0]指向的是同一个地方。但a和a[0]的含义不一样，a表示内存地址，a[0]表示这个地址上存的元素。

这里的下标0其实指的是相对于起始处地址的偏移量。0表示没有偏移，所以就是起始处地址的那个元素，也即第一个元素。

a[1]表示相对于起始处地址偏移量为1的那个元素，实际可以认为底层执行的是*(a + 1)。a+1表示从起始地址开始向后偏移1个之后的地址，那么*(星号)的意思就是取出那个地址上存储的元素。因为向后偏移了1个，其实就是第二个，所以a[1]叫取出数组的第二个元素。

因数组在内存中是一段连续的空间，所以不管访问哪个元素都是这两步，加上偏移量，然后取数据。这就是它支持随机访问的原因。说白了就是所有元素按顺序挨在了一起。

也可以看出来，不管数组的长度是多长，访问元素的方式都是这两步，都在常量的时间内完成。所以按索引访问数组元素的时间复杂度就是O(1)。

ArrayList只不过是对数组的包装，因为数组在内存中分配时必须指定长度，且一旦分配好后便无法再增加长度，即不可能在原数组后面再接上一段的。

ArrayList之所以可以一直往里添加，是因为它内部做了处理。当底层数组填满后，它会再分配一个更大的新的数组，把原数组里的元素拷贝过来，然后把原数组抛弃掉。使用新的数组作为底层数组来继续存储。

他：你讲的非常好，我完全听懂了，比我当时那个培训班的老师讲的好多了。

我：LinkedList也实现了List接口，也可以按索引访问元素，表面上用起来感觉差不多，但是其底层却有天壤之别。

与数组一下子分配好指定长度的空间备用不同，链表不会预先分配空间。而是在每次添加一个元素时临时专门为它自己分配一个空间。

因为内存空间的分配是由操作系统完成的，可以说每次分配的位置都是随机的，并没有确定的规律。所以说链表的每个元素都在完全不同的内存地址上，那我们该如何找到它们呢？

唯一的做法就是把每个元素的内存地址都要保存起来。怎么保存呢？那就让上一个元素除了存储具体的数据之外，也存储一份下一个元素在内存中的地址。

整个就像前后按顺序依次相连的一条链，我们只要保存第一个元素的内存地址，就可以顺藤摸瓜找到所有的元素。

这其实就像一个挖宝藏游戏，假设共10步，告诉你第一步去哪里挖。然后挖出一个字条，上面写着第二步去哪里挖。依次这样挖下去。第九步挖出字条后才知道宝藏的位置，然后第十步就把它挖出来了。

可见为了得到宝藏必须这样一步一步挖下去。中间的任何一步都不能跳过，因为第十步宝藏的位置在第九步里放着呢，第九步的位置在第八步里放着呢，依次倒着下来就到了第一步的位置，而第一步的位置已经告诉你了。

所以数组更像是康庄大道、四平八稳。链表更像是曲径通幽、人迹罕至。一个像探险，步步为营。一个像回家，轻车熟路。

可见按索引访问链表元素时，必须从头一个个遍历，而且链表越长，位置越靠后，所需花费的时间就越长。所以按索引访问链表元素的时间复杂度就是O(n)，n为链表的长度。

也说明了链表不支持随机访问。所以ArrayList就实现了RandomAccess（随机访问）接口，而LInkedList就没有。

他：你讲的真好。

??后记

后来这个应聘者给我司前台打电话，说他自己水平太差，无法到我司来。但是叮嘱前台一定要转达对我的感谢。

说面试时他内心非常紧张，但面试官总是面带微笑很温和地跟他说话。遇到不懂的地方，总是非常有耐心地给他讲解，旁征博引，举一反三。最后他都听懂了，而且也不紧张了。

我感觉这是我收到的对我最高的评价，不是吗？

Vector和Stack（简单介绍）

Java Collection系列下面有List，Set，Queue等，而Vector属于List下面的一个实现。

Vector：

线程安全，默认容量为10，容量增长量默认为0，每次进行扩容是旧的容量乘以2。支持null的添加。基于数组实现。

Stack：

Stack继承Vector的栈结构。

Vector简介

Vector 是矢量队列，它是JDK1.0版本添加的类。继承于AbstractList，实现了List, RandomAccess, Cloneable这些接口。
Vector 继承了AbstractList，实现了List；所以，它是一个队列，支持相关的添加、删除、修改、遍历等功能。
Vector 实现了RandmoAccess接口，即提供了随机访问功能。RandmoAccess是java中用来被List实现，为List提供快速访问功能的。在Vector中，我们即可以通过元素的序号快速获取元素对象；这就是快速随机访问。
Vector 实现了Cloneable接口，即实现clone()函数。它能被克隆。

