Java详解:单列 | 双列集合 | Collections类

news2024/11/23 12:36:33

前言:

  • 在开发实践中,我们需要一些能够动态增长长度的容器来保存我们的数据,java中为了解决数据存储单一的情况,java中就提供了不同结构的集合类,可以让我们根据不同的场景进行数据存储的选择,如Java中提供了 数组实现的集合链表实现的集合哈希结构,树结构等。

                                         体系图


○ Java中的集合体系如图:

4eb99290537048db9fd3dbe83f6c0ffc.png


○ 集合的分类:

•  集合可以分为单列集合双列集合.

                                      单列集合

Collection接口定义了单列集合共有的方法,其子接口SetList分别定义了存储方式。

List接口继承了Collection接口,有三个实现的类,分别是:ArrayList (数组列表) |  LinkedList    

  (链表列表) | Vector 数组列表 (且线程安全).

Set接口继承了Collection接口,有两个实现的类,分别是:HashSet | TreeSet .

○ 区别:

•  List:可以有重复元素      •  Set:不可以有重复元素


                                  List 接口的实现类

● ArrayList      

•  底层有一个数组,可以动态扩展数组长度 ; 查询快,在中间增加 / 删除慢.(特点)

•  常用方法:

ArrayList<String> s=new ArrayList<>();
        s.add("a");
        s.add("b");
        s.add("c");
        s.add("d");
        System.out.println(s.get(2));//根据索引得到指定位置的元素
        s.remove(0);//删除并返回指定位置的元素
        System.out.println(s);
        s.set(0,"X");//替换指定元素并返回数组
        System.out.println(s);
        s.size();
        System.out.println(s.size());//返回实际元素个数
        s.addFirst("X");
        s.addLast("X");
        

● LinkedList  

•  底层是一个链表结构 ; 查询慢,但增加 / 删除元素快(特点)

 我们发现ArrayList和LinkedList的特点正好相反,原因如图:

6a738614c6464488aeff04a6254f67c0.png

● Vector    

•  和ArrayList一样,底层也是数组实现,不同的是Vector的方法默认加了锁,线程是安全的。     


                                   Set 接口及实现类 

 特点:

•  Set中所储存的元素是不重复的,无序的,且Set中的元素没有索引

•  由于Set中元素无索引,所有其实现类中没有get() [通过索引获取指定位置元素] 且不能通过for     循环进行遍历。

● HashSet

•  HashSet 是一个不允许有重复元素的集合,是无序的,不是线程安全的。

 public static void main(String[] args) {
        HashSet set =new HashSet<>();
        set.add("a");
        set.add("a");
        set.add("b");
        set.add("c");    //元素是不重复的
        System.out.println(set);//输出:[a,b,c]

        HashSet set1 =new HashSet<>();
        set1.add("c");
        set1.add("s");
        set1.add("x");
        set1.add("d");    //元素是无序的
        System.out.println(set1);//输出:[c,s,d,x]

    }

 HashSet在添加元素时,是如何判断元素重复的?     (面试高频题)

  • 在底层会先调用hashCode(),注意,Object中的hashCode()返回的是对象的地址,此时并不会调用;此时调用的是类中重写的hashCode(),返回的是根据内容计算的哈希值,遍历时,会用哈希值先比较是否相等,会提高比较的效率;但哈希值会存在问题:内容不同,哈希值相同;这种情况下再调equals比较内容,这样既保证效率又确保安全。

● TreeSet

•  TreeSet可以根据值进行排序,底层使用了树形结构,树结构本身就是有序的。

 TreeSet<Integer> treeSet =new TreeSet<>();
        treeSet.add(2);
        treeSet.add(1);
        treeSet.add(4);
        treeSet.add(4);
        treeSet.add(3);
        System.out.println(treeSet);//输出[1,2,3,4]

 向树形结构中添加元素时,如何判断元素大小以及元素是否重复?

