Java学习笔记集合的使用

在实际的项目中开发过程中，会有很多的对象，如何高效、方便的管理这些对象，是影响程序性能与可维护性的重要环节。在Java语言中为这个问题提供了一套完美的解决方案，也就是接下来要介绍的集合框架。

1.1 集合框架的结构

在这里插入图片描述

从Collection接口继承而来的一般被称为聚焦（有时也被宽泛的称为集合），从Map接口继承来的一般被称为映射。

在Set和Map接口中，都有一个继承自他们的SortedXXX子接口（XXX = Set/Map）

1.2 列表

1.2.1 List（列表）接口

List接口继承自Collection接口，代表列表的功能（角色），其中的元素可以按索引的顺序访问，所以也可以称为有索引的Collection。实现该接口的类均属于Ordered
类型，具有列表的功能，其元素顺序均是按照添加（索引）的先后进行排列的

List接口的常用方法
（略）

与数组一样，列表中的索引是从0开始的，实现了List接口的类也可以被看做可变长度的数组来使用。
List接口中的方法很注重索引。如果开发人员需要对其中每个元素的插入位置进行精准的控制，并且需要根据元素的整数索引访问元素，或搜索列表中的元素，则可以使用实现了该类的接口类。

1.2.2 数组实现列表

ArrayList，是List接口最常用的实现之一。可以向其中添加包括null值在内的所有对象引用型的元素。甚至该对象引用自己也可以作为其中的元素。这样可以方便的搭建一个树状结构的集合。

该类内部类实际上是依赖数组实现的，因此对元素进行随机访问的性能很好，但如果进行大量的插入、删除操作，该类性能很差，

ArrayList中，功能方法大都实现自List接口。

package list;

import java.util.ArrayList;

//一个使用ArrayList的例子
public class Sample1 {
public static void main(String[] args) {

	//创建列表ArrayList对象
	ArrayList al = new ArrayList(); 
	
	//初始化ArrayList中的元素
	for(int i = 0;i<50;i++) {
		al.add(String.valueOf(i));
	}
	//对arrlist进行操作
	for(int i = 60;i<75;i++) {
		al.set(i-45, String.valueOf(i));
	}
	
	//打印ArrayList列表里的内容
	System.out.println("这是ArrayList操作后的结果:");
	System.out.println(al);
	//取出指定元素并进行处理
	Object o = al.get(22);
	String s = (String)o;
	System.out.println("索引为22的元素长度为:"+s.length());

}
}

在这里插入图片描述

将ArrayList中从索引15开始之后长度为15区间内的元素依次设置为数字60~74的字符串，
头文件：java.util.*
在没有使用泛型的情况下，无论放进集合的是什么元素，取出的都是Object类型的引用，
ArrayList中并不真正存放对象，而只是存放对象的引用，所有集合框架中的类都如此

1.3 链接实现列表

指LinkedList类，功能与ArrayList类相同，都是列表List的实现。由于其内部是依赖双链表来实现的，因此具有很好的插入、删除性能。但随机访问元素相对较差。适合用在插入、删除多，元素随机访问少的场合。

package list;

import java.util.LinkedList;

public class Sample2 {

	public static void main(String[] args) {

		//创建列表LinkedList对象
		LinkedList ll = new LinkedList();
		
		//初始化LinkedList对象
		for(int i = 0;i<50;i++) {
			ll.add(String.valueOf(i));
		}
		//对LinkedList进行插入操作
		for(int i = 15;i<30;i++) {
			ll.add(i,String.valueOf(30-i+15));
		}
		//打印LinkedList列表
		System.out.println("这是LinkedList操作后的结果");
		System.out.println(ll);
	}

}

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在LinkedList索引为15的地方插入15个元素，其中内容为30-16的字符串。

1.3.1 依赖性倒置原理

依赖项倒置原理：依赖应尽量在抽象层进行，避免在具体层进行。
在实际开发中的含义就是应该尽量使用接口类型的引用，避免使用具体类型的引用。

package list;

import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
import java.util.Vector;

public class MyClass {

		//声明具体类类型的引用
		public LinkedList firstList = new LinkedList();
	
		//声明具体类类型入口参数的方法
		public void printLinkedList(LinkedList ll) {
			System.out.println(ll);
		}
		//声明接口类型的引用
		public List lastList = new Vector();
		//声明接口类型入口参数的方法
		public void printAllKindsOfList(List l) {
			System.out.println(l);
		}

