Java（6）集合

一、Java集合框架概述

1、什么是集合

• 集合框架：用于存储数据的容器。
  • 数组、集合等存储数据的结构，叫Java容器。
  • 此时的存储，是指内存层面的存储，不涉及持久化的存储。
• 任何集合框架都包含三大块的内容：对外的接口、接口的实现、对集合运算的算法。

2、集合的特点

• 数组的特点/缺点：

  • 长度固定。一旦初始化，长度不能修改。
  • 类型确定。类型严格（算是一个好处），当然要想可以放多种类型的数据，也可以声明为Object类型。
  • 方法有限。添加、删除元素效率低；获取元素个数不方便。
  • 元素有序可重。对于无序、不重复的元素，不能满足。

• 集合的特点/优点

  • 容量自增长。

3、集合的体系

• Collection接口和Map接口是所有集合框架的父接口。
• Collection接口继承树

说明：

1. List接口：存储有序、可重复的数据。“动态数组”
2. Set接口：存储无序、不可重复的数据。“数学中的集合”

• Map接口继承树

说明：

1. Map接口：双列集合，用于存储成对的数据（key-value）。“数学中的函数”

二、Collection接口中的方法（15个）

1、说明

• 因为Collection接口是List、Set、Queue接口的父接口，所以定义在Collection接口的中方法可以用于操作子接口的实现类的对象。

2、15个方法

注意事项：

• 想Collection接口的实现类对象中添加数据obj时，要求obj所在类重写equals()。

• 数组--->集合：Arrays.asList()

  •   List arr1 = Arrays.asList(new int[]{123,456});
      System.out.println(arr1.size());//1
    

  •   List arr2 = Arrays.asList(new Integer[]{123,456});
      System.out.println(arr2.size());//2
    

  • asList中是整型时，用int，默认会把数组当场一个对象。

3、Iterator迭代器接口

• Iterator是什么？
  • Iterator对象成为迭代器，是设计模式的一种。主要用于遍历集合中的元素。
  • 迭代器模式：提供一种方法访问一个容器(container)对象中各个元 素，而又不需暴露该对象的内部细节。迭代器模式，就是为容器而生。
• Iterator接口中方法
  • hasNext()
  • next()
  • remove()遍历过程中移除某元素
    • Iterator可以删除集合的元素，但是是遍历过程中通过迭代器对象的 remove方 法，不是集合对象的remove方法。
    • 如果还未调用next()或在上一次调用 next 方法之后已经调用了 remove 方法， 再调用remove都会报IllegalStateException
• 怎么用Iterator遍历集合

//用集合中的iterator方法得到迭代器对象
Iterator iterator = coll.iterator();
//遍历集合
while(iterator.hasNext()){
    System.out.println(iterator.next());
}

//当然我们也可以用foreach来遍历，其实foreach本质也是调用了迭代器。

• Iterator原理

  • 得到的迭代器对象，默认指针指向第一个元素的前面
  • hasNext()来判断下一位是否有元素。（在调用it.next()方法之前必须要调用it.hasNext()进行检测。若不调用，且 下一条记录无效，直接调用it.next()会抛出NoSuchElementException异常）
  • next()：两个作用：①指针下移②取出指针指向的元素

• 注意

  • 集合对象每次调用iterator()方法都得到一个全新的迭代器对象，默认游标都在集合 的第一个元素之前。因此下面这种写法不正确

while (coll.iterator().hasNext()){
    System.out.println(coll.iterator().next());
}

三、List接口

1、List接口概述

• List接口是Collection的子接口
• List被称为“动态数组”，是因为数组的局限性而代替数组的一种容器。
• 存储的元素有序、可重复。每个元素都有对应的顺序索引。
• 实现类有三个：ArrayList、LinkedList、Vector

2、ArrayList、LinkedList、Vector的异同（面试题）

• 同
  • 三个类都是List接口的实现类，因此存储数据都是有序可重复的。
• 异

3、源码分析（加分项）

• ArrayList源码分析-----JDK7

  • 创建：调用空参构造器时，底层创建一个长度为10的Object[]数组elementData
  • 扩容：默认扩容为原来的1.5倍（使用移位操作），并将原来数组中的数据复制到新的数组中
  • 结论：开发中使用带参构造器指定容量：ArrayList list = new ArrayList(int capacity)