•  向TreeSet中添加的元素类型必须实现Comparable接口,重写compareTo() ; 每次添加元素时,调     用compareTo()进行元素大小判断  (小于0放左子结点,等于0表示重复,大于0放右子节点)

 TreeSet集合的遍历只能通过 增强for循环 和 迭代器(Iterator) 遍历.  (元素没有索引)


                                   双列集合

特点: 

○ 数据存储是以 ( 键,值 ) 形式存储     

键不能重复,值可以重复

○ 通过键找到值,一个键只能映射到一个值。

○ 键和值被称为键值对,java中叫Entry对象

                                 Map接口的实现类

● HashMap

○ HashMap中的键是无序的

       //可以存储两组值(键K,值V)
        HashMap<String,String> map =new HashMap<>();
        map.put("a","aa");     //put() 向map中添加一组键 值对
        map.put("w","ww");
        map.put("c","cc");
        map.put("s","ss");
        map.put("a","aaa");    /* 替代之前的键a */
        System.out.println(map); //键是无序的

  输出:{a=aaa, c=cc, s=ss, w=ww} 

○ 常用方法:

 ○ 代码实现:

        //常用方法
        HashMap<String,String> map =new HashMap<>();
        map.put("a","aa");     //put() 向map中添加一组键 值对
        map.remove("a");  //删除指的的键,返回对应的值
        map.clear();     //清空键值对
        map.isEmpty();   //判断键值对的个数是否为空
        map.containsKey("a");    //是否含对应键
        map.containsValue("aaa");//是否含对应值
        map.get("s");    //传键返值
        map.size();      //有几组键值对

HashMap底层存储数据的结构 :   (面试高频题)

○ 底层使用了一个长度默认为16的哈希数组,用来确定元素的位置,每次用key计算出哈希值,再     用哈希值%数组长度确定元素位置,将元素放在哈希表中指定的位置。

○ 后来继续添加元素,如果出现位置相同且不重复的元素,那么将后来元素添加到之前元素的next     节点。

○ 当链表长度等于8哈希数组的长度大于64时链表会自动转为红黑树

补充: 哈希表负载因子为0.75 , 当哈希表使用数组的0.75倍时会自动扩容为原来数组长的2倍。

● TreeMap

○ 底层使用树形结构存储键值

○ 键可以排序

键元素类型必须实现Comparable接口,重写compareTo()

注意: TreeMapTreeSet一样,底层都是红黑树结构

● Hashtable

 ○ 底层实现也是用到key的哈希值计算位置判断元素是否重复。

 ○ 方法上都添加了synchronized,线程是安全的

HashMap和Hashtable的区别:

●  Hashtable中不能存储为null的键和为null值,但HashMap中可以。

        HashMap<Integer,String> map =new HashMap<>();
        map.put(1,"a");
        map.put(2,null);
        map.put(null,null);
        System.out.println(map); //输出:{null=null, 1=a, 2=null}

        Hashtable<String,String> table =new Hashtable<>();
        table.put(null,"a");     //报错      
        System.out.println(table);

                                Collections类 

概述:Collections是集合类的工具类,与数组的工具类Arrays类似.

常用方法:

1. sort(Comparator<? super E>):void List

对集合中的元素排序。

2.reverse(List<?>):void

反转集合中的元素。

3.shuffle(List<?>):void

打乱元素中的元素。

4.fill(List<? super T>,T):void

用T元素替换掉集合中的所有的元素。

5.copy(List<? super T>,List<? extend T>):void

复制并覆盖相应索引的元素

6.swap(List<?>,int,int):void

交换集合中指定元素索引的位置.

7.replaceAll(List,T,T):boolean

替换成指定的元素。

代码演示: 

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Comparator;

public class collections {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> list =new ArrayList<>();
        list.add(1);
        list.add(2);
        /* addAll(Collection<? super T> c, T... elements); */
        Collections.addAll(list,3,4,5,6);//将指定的可变长度参数添加到指定集合中
        System.out.println(list);

        Collections.sort(list);        //排序(默认升序)
        System.out.println("升序:"+list);

        //Collections.binarySearch() 二分查找
        System.out.println(Collections.binarySearch(list,5));//二分查找

        //创建了一个实现Comparator接口的匿名内部类对象,省去了创建一个类简化语法
        Collections.sort(list, new Comparator<Integer>() {
            @Override
            public int compare(Integer o1, Integer o2) {
                return o2.intValue()- o1.intValue();  //降序
            }
        });
        System.out.println("降序:"+list);

        ArrayList<Integer> list1 =new ArrayList<>();
        Collections.addAll(list1,1,2,3,4);
        Collections.fill(list1,5);
        System.out.println(list1);
        Collections.replaceAll(list1,5,6);
        // Collections.swap(list,0,1);//交换指定位置上元素
        //System.out.println(list);  // 2134
        //copy(list2,list1) 集合复制    目标集合size > 原集合size
        //fill(list,v)用指定的值填充集合
        //max / min
        //replaceAll
        //reverse    逆序
        //Collections.shuffle(list);  随机排序

    }
}

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