集合框架_DAY15

Posted 2020-10-04 AI菌

1:集合(掌握)
　　(1)集合的由来
　　我们需要对多个对象进行存储和获取。可以使用对象数组。但是，如果对象的个数是变化的，对象数组就解决不了了。怎么办呢?java就提供了集合类解决。
　　(2)集合和数组的区别?
　　　　A:长度问题
　　　　　　数组长度固定，集合长度可变
　　　　B:存储元素类型1
　　　　　　数组只能存储同一种类型。集合可以存储不同类型的对象
　　　　C:存储元素类型2
　　　　　　数组可以存储基本类型，也可以存储引用类型。集合只能存储引用类型。
　　(3)集合体系的由来：
　　　　多种集合的数据结构不同，但是，它们有共性的功能。通过不断的向上抽取，最终形成了集合的体系结构。

                                                  Collection
                                                           |--List
                                                                   |--ArrayList
                                                                   |--Vector
                                                                   |--LinkedList
                                                           |--Set
                                                                   |--HashSet
                                                                   |--TreeSet
　　(4)Collection接口的功能：
　　　　A:添加功能
　　　　　　add(Object obj)
　　　　B:删除功能
　　　　　　remove(Object obj)
　　　　C:判断功能
　　　　　　contains(Object obj)
　　　　D:获取功能
　　　　　　Iterator iterator()
　　　　E:长度功能
　　　　　　size()
　　(5)迭代器
　　　　A:迭代器其实就是遍历集合的一种方式。
　　　　B:迭代器的使用：
　　　　　　迭代器不能单独使用，它依赖于集合而存在。
　　　　C:使用步骤
　　　　　　a:通过集合对象调用iterator()方法得到迭代器对象。
　　　　　　b:通过迭代器对象的hasNext()方法判断是否有元素。
　　　　　　c:通过迭代器对象的next()获取元素。
　　　　D:原理：
　　　　　　是以内部类形式存在的。
　　(6)案例：(掌握)
　　　　集合的使用步骤：
　　　　　　A:创建集合对象
　　　　　　B:创建元素对象
　　　　　　C:把元素添加到集合中
　　　　　　D:遍历集合
　　　　　　　　　a:通过集合对象调用iterator()方法得到迭代器对象。
　　　　　　　　　b:通过迭代器对象的hasNext()方法判断是否有元素。
　　　　　　　　　c:通过迭代器对象的next()获取元素。

　　　   存储字符串并遍历：

　　　　　　　　　　Collection c = new ArrayList();

　　　　　　　　　　String s1 = "hello";
　　　　　　　　　　String s2 = "world";
　　　　　　　　　　String s3 = "java";

　　　　　　　　　　c.add(s1);
　　　　　　　　　　c.add(s2);
　　　　　　　　　　c.add(s3);

　　　　　　　　　　Iterator it = c.iterator();
　　　　　　　　　　while(it.hasNext()) {
　　　　　　　　　　　　String s = (String) it.next();
　　　　　　　　　　　　　System.out.println(s);
　　　　　　　　　　}

　　　　存储自定义对象并遍历：自己补齐。

2:List及其子类(掌握)
　　(1)List的特点：
　　　　　Collection
　　　　　　　　|--List:元素有序(存入顺序和取出顺序一致),可重复。
　　　　　　　　|--Set:元素无序,唯一。
　　(2)List的特有功能：
　　　　A:添加功能
　　　　　　add(int index,Object obj)
　　　　B:删除功能
　　　　　　remove(int index)
　　　　C:获取功能
　　　　　　get(int index)
　　　　D:修改功能
　　　　　　set(int index,Object obj)
　　(3)案例：
　　　　List存储字符串并遍历。
　　　　List存储自定义对象并遍历。

　　　　使用集合存储自定义对象的步骤：
　　　　　　1、定义要存储到集合当中的类
　　　　　　2、创建 集合 集合引用变量 = new 集合();
　　　　　　3、创建要存储到集合当中的类的对象们
　　　　　　4、调用集合方法，存储对应的对象
　　　　　　5、返回对应集合的迭代器
　　　　　　6、使用迭代器判断是否有下个元素
　　　　　　7、如果有下个元素则获取下个元素

　　(4)ListIterator(理解)

　　　　A:可以逆向遍历，但是要先正向遍历，所以一般不用。
　　　　B:可以解决并发修改异常问题。
　　　　并发修改异常：在用迭代器遍历集合的时候，通过集合去修改了集合的元素。
　　　　解决方案：
　　　　　　a:通过列表迭代器遍历，通过列表迭代器修改集合。
　　　　　　b:通过集合遍历，通过集合修改集合。

3、集合遍历方式

集合类的通用遍历方式, 用迭代器迭代:

　　　　　　Iterator it = list.iterator();

　　　　　　while(it.hasNext()) {

　　　　　　　　Object obj = it.next();

　　　　　　}

 

Map遍历方式：

 

（1）通过获取所有的key按照key来遍历

//Set<Integer> set = map.keySet(); //得到所有key的集合
for (Integer in : map.keySet()) {
    String str = map.get(in);//得到每个key多对用value的值
}

 

（2）通过Map.entrySet使用iterator遍历key和value

Iterator<Map.Entry<Integer, String>> it = map.entrySet().iterator();
while (it.hasNext()) {
     Map.Entry<Integer, String> entry = it.next();
       System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue());
}

 

（3）通过Map.entrySet遍历key和value，推荐，尤其是容量大时

for (Map.Entry<Integer, String> entry : map.entrySet()) {
    //Map.entry<Integer,String> 映射项（键-值对）  有几个方法：用上面的名字entry
    //entry.getKey() ;entry.getValue(); entry.setValue();
    //map.entrySet()  返回此映射中包含的映射关系的 Set视图。
    System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue());
}

 

（4）通过Map.values()遍历所有的value，但不能遍历key

for (String v : map.values()) {
    System.out.println("value= " + v);
}

 

List遍历方式：

（1）：

for(Iterator iterator = list.iterator();iterator.hasNext();){                    
    int i = (Integer) iterator.next();                   
    System.out.println(i);               
}

（2）：

Iterator iterator = list.iterator();
while(iterator.hasNext()){
    int i = (Integer) iterator.next();
    System.out.println(i);
}

（3）：

for (Object object : list) { 
    System.out.println(object); 
}

（4）：

for(int i = 0 ;i<list.size();i++) {  
    int j= (Integer) list.get(i);
    System.out.println(j);  
}

 

数据元素是怎样在内存中存放的？

　主要有2种存储方式：

（1）顺序存储，Random Access（Direct Access）：

      这种方式，相邻的数据元素存放于相邻的内存地址中，整块内存地址是连续的。可以根据元素的位置直接计算出内存地址，直接进行读取。读取一个特定位置元素的平均时间复杂度为O(1)。正常来说，只有基于数组实现的集合，才有这种特性。Java中以ArrayList为代表。

（2）链式存储，Sequential Access：

   　这种方式，每一个数据元素，在内存中都不要求处于相邻的位置，每个数据元素包含它下一个元素的内存地址。不可以根据元素的位置直接计算出内存地址，只能按顺序读取元素。读取一个特定位置元素的平均时间复杂度为O(n)。主要以链表为代表。Java中以LinkedList为代表。

 

每个遍历方法的实现原理是什么？

（1）传统的for循环遍历，基于计数器的：

        遍历者自己在集合外部维护一个计数器，然后依次读取每一个位置的元素，当读取到最后一个元素后，停止。主要就是需要按元素的位置来读取元素。

（2）迭代器遍历，Iterator：

        每一个具体实现的数据集合，一般都需要提供相应的Iterator。相比于传统for循环，Iterator取缔了显式的遍历计数器。所以基于顺序存储集合的Iterator可以直接按位置访问数据。而基于链式存储集合的Iterator，正常的实现，都是需要保存当前遍历的位置。然后根据当前位置来向前或者向后移动指针。

（3）foreach循环遍历：

        根据反编译的字节码可以发现，foreach内部也是采用了Iterator的方式实现，只不过Java编译器帮我们生成了这些代码。

 

各遍历方式对于不同的存储方式，性能如何？

（1）传统的for循环遍历，基于计数器的：

        因为是基于元素的位置，按位置读取。所以我们可以知道，对于顺序存储，因为读取特定位置元素的平均时间复杂度是O(1)，所以遍历整个集合的平均时间复杂度为O(n)。而对于链式存储，因为读取特定位置元素的平均时间复杂度是O(n)，所以遍历整个集合的平均时间复杂度为O(n2)（n的平方）。

ArrayList按位置读取的代码：直接按元素位置读取。

transient Object[] elementData;

public E get(int index) {
    rangeCheck(index);
    return elementData(index);
}

E elementData(int index) {
    return (E) elementData[index];
}

 

LinkedList按位置读取的代码：每次都需要从第0个元素开始向后读取。其实它内部也做了小小的优化。

transient int size = 0;
transient Node<E> first;
transient Node<E> last;

public E get(int index) {
    checkElementIndex(index);
    return node(index).item;
}

Node<E> node(int index) {
    if (index < (size >> 1)) {   //查询位置在链表前半部分，从链表头开始查找
        Node<E> x = first;
        for (int i = 0; i < index; i++)
            x = x.next;
        return x;
    } else {                     //查询位置在链表后半部分，从链表尾开始查找
        Node<E> x = last;
        for (int i = size - 1; i > index; i--)
            x = x.prev;
        return x;
    }
}

