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Java集合的基础知识

分类: 文章 • 2024-08-06 22:31:52

Java集合的基础知识

Java 集合概述

一方面， 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。
另一方面，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。
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

数组在存储数据方面的弊端：

  • 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 集合可分为 Collection 和 Map 两种体系

  • Collection接口：单列数据，定义了存取一组对象的方法的集合
  • List：元素有序、可重复的集合
  • Set：元素无序、不可重复的集合
  • Map接口：双列数据，保存具有映射关系“key-value对”的集合

Collection接口继承树：
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Map接口继承树：
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Collection 接口：

Collection 接口方法：
1、添加

  • add(Object obj)
  • addAll(Collection coll)

2、获取有效元素的个数

  • int size()

3、清空集合

  • void clear()

4、是否是空集合

  • boolean isEmpty()

5、是否包含某个元素  boolean contains(Object obj)：是通过元素的equals方法来判断是否 是同一个对象

  • boolean containsAll(Collection c)：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。

6、删除

  • boolean remove(Object obj) ：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 removeAll(Collection coll)：取当前集合的差集

7、取两个集合的交集

  • boolean retainAll(Collection c)：把交集的结果存在当前集合中，不 影响c

8、集合是否相等

  • boolean equals(Object obj)

9、转成对象数组

  • Object[] toArray()

10、获取集合对象的哈希值

  • hashCode()

11、遍历

  • iterator()：返回迭代器对象，用于集合遍历

三种遍历集合元素的方法

  • 使用 Iterator 接口遍历集合元素
  • 使用 for each 循环遍历集合元素
  • 使用普通for循环遍历集合元素

Collection子接口之一：List接口方法

List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ele
  • List subList(int fromIndex, int toIndex):返回从fromIndex到toIndex 位置的子集合

List实现类之一：ArrayList
ArrayList 是 List 接口的典型实现类、主要实现类
本质上，ArrayList是对象引用的一个”变长”数组
ArrayList的JDK1.8之前与之后的实现区别？
JDK1.7：直接创建一个初始容量为10的数组
JDK1.8：一开始创建一个长度为0的数组，当添加第一个元 素时再创建一个始容量为10的数组

List实现类之二：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。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

List 实现类之三：Vector
Vector 是一个古老的集合，JDK1.0就有了。大多数操作与ArrayList 相同，区别之处在于Vector是线程安全的

请问ArrayList/LinkedList/Vector的异同？谈谈你的理解？ArrayList底层 是什么？扩容机制？Vector和ArrayList的最大区别?

  • ArrayList和LinkedList的异同 二者都线程不安全，相对线程安全的Vector，执行效率高。 此外，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是同步类(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,大多数的Java程序员使用 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。

Collection子接口之二：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 具有以下特点：

  • 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()和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”。

向HashSet中添加元素的过程：

  • 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，如果equals方法结果 为true，添加失败；如果为false，那么会保存该元素，但是该数组的位置已经有元素了， 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。
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    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。

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  新增的方法如下： (了解)

  • Comparator comparator()
  • Object first()
  • Object last()
  • Object lower(Object e)
  • Object higher(Object e)
  • SortedSet subSet(fromElement, toElement)
  • SortedSet headSet(toElement)
  • SortedSet tailSet(fromElement)
    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

Map接口概述

  • 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

Map接口：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value
  • void 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value
  • boolean containsKey(Object key)：是否包含指定的key
  • boolean containsValue(Object value)：是否包含指定的value
  • int 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

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()和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

HashMap的存储结构
JDK 7及以前版本：HashMap是数组+链表结构(即为链地址法)
JDK 8版本发布以后：HashMap是数组+链表+红黑树实现。

HashMap源码中的重要常量

  • DEFAULT_INITIAL_CAPACITY : HashMap的默认容量，16
  • MAXIMUM_CAPACITY ： HashMap的最大支持容量，2^30
  • DEFAULT_LOAD_FACTOR：HashMap的默认加载因子
  • TREEIFY_THRESHOLD：Bucket中链表长度大于该默认值，转化为红黑树
  • UNTREEIFY_THRESHOLD：Bucket中红黑树存储的Node小于该默认值，转化为链表
  • MIN_TREEIFY_CAPACITY：桶中的Node被树化时最小的hash表容量。（当桶中Node的 数量大到需要变红黑树时，若hash表容量小于MIN_TREEIFY_CAPACITY时，此时应执行 resize扩容操作这个
  • MIN_TREEIFY_CAPACITY的值至少是TREEIFY_THRESHOLD的4 倍。）
  • table：存储元素的数组，总是2的n次幂
  • entrySet：存储具体元素的集
  • size：HashMap中存储的键值对的数量
  • modCount：HashMap扩容和结构改变的次数。
  • threshold：扩容的临界值，=容量*填充因子 loadFactor：填充因子

负载因子值的大小，对HashMap有什么影响

  • 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。

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

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 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
  • 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。

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

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

Collections工具类

  • Collections 是一个操作 Set、List 和 Map 等集合的工具类
  • 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常用方法
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

查找、替换

  • 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

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