和ArrayList不同，Vector中的操作是线程安全的；

历史:

其实ArrayListhe和Vector在用法上完全相同.但由于Vector是一个古老的集合.(从jdk1.0就有了),那时候java还没有提供系统的集合框架,所以在Vector里提供了一些方法名很长的方法.例如:addElement(Object obj),实际上这个方法和add(Object obj)没什么区别.

从jdk1.2以后,Java提供了系统的集合框架,就将Vector改为实现List接口,作为List的实现之一,从而导致Vector里有一些重复的方法.

Vector里有一些功能重复的方法,这些方法中方法名更短的是属于后来新增的方法.更长的是原先vector的方法.而后来ArrayList是作为List的主要实现类.看过的Java思想编程中也提到了Vector有很多缺点.尽量少用Vector实现类.

第2部分 Stack

public class Stack<E>extends Vector<E>

由于Vector是通过数组实现的，这就意味着，Stack也是通过数组实现的，而非链表。

Stack类表示后进先出（LIFO）的对象堆栈。它通过五个操作对类Vector进行了扩展 ，允许将向量视为堆栈。它提供了通常的push和pop操作，以及取堆栈顶点的peek方法、测试堆栈是否为空的empty方法、在堆栈中查找项并确定到堆栈顶距离的search方法。

首次创建堆栈时，它不包含项。

Deque 接口及其实现提供了 LIFO 堆栈操作的更完整和更一致的 set，应该优先使用此 set，而非此类。例如：

Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<Integer>();

从以下版本开始： JDK1.0

第三部分 结论

这两个都是jdk1.0的过时API,应该避免使用.因此不再对其源码进行解析学习.

jdk1.5新增了很多多线程情况下使用的集合类.位于java.util.concurrent.

如果你说,Vector是同步的,你要在多线程使用.那你应该使用java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList等而不是Vector.

如果你要使用Stack做类似的业务.那么非线程的你可以选择linkedList,多线程情况你可以选择java.util.concurrent.ConcurrentLinkedDeque 或者java.util.concurrent.ConcurrentLinkedQueue

多线程情况下,应尽量使用java.util.concurrent包下的类.

使用多种方式遍历集合

以ArrayList做例子

 1 import java.util.*;
 2  
 3 public class Test
 4  public static void main(String[] args) 
 5      List<String> list=new ArrayList<String>();
 6      list.add("Hello");
 7      list.add("World");
 8      list.add("HAHAHAHA");
 9      //第一种遍历方法使用 For-Each 遍历 List
10      for (String str : list)             //也可以改写 for(int i=0;i<list.size();i++) 这种形式
11         System.out.println(str);
12      
13  
14      //第二种遍历，把链表变为数组相关的内容进行遍历
15      String[] strArray=new String[list.size()];
16      list.toArray(strArray);
17      for(int i=0;i<strArray.length;i++) //这里也可以改写为  for(String str:strArray) 这种形式
18      
19         System.out.println(strArray[i]);
20      
21      
22     //第三种遍历 使用迭代器进行相关遍历
23      
24      Iterator<String> ite=list.iterator();
25      while(ite.hasNext())//判断下一个元素之后有值
26      
27          System.out.println(ite.next());
28      
29  
30 

迭代器的使用和工作原理

 

 

 

 

 

 

参考网址：

arraylist与linkedList各自的工作原理:https://blog.csdn.net/Summer_Lyf/article/details/88048505

Vector和Stack：https://blog.csdn.net/For_Forever/article/details/82936534

https://www.cnblogs.com/devin-ou/p/7989451.html