• ArrayList源码分析-----JDK8

  • 创建：调用空参构造器时，底层创建一个Object[]数组elementData，初始化为空{}
  • 扩容：同JDK7
  • 对比：jdk7中的ArrayList的对象的创建类似于单例的饿汉式，而jdk8中的ArrayList的对象的创建类似于单例的懒汉式，延迟了数组的创建，节省内存。

• LinkedList源码分析

  • 创建：调用空参构造器时，内部声明了Node类型的first和last属性，默认值为null
  • 添加：将数据封装在Node中，创建Node对象

• Vector源码分析

  • 创建：调用空参构造器时，底层创建一个长度为10的Object[]数组elementData
  • 扩容：默认扩容为原来的2倍，并将原来数组中的数据复制到新的数组中

4、List常用方法

• List除了从Collection集合继承的方法外，还有一些独有的、根据索引来操作集合元素的方法。

• 总结的简化版（常用的、便于记忆的总结）

• 区分List中的remove方法
  • list.remove(2)：删除索引为2的，因为有remove(int index)的方法，直接匹配上不用自动装箱就能匹配，name何必自动装箱呢？
  • list.remove(new Integer(2))：删除数据2，匹配的是remove(Object obj)的方法

四、Set接口

1、Set接口概述

• Set接口是Collection的子接口。
• Set中没有额外的方法
• Set中的元素不可重复，判断是否相等用的是equals()方法
• 实现类有HashSet、LinkedHashSet、TreeSet

2、HashSet、LinkedHashSet、TreeSet的异同

• HashSet：是Set接口的主要实现类；线程不安全；可以存储null值；
• LinkedHashSet：是HashSet的子类；可以按照添加顺序遍历，遍历效率高；
• TreeSet：可以按照添加对象的指定属性排序
  • 要求1：添加的对象类型相同
  • 要求2：对象的类要实现Comparable接口来进行自然排序，或者，实现Comparator接口来进行定制排序
    • 自然排序中，比较两个对象是否相同的标准为（是否可添加“相同对象”）：compareTo()返回0.不再是equals().
    • 定制排序中，比较两个对象是否相同的标准为：compare()返回0.不再是equals().

3、理解无序、可重复

• 无序
  • 指的是存储在底层数组的数据，并不是按照数组索引的顺序添加的，而是根据数据的哈希值决定的。
  • 无序性，不等于随机性
• 不可重复
  • 相同的元素只能添加一个。元素按照equals()判断，不能返回true。

4、添加元素的过程（以HashSet为例）

• 添加过程并不会单独考察，但是对于理解HashMap有很大帮助

• 我们向HashSet中添加元素a,首先调用元素a所在类的hashCode()方法，计算元素a的哈希值，此哈希值接着通过某种算法计算出在HashSet底层数组中的存放位置（即为：索引位置），判断数组此位置上是否已经有元素：

  • 如果此位置上没有其他元素，则元素a添加成功。 --->情况1
  • 如果此位置上有其他元素b(或以链表形式存在的多个元素），则比较元素a与元素b的hash值：
    • 如果hash值不相同，则元素a添加成功。--->情况2
    • 如果hash值相同，进而需要调用元素a所在类的equals()方法：
      • equals()返回true,元素a添加失败
      • equals()返回false,则元素a添加成功。--->情况3

• 对于添加成功的情况2和情况3而言：元素a 与已经存在指定索引位置上数据以链表的方式存储

  • jdk 7 :元素a放到数组中，指向原来的元素。
  • jdk 8 :原来的元素在数组中，指向元素a
  • 总结：七上八下

• HashSet底层：数组+链表的结构。

5、重写hashCode()和equals()方法

• 要求：向Set(主要指：HashSet、LinkedHashSet)中添加的数据，其所在的类一定要重写hashCode()和equals()

• 重写要求：重写的hashCode()和equals()尽可能保持一致性：相等的对象必须具有相等的散列码

• 重写两个方法的小技巧：对象中用作 equals() 方法比较的 Field，都应该用来计算 hashCode 值。

6、面试题

• 在List内去除重复数字值，要求尽量简单

  • 可以用Set实现

•   //程序的输出结果
    HashSet set = new HashSet();
    Person p1 = new Person(1001,"AA");
    Person p2 = new Person(1002,"BB");
    
    set.add(p1); 
    set.add(p2);
    p1.name = "CC";
    set.remove(p1); 
    System.out.println(set);//[Person{id=1002,name='BB'},Person{id=1001,name='CC'}]
    /*
    存放p1、p2时，根据p1和p2的属性算出了hashCode来确定存放位置
    p1的name改为CC后，再删除p1--->根据此时p1的属性算hashCode来找set中和p1相同的元素，此时算出来的hashCode大概率不是p1的位置，相当于没有找到，所以删除并没有成功。
    */
    