 

 （2）迭代器遍历，Iterator：

        那么对于RandomAccess类型的集合来说，没有太多意义，反而因为一些额外的操作，还会增加额外的运行时间。但是对于Sequential Access的集合来说，就有很重大的意义了，因为Iterator内部维护了当前遍历的位置，所以每次遍历，读取下一个位置并不需要从集合的第一个元素开始查找，只要把指针向后移一位就行了，这样一来，遍历整个集合的时间复杂度就降低为O(n)；

（这里只用LinkedList做例子）LinkedList的迭代器，内部实现，就是维护当前遍历的位置，然后操作指针移动就可以了：

代码：

public E next() {
    checkForComodification();
    if (!hasNext())
        throw new NoSuchElementException();

    lastReturned = next;
    next = next.next;
    nextIndex++;
    return lastReturned.item;
}

public E previous() {
    checkForComodification();
    if (!hasPrevious())
        throw new NoSuchElementException();

    lastReturned = next = (next == null) ? last : next.prev;
    nextIndex--;
    return lastReturned.item;
}

 

（3）foreach循环遍历：

        分析Java字节码可知，foreach内部实现原理，也是通过Iterator实现的，只不过这个Iterator是Java编译器帮我们生成的，所以我们不需要再手动去编写。但是因为每次都要做类型转换检查，所以花费的时间比Iterator略长。时间复杂度和Iterator一样。

Iterator和foreach字节码如下：

//使用Iterator的字节码：
Code:
0: new #16 // class java/util/ArrayList
3: dup
4: invokespecial #18 // Method java/util/ArrayList."<init>":()V
7: astore_1
8: aload_1
9: invokeinterface #19, 1 // InterfaceMethod java/util/List.iterator:()Ljava/util/Iterator;
14: astore_2
15: goto 25
18: aload_2
19: invokeinterface #25, 1 // InterfaceMethod java/util/Iterator.next:()Ljava/lang/Object;
24: pop
25: aload_2
26: invokeinterface #31, 1 // InterfaceMethod java/util/Iterator.hasNext:()Z
31: ifne 18
34: return


//使用foreach的字节码：
Code:
0: new #16 // class java/util/ArrayList
3: dup
4: invokespecial #18 // Method java/util/ArrayList."<init>":()V
7: astore_1
8: aload_1
9: invokeinterface #19, 1 // InterfaceMethod java/util/List.iterator:()Ljava/util/Iterator;
14: astore_3
15: goto 28
18: aload_3
19: invokeinterface #25, 1 // InterfaceMethod java/util/Iterator.next:()Ljava/lang/Object;
24: checkcast #31 // class loop/Model
27: astore_2
28: aload_3
29: invokeinterface #33, 1 // InterfaceMethod java/util/Iterator.hasNext:()Z
34: ifne 18
37: return

 

各遍历方式的适用于什么场合？

（1）传统的for循环遍历，基于计数器的：

        顺序存储：读取性能比较高。适用于遍历顺序存储集合。

        链式存储：时间复杂度太大，不适用于遍历链式存储的集合。

（2）迭代器遍历，Iterator：

        顺序存储：如果不是太在意时间，推荐选择此方式，毕竟代码更加简洁，也防止了Off-By-One的问题。

        链式存储：意义就重大了，平均时间复杂度降为O(n)，还是挺诱人的，所以推荐此种遍历方式。

（3）foreach循环遍历：

        foreach只是让代码更加简洁了，但是他有一些缺点，就是遍历过程中不能操作数据集合（删除等），所以有些场合不使用。而且它本身就是基于Iterator实现的，但是由于类型转换的问题，所以会比直接使用Iterator慢一点，但是还好，时间复杂度都是一样的。所以怎么选择，参考上面两种方式，做一个折中的选择。

 

Java的最佳实践是什么？

　　Java数据集合框架中，提供了一个RandomAccess接口，该接口没有方法，只是一个标记。通常被List接口的实现使用，用来标记该List的实现是否支持Random Access。

一个数据集合实现了该接口，就意味着它支持Random Access，按位置读取元素的平均时间复杂度为O(1)。比如ArrayList。

而没有实现该接口的，就表示不支持Random Access。比如LinkedList。

所以看来JDK开发者也是注意到这个问题的，那么推荐的做法就是，如果想要遍历一个List，那么先判断是否支持Random Access，也就是 list instanceof RandomAccess。

比如：

if (list instanceof RandomAccess) {
    //使用传统的for循环遍历。
} else {
    //使用Iterator或者foreach。
}

 

 来源：http://www.cnblogs.com/leskang/p/6031282.html