Java学习笔记系列05 - 集合框架

        集合是存储多个元素的容器，但由于数据结构不同，java就提供了多种集合类。而这多种集合类有共性的功能，所以通过不断的向上抽取，最终形成了集合体系结构。

        数组与集合的区别：
        数组：长度是固定的，存储的是同一类型的元素，可以存储基本数据类型。
        集合：长度是可变的，存储的都是对象，而且对象的类型可以不一致。
        细节：集合中存储的其实都是对象的地址，不可以存储基本数值，但JDK1.5有了包装类后，可以进行存储(自动装箱)。

1.Collection接口

        有两个常用的子接口：List(列表)，Set(集)

1.1 List接口

        有序(存入和取出的顺序一致)，元素都有索引，可以重复，共性特点是都可以操作角标获取元素进行crud(增删改查)。

        Vector：数据结构是数组，数组可以增长，无论查询还是增删都很慢，效率很低，已被ArrayList替代，线程同步。
        ArrayList：数据结构是数组，长度是可变的(原理是新建数组+复制数组)，查询速度很快，增删较慢，线程不同步。
        LinkedList：数据结构是链表，增删速度很快，查询较慢，线程不同步。
        特点：围绕头和尾展开定义方法，可用于实现堆栈和队列数据结构。

1.2 Set接口

        无序(存入和取出的顺序可能不一致)，不能存储重复元素，保证元素的唯一性，而且方法和Collection一致，取出元素的方式只有迭代器一种。

        HashSet：数据结构是哈希表，不保证顺序，查询速度很快，线程不同步。
        TreeSet：数据结构是二叉树，可以对Set集合中的元素进行排序，线程不同步。
        LinkedHashSet：HashSet的子类，保证元素唯一性和查询效率的同时元素有序。

        HashSet和TreeSet保证元素唯一性的方式：
        HashSet：通过覆盖hashCode()和equals()方法来完成
        如果元素的hashCode值不同，那就不用判断equals方法，直接存储到哈希表中，从而提高元素比较的速度。
        如果元素的hashCode值不同，才需要继续判断equals方法是否为true，如果为true则视为相同元素不存储；如果为false则视为不同元素进行存储，继续通过算法向旁边位置延伸—拉链法。
        记住：如果元素要存储到HashSet集合中，必须覆盖hashCode方法和equals方法。

        TreeSet：用于对Set集合进行元素的指定顺序排序，排序需要依据元素自身具备的比较性；如果元素不具备比较性，在运行时会发生ClassCastException异常。
        所以需要实现Comparable或Comparator接口，通过覆盖其比较方法来排序，根据比较方法返回的结果判断两元素是大于小于还是等于，如果等于则视为相同元素不存储来保证元素唯一性。

        排序的方式有两种：
                排序方法一：让元素自身具备比较功能
                        需要实现Comparable接口，覆盖compareTo方法，这种方式也称为元素的自然顺序或者默认顺序。
                        如果元素自身不具备自然顺序，或者具备的自然排序不是我们所需要的，这时只能使用第二种方式。
                排序方法二：让集合自身具备比较功能，比较器排序
                        定义一个类实现Comparator接口，覆盖compare方法，将该类对象作为参数传递给TreeSet集合的构造方法。

        Set结论：往Set中存储对象时，通过该对象都需要覆盖hashCode和equals方法，并可能要实现Comparable或者Comparator接口，建立对象的排序，还要复写toString方法；当两种排序都存在时，以比较器为主，因为较为灵活。

2.迭代器Iterator

        Iterator接口就是对Collection中所有容器进行元素获取的公共接口，因为Collection中有iterator()方法，所以每一个子类集合对象都具备迭代器。
        该对象必须依赖于具体容器，因为每一个容器的数据结构都不同，所以该迭代器对象是在容器中进行内部实现的。

        注意：1.迭代器的next()方法是自动向下取元素的，要小心避免NoSuchElementException
                     2.迭代器的next()方法返回值类型是Object，获取时要使用元素的特有功能的话，要记得做类型转换(使用泛型就可以不用强转了)。
        小补充：Enumeration：古老的输出方式，迭代Vector元素，被Iterator取代。

2.1 List特有的迭代器ListIterator

        在List列表元素迭代过程中，使用了集合的方法对元素进行操作，比如满足条件添加新元素，会发生ConcurrentModificationException(并发修改异常)。
        导致原因：集合引用和迭代器引用在同时操作元素。
                            在迭代中，使用了集合的方法对元素操作，导致迭代器并不知道集合中的变化，引发了数据的不确定性，导致了异常。
        解决：迭代时不能用集合的方法操作元素，既然是在迭代中操作元素，就该用迭代器的方法操作，不过Iterator的方法只有hasNext，next，remove；
                    这时需要使用Iterator的子接口ListIterator，通过List接口的listIterator()方法来获取。
        记住：该列表迭代器只有List接口有，而且这个迭代器能在迭代过程中做增删改查动作。

