集合容器

1. 集合框架体系

Java 集合可分为 Collection 和 Map 两大体系：

• Collection接口：单列数据集合

  • List子接口：用来存储有序的、可以重复的数据（主要用来替换数组，"动态"数组）
    • 实现类：ArrayList、LinkedList、Vector
  • Set子接口：用来存储无序的、不可重复的数据
    • 实现类：HashSet、LinkedHashSet、TreeSet

• Map接口：双列数据集合，存储key->value键值对

  • HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、Hashtable、Properties

图示：集合框架全图

简图1：Collection接口继承树

简图2：Map接口继承树

2. Collection子接口1：List

实现类：

1. ArrayList：“变长数组”，底层通过数组复制实现，顺序存储，查找效率高
2. LinkedList：底层采用链表（双向链表）结构存储数据，对于频繁的插入或删除元素的操作，建议使用LinkedList类
   • 有特别的addFirst和addLast方法，可作为栈结构使用
3. Vector：古老的集合，大多数操作与ArrayList相同，区别之处在于Vector是线程安全的，效率较低，避免使用

即使需要线程安全的集合，也可通过Collections集合工具类方法获取，不要使用Vector集合

3. Collection子接口2：Set

3.1 Set主要实现类：HashSet

3.1.1 HashSet概述

• HashSet 是 Set 接口的主要实现类，大多数时候使用 Set 集合时都使用这个实现类。底层使用HashMap实现，因此具有很好的存储、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() 方法得到的哈希值相等，并且两个对象的 equals() 方法返回值为true。

• 存放在Set容器中的对象，对应的类一定要重写hashCode()和equals(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”。

3.1.2 HashSet中添加元素的过程：

• 第1步：当向 HashSet 集合中存入一个元素时，HashSet 会调用该对象的 hashCode() 方法得到该对象的 hashCode值，然后根据 hashCode值，通过某个散列函数决定该对象在 HashSet 底层数组中的存储位置。

• 第2步：如果要在数组中存储的位置上没有元素，则直接添加成功。

• 第3步：如果要在数组中存储的位置上有元素，则继续比较：

  • 如果两个元素的hashCode值不相等，则添加成功；
  • 如果两个元素的hashCode()值相等，则会继续调用equals()方法：
    • 如果equals()方法结果为false，则添加成功。
    • 如果equals()方法结果为true，则添加失败。

第2步添加成功，元素会保存在底层数组中。

第3步两种添加成功的操作，由于该底层数组的位置已经有元素了，则会通过链表的方式继续链接，存储。

3.1.3 重写 hashCode() 方法的基本原则

• 在程序运行时，同一个对象多次调用 hashCode() 方法应该返回相同的值。
• 当两个对象的 equals() 方法比较返回 true 时，这两个对象的 hashCode() 方法的返回值也应相等。
• 对象中用作 equals() 方法比较的 Field，都应该用来计算 hashCode 值。

注意：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。

3.1.4 重写equals()方法的基本原则

• 重写equals方法的时候一般都需要同时复写hashCode方法。通常参与计算hashCode的对象的属性也应该参与到equals()中进行计算。

• 推荐：开发中直接调用Eclipse/IDEA里的快捷键自动重写equals()和hashCode()方法即可。

  • 为什么用Eclipse/IDEA复写hashCode方法，有31这个数字？

  首先，选择系数的时候要选择尽量大的系数。因为如果计算出来的hash地址越大，所谓的“冲突”就越少，查找起来效率也会提高。（减少冲突）
  
  其次，31只占用5bits,相乘造成数据溢出的概率较小。
  
  再次，31可以 由i*31== (i<<5)-1来表示,现在很多虚拟机里面都有做相关优化。（提高算法效率）
  
  最后，31是一个素数，素数作用就是如果我用一个数字来乘以这个素数，那么最终出来的结果只能被素数本身和被乘数还有1来整除！(减少冲突)

3.2 Set实现类之二：LinkedHashSet

• LinkedHashSet 是 HashSet 的子类，不允许集合元素重复。
• 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添加顺序保存的。
• 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。