}

-firstList是具体类类型的引用，在未来如果需要改变为其他类型，则会严重影响依赖他的代码。而LastList是接口类型的引用，在未来如果需要，可以指向任何实现了该接口的类的对象，对外面依赖它的代码没有任何影响。
-printLinkedList()方法的入口参数书具体类型的，只能接收一种类型的参数。而printAllKindsOfList()方法的入口参数是接口类型的，可接收任何实现了该接口类型的引用。灵活性更大。

1.3.2 将数组转换成列表

使用Java类库中Java.util.Arrays类的静态方法asList()

package list;

import java.util.Arrays;
import java.util.List;

public class Sample3 {

	public static void main(String[] args) {
		//创建一维字符串数组对象
		String[] s = {"tom","jerry","lucy","jc"};
		//将一维字符串数组转换为列表
		List l = Arrays.asList(s);
		System.out.println("这是将字符串数组转化为列表后的结果"+l);
	}
}

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1.4 集合

Set接口及其子接口与实现了这些接口的类都可以被称为是集合(Set)

1.4.1 Set接口

Set接口继承自Collection接口，和同样继承自Collection接口的List接口的不同之处在于：

List接口按顺序将对象引用添加进去，对引用指向的对象没有特别的要求，Set接口不允许有重复的元素。
List接口中的元素有顺序，就是添加的顺序，set接口中元素没有顺序，可以按照顺义顺序进行存放。

1.4.2 HashSet接口

HashSet类是Set接口最常用的实现之一。实际上，HashSet存储对象引用是按照哈希策略来实现的。另外，可以向HashSet中添加null值，但只能添加一次。

package list;

import java.util.HashSet;

public class Sample4 {

	public static void main(String[] args) {
		
		HashSet hs = new HashSet();
		
		hs.add(5);
		hs.add(1);
		hs.add(3);
		hs.add(2);
		hs.add(4);
		//移除5
		hs.remove(5);
		//添加1
		hs.add(1);
		//添加null
		hs.add(null);
		//打印
		System.out.println("这时HashSet操作后的结果");
		System.out.println(hs);
	}

}

在这里插入图片描述

HashSet对象并不保证元素的存储数据，相同的元素在Hash对象中只能出现一次，同时HashSet对象中允许存放null值。

1.4.3 equals()与Hashcode()方法重写的作用。

package list;

import java.util.HashSet;

public class Sample5 {

	public static void main(String[] args) {
		//创建空HashSet对象。
		HashSet hs = new HashSet();
		
		//向空HashSet中添加名字为tom的Student对象
		System.out.println("=============================");
		System.out.println("向空HashSet中添加名字为tom的元素");
		hs.add(new Student("tom"));
		System.out.println("此时HashSet里的元素为");
		System.out.println(hs);
		System.out.println("=============================");	
	
		//向空HashSet中添加名字为wjc的Student对象
		System.out.println("=============================");
		System.out.println("向空HashSet中添加名字为wjc的元素");
		hs.add(new Student("wjc"));
		System.out.println("此时HashSet里的元素为");
		System.out.println(hs);
		System.out.println("=============================");	
	
		//向空HashSet中添加名字为wyf的Student对象
		System.out.println("=============================");
		System.out.println("向空HashSet中添加名字为wyf的元素");
		hs.add(new Student("wyf"));
		System.out.println("此时HashSet里的元素为");
		System.out.println(hs);
		System.out.println("=============================");	
		
		//向空HashSet中再次添加名字为wjc的Student对象
		System.out.println("=============================");
		System.out.println("向空HashSet中再次添加名字为wjc的元素");
		hs.add(new Student("wjc"));
		System.out.println("此时HashSet里的元素为");
		System.out.println(hs);
		System.out.println("=============================");	
	}

}

class Student{
	//学生的姓名成员 
	private String name;
	public Student(){}
	public Student(String name) {
		this.name = name;
	}
	//重写toString()方法
	public String toString() {
		//返回属性值的字符串
		return "["+this.name+"]";
	}
	//重写equals()方法
	public boolean equals(Object o) {
		//打印显示调用信息
		System.out.println("调用了"+this.name+"的equals方法，与"+((Student)o).name+"比");
		//测试是否指向同一个对象
		if(this==o) {return true;}
		//测试引用o是否为null
		if(o==null) {return false;}
		//测试o是否同Student的instanceof测试
		if(!(o instanceof Student)) {return false;}
		//将引用类型进行强制转换
		Student s = (Student)o;
		//测试内容是否相同
		if(this.name.equals(s.name)) {return true;}
		else {return false;}
	}
	//重写hashcode()方法
	public int hashCode() {
		//计算哈希码
		int hc = 7*this.name.charAt(0);
		//打印显示调用信息
		System.out.println("调用了"+this.name+"的hashCode方法,哈希码为"+hc);
		return hc;
	}
}