    set.add(new Person(1001,"CC"));
    System.out.println(set); //[Person{id=1002,name='CC'},name='CC'}]
    /*
    存放新建的p，是根据1001和CC来算hashCode，此时数组中这个位置空的，所以存放成功
    */
    set.add(new Person(1001,"AA"));
    System.out.println(set);//[Person{id=1002,name='AA'}]
    /*
    存放新建的p，先hashCode后和p1是一样的，再equals发现不一样，加到链表上，存放成功
    */
  

五、Map接口

1、Map接口概述

• Map接口继承树

• Map接口：
  • 存储key-value的键值对，类似于数学中的函数
• Map实现类对比

2、面试题

•     HashMap的底层实现原理★★★★★（见下面第四点）
  

•     HashMap和Hashtable的异同
  

•     CurrentHashMap和Hashtable的异同（暂时不学）
  

3、Map结构的理解

• Map中的key：无序的、不可重复的，使用Set存储所有的key ---> key所在的类要重写equals()和hashCode() （以HashMap为例）；当然如果是LinkedHashMap还要实现排序接口

• Map中的value：无序的、可重复的，使用Collection存储所有的value --->value所在的类要重写equals()

• 一个键值对：key-value构成了一个Entry对象。

• Map中的entry：无序的、不可重复的，使用Set存储所有的entry

四、 HashMap的底层实现原理★★★★★（高频面试题）

1、JDK7

• HashMap map = new HashMap()：底层创建一个长度为16的数组Entry[] table。

• map.put(key1,value1)

  • 调用key1所在类的hashCode()方法计算key1的哈希值，用哈希值在计算得到在Entry[]数组中的存放位置
    • 如果此位置为空，添加成功------>情况1
    • 如果此位置不为空，比较key1和已经存在的数据的哈希值
      • 如果key1的哈希值和已经存在的数据的哈希值不同，添加成功------>情况2
      • 如果key1的哈希值和已经存在的某一个数据（key2，value2）的哈希值相同，继续调用key1所在类的equals()方法，传入参数key2进行比较
        • 如果equals()返回值为false，添加成功------>情况3
        • 如果equals()返回值为true，用value1替换value2

• 扩容：（当超出临界值且要添加数据的位置不为空时）默认扩容为原来的2倍，并复制数据到新数组

2、JDK8与JDK7的不同之处

• HashMap map = new HashMap()时，底层没有直接创建数组，而是在首次put()时创建
• 数组是Node[]类型，而非Entry[]类型
• JDK7底层是：数组+链表；而JDK8底层是：数组+链表+红黑树
  • 形成链表时，七上八下（jdk7:新的元素指向旧的元素。jdk8：旧的元素指向新的元素）
  • 当数组的某一个索引位置上的元素以链表形式存在的数据个数 > 8 且当前数组的长度 > 64时，此时此索引位置上的所数据改为使用红黑树存储。

3、LinkedHashMap底层实现原理

static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
    Entry<K,V> before,after;//能够记录添加的元素的先后顺序
    Entry(int hash,K key,V value,Node<K,V> next) {
        super(hash,key,value,next);
    }
}

六、Map接口常用方法

1、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

2、 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

3、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

4、总结常用方法：

• 添加：put(Object key,Object value)
• 删除：remove(Object key)
• 修改：put(Object key,Object value)
• 查询：get(Object key)
• 长度：size()
• 遍历：keySet() / values() / entrySet()

七、Properties

1、配置文件

• 默认存放路径为当前工程下

• 创建配置文件的方式

  • 右键工程名--->new--->File：这时要写上 .properties，如 jdbc.properties
  • 右键工程名--->new--->Resource Bundle：这时秩序写名称就会自动补全后缀

• 存取数据时，建议使用setProperty(String key,String value)方法和 getProperty(String key)方法

八、Collections工具类

1、Collections概述

• Collections是一个操作Set、List、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

2、Collections常用方法

排序操作

• 排序操作都是针对List来讲的，因为Map本身无序，何谈排序
• 返回值都是void，说明对List本身做了修改

查询、替换

• void copy(List dest,List src)中，新List容量不能小于旧List，因此要用 List dest = Arrays.asList(new Object[list.size()]);来创建

3、Collection和Collections的区别（面试题）

（编辑：李大同）

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