3.3 Set实现类之三：TreeSet

• TreeSet 是 SortedSet 接口的实现类，TreeSet 可以按照添加的元素的指定的属性的大小顺序进行遍历。
• 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特点：不允许重复、实现排序（自然排序或定制排序）
• 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。
  • 自然排序：TreeSet 会调用集合元素的 compareTo(Object obj) 方法来比较元素之间的大小关系，然后将集合元素按升序(默认情况)排列。
    • 如果试图把一个对象添加到 TreeSet 时，则该对象的类必须实现 Comparable 接口。
    • 实现 Comparable 的类必须实现 compareTo(Object obj) 方法，两个对象即通过 compareTo(Object obj) 方法的返回值来比较大小。
  • 定制排序：如果元素所属的类没有实现Comparable接口，或不希望按照升序(默认情况)的方式排列元素或希望按照其它属性大小进行排序，则考虑使用定制排序。定制排序，通过Comparator接口来实现。需要重写compare(T o1,T o2)方法。
    • 利用int compare(T o1,T o2)方法，比较o1和o2的大小：如果方法返回正整数，则表示o1大于o2；如果返回0，表示相等；返回负整数，表示o1小于o2。
    • 要实现定制排序，需要将实现Comparator接口的实例作为形参传递给TreeSet的构造器。
• 因为只有相同类的两个实例才会比较大小，所以向 TreeSet 中添加的应该是同一个类的对象。
• 对于 TreeSet 集合而言，它判断两个对象是否相等的唯一标准是：两个对象通过 compareTo(Object obj) 或compare(Object o1,Object o2)方法比较返回值。返回值为0，则认为两个对象相等。

4. Map接口

4.1 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。但常用String类作为Map的“键”

• Map接口的常用实现类：HashMap、LinkedHashMap、TreeMap 和 Properties。其中，HashMap是 Map 接口使用频率最高的实现类

4.2 Map中key-value特点

这里主要以HashMap为例说明。HashMap中存储的key、value的特点如下：

• 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

• key和value构成一个entry。所有的entry彼此之间是无序的、不可重复的

4.3 Map的主要实现类：HashMap

• HashMap是 Map 接口使用频率最高的实现类。
• HashMap是线程不安全的。允许添加 null 键和 null 值。
• 存储数据采用的哈希表结构，底层使用一维数组+单向链表+红黑树进行key-value数据的存储。与HashSet一样，元素的存取顺序不能保证一致。
• HashMap 判断两个key相等的标准是：两个 key 的hashCode值相等，通过 equals() 方法返回 true。
• HashMap 判断两个value相等的标准是：两个 value 通过 equals() 方法返回 true。

4.4 Map实现类之二：LinkedHashMap

• LinkedHashMap 是 HashMap 的子类
• 存储数据采用的哈希表结构+链表结构，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先后顺序，可以保证遍历元素时，与添加的顺序一致。
• 通过哈希表结构可以保证键的唯一、不重复，需要键所在类重写hashCode()方法、equals()方法。

4.5 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，构造器传入一个 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。

4.6 Map实现类之四：Hashtable

• Hashtable是Map接口的古老实现类，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（数组+单向链表），查询速度快。
• 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。
• 与HashMap不同，Hashtable 不允许使用 null 作为 key 或 value。

面试题：Hashtable和HashMap的区别

HashMap:底层是一个哈希表（jdk7:数组+链表;jdk8:数组+链表+红黑树）,是一个线程不安全的集合,执行效率高
Hashtable:底层也是一个哈希表（数组+链表）,是一个线程安全的集合,执行效率低

HashMap集合:可以存储null的键、null的值
Hashtable集合,不能存储null的键、null的值

Hashtable和Vector集合一样,在jdk1.2版本之后被更先进的集合(HashMap,ArrayList)取代了。所以HashMap是Map的主要实现类，Hashtable是Map的古老实现类。

Hashtable的子类Properties（配置文件）依然活跃在历史舞台
Properties集合是一个唯一和IO流相结合的集合

4.7 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 中要求 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

@Test
public void test01() {
    Properties properties = System.getProperties();
    String fileEncoding = properties.getProperty("file.encoding");//当前源文件字符编码
    System.out.println("fileEncoding = " + fileEncoding);
}
@Test
public void test02() {
    Properties properties = new Properties();
    properties.setProperty("user","songhk");
    properties.setProperty("password","123456");
    System.out.println(properties);
}

@Test
public void test03() throws IOException {
    Properties pros = new Properties();
    pros.load(new FileInputStream("jdbc.properties"));
    String user = pros.getProperty("user");
    System.out.println(user);
}

5. Collections工具类

参考操作数组的工具类：Arrays，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（均为static方法）：

排序操作：

• 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

• 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)：根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最小元素
• Object min(Collection，Comparator)：根据 Comparator 指定的顺序，返回给定集合中的最小元素
• int binarySearch(List list,T key)在List集合中查找某个元素的下标，但是List的元素必须是T或T的子类对象，而且必须是可比较大小的，即支持自然排序的。而且集合也事先必须是有序的，否则结果不确定。
• int binarySearch(List list,T key,Comparator c)在List集合中查找某个元素的下标，但是List的元素必须是T或T的子类对象，而且集合也事先必须是按照c比较器规则进行排序过的，否则结果不确定。
• int frequency(Collection c，Object o)：返回指定集合中指定元素的出现次数

复制、替换

• 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
• 提供了多个unmodifiableXxx()方法，该方法返回指定 Xxx的不可修改的视图。

添加

• boolean addAll(Collection c,T… elements)将所有指定元素添加到指定 collection 中。

同步

• 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：