Java详解：单列 | 双列集合

○ 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：

○ 集合的分类：

• 集合可以分为单列集合和双列集合.

单列集合

● Collection接口定义了单列集合共有的方法，其子接口Set和List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：

● 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] 并且不能通过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且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: TreeMap和TreeSet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

    }
}