3.Map接口

        与Collection在集合框架中属于并列存在，存储的是一对元素：键key和值value。键值对之间有对应(映射)关系，必须要保证键的唯一性。

        Hashtable：数据结构是哈希表，不允许null作为键和值，被HashMap替代，线程同步。
        HashMap：数据结构是哈希表，允许null作为键和值，线程不同步。
        TreeMap：数据结构是二叉树，可以对Map集合中的键进行排序，线程不同步。
        LinkedHashMap：基于链表+哈希表，可以保证Map集合有序(存入和取出的顺序一致)。
        Properties：底层结构依然是哈希表，配置文件信息的属性集，键值对都是字符串，而且可以结合IO流进行键值对的操作。

        Map获取所有键值对的思路：
        Map没有迭代器，Collection具备迭代器，只要将Map转成Set，就能用迭代器获取了；转成Set是因为Set集合底层使用的就是Map集合。

        获取方式一：keySet()方法
        将Map中的键存入到Set集合，因为Set具备迭代器，所以可以用迭代方式获取到所有的键，在用get方法获取到键所对应的值。
        Set keySet = map.keySet();
        for(Iterator it = keySet.iterator(); it.hasNext(); ) {
                Object key = it.next();
                Object value = map.get(key);
                System.out.println(key+“:”+value);
        }

        获取方式二：entrySet()方法
        将Map集合中的映射关系存储到了Set集合中，这个关系的数据类型就是Map.Entry。
        Set entrySet = map.entrySet();
        for(Iterator it = entrySet.iterator(); it.hasNext(); ) {
                Map.Entry me = (Map.Entry) it.next();
                System.out.println(me.getKey()+“:”+me.getValue());
        }

        Entry是Map接口中的内部类接口，定义在Map内部的原因：
        因为只有有了Map集合，有了键值对，才会有键和值的映射关系，该关系属于Map集合中的一个内部事物，而且该事物在直接访问Map集合中的元素。

        Map集合与Collection集合的区别：
        1.Map称为双列集合，Collection称为单列集合。
        2.Map一次添加一对元素，Collection一次添加一个元素。
        3.Map存储元素使用put方法，Collection存储元素使用add方法
        4.Map没有直接获取所有元素的方法，要先转成Set集合，再用迭代器获取；
        Collection获取元素使用的就是迭代器。

4.集合的使用技巧

        (1)保证唯一就用Set，不保证唯一就用List。
        (2)看到ArrayList就是数组结构，有角标，查询速度很快。
        (3)看到Link就是链表结构，增删速度快，而且有特有方法。
        (4)看到Hash就是哈希表，就要想到哈希值，保证唯一性，存入该结构必须覆盖hashCode和equals方法。
        (5)看到Tree就是二叉树，就要想到用排序和比较。
        (6)LinkedHashSet和LinkedHashMap这两个集合保证哈希表有序。
        (7)分析问题时出现对应关系，立即想到Map集合，如果对应关系有序，想到数组。
             注意：如果对应关系个数不确定，还是以Map为主。

5.Collections

        集合框架中用于操作集合对象的工具类，都是静态的工具方法。

        将非同步集合变成同步集合的方法：Xxx synchronizedXxx(xxx)
                                                                          List synchronizedList(list);
                                                                          Map synchronizedMap(map);
        原理：定义一个类，将集合所有的方法加一把锁后返回。

        Collection和Collections的区别：
        Collection：是java.util.下的接口，是各种集合结构的父接口，提供了各种对集合的操作，如增删改查。
        Collections：是java.util下的类，是针对集合类的工具类，提供一系列静态方法，实现对集合的查找、排序、替换、线程安全化(将非同步集合转成同步)等操作。

6.Arrays

        用于操作数组的工具类，都是静态的工具方法。

        asList方法：将数组转成List集合，可以用List集合的方法操作数组中的元素。
        注意(局限性)：数组长度是固定的，转成List集合长度也是固定的，不要使用增删等会改变数组长度的方法，用了会发生不支持操作异常UnsupportedOperationException
        如果数组存的是引用数据类型，可直接作为集合的元素直接用集合方法操作。
        如果数组存的是基本数据类型，需要用包装类的类型存值，否则asList会将数组对象作为集合元素存在。

        toArray方法：集合变数组，可以限制对元素的增删操作。
        如果传递的数组长度小于集合的长度，会自动创建一个同类型的数组，长度为集合的长度。
        如果传递的数组长度大于集合的长度，就会直接使用这个数组，没有存储元素的位置为null。
        所以数组长度应该定义和集合长度一致。