总结
因为采用的存储策略是哈希的，所以每次添加元素，都必须调用hashcode方法；由于有了hashCode与equals方法的约定，不再一只哈希桶中的元素equals一定不会返回true，这就避免了大量无谓的equals比较，提高了执行效率。
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1.4.4 LinkedHashSet

LinkedHashSet类是Ordered的，其采用双链表实现，元素在其中的存储有固定的顺序，也就是插入元素的顺序。其他方法的特性与HashSet类均相同，也就是Set接口。

package list;

import java.util.LinkedHashSet;

public class Sample6 {

       public static void main(String[] args) {

           LinkedHashSet linkedHashSet = new LinkedHashSet();
           linkedHashSet.add(String.valueOf(5));//OK
           linkedHashSet.add(String.valueOf(1));//OK
           linkedHashSet.add(String.valueOf(3));//OK
           linkedHashSet.add(String.valueOf(2));
           linkedHashSet.add(String.valueOf(4));//OK

           linkedHashSet.remove(String.valueOf(5));
           linkedHashSet.add(null);
           
           System.out.println("linkedHashSet=" + linkedHashSet);

       }

}

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元素输出顺序与linkedHashSet中插入元素的先后顺序完全相同

1.5 映射

1.5.1 MAP接口

Map也被称为键/值集合，因为在实现了该接口的集合元素中都是成对出现的，一个被称为键，一个被称为值。键和值都是对象。键对象用来在Map中唯一标识一个值对象。键对象在Map中不能重复出现。

1.5.2 HashMap类

HashMap类是Map接口最常用实现之一。该类通过对键计算哈希码来决定值的存储，不保证键的存储数据。键值允许为null,但只能出现一次。

package list;

import java.util.HashMap;

public class Sample7 {

	public static void main(String[] args) {
		//创建HashMap对象。
		HashMap hm = new HashMap();

		hm.put(Integer.valueOf(97005), "tom");
		hm.put(Integer.valueOf(97003), "Jerry");
		hm.put(Integer.valueOf(97004), "Lucy");
		hm.put(Integer.valueOf(97001), "Smith");
		hm.put(Integer.valueOf(97002), "JC");
		System.out.println("这是HasnMap操作前的结果");
		System.out.println(hm);
		hm.remove(Integer.valueOf(97005));//删除
		hm.put(Integer.valueOf(97002), "David");//替换
		//打印
		System.out.println("这是HasnMap操作后的结果");
		System.out.println(hm);
		//取出指定键对应的值
		Object o = hm.get(97003);
		String s = (String)o;
		System.out.println("键97003对应的值为"+s+"长度为"+s.length());
	}

}

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1.5.3 HashTable类

早起Java遗留下来的，功能特性与HashMap基本上是想听的，不同之处是该类对元素操作的方法是同步方法，在运行的时候可能会损失一些性能。因此，一般使用HashMap

package list;

import java.util.HashMap;
import java.util.Hashtable;

public class Sample8 {

   public static void main(String[] args) {
   	//创建HashMap对象。
   	Hashtable ht = new Hashtable();

   	ht.put(Integer.valueOf(97005), "tom");
   	ht.put(Integer.valueOf(97003), "Jerry");
   	ht.put(Integer.valueOf(97004), "Lucy");
   	ht.put(Integer.valueOf(97001), "Smith");
   	ht.put(Integer.valueOf(97002), "JC");
   	System.out.println("这是Hasntable操作前的结果");
   	System.out.println(ht);
   	
   	//判断HashTable对象中是否存在键位97001的值
   	boolean b = ht.containsKey(97001);
   	System.out.println((b)?"存在":"不存在");
   	
   	ht.put(Integer.valueOf(97002), "David");//替换
   	//打印
   	System.out.println("这是Hasntable操作后的结果");
   	System.out.println(ht);
   	//取出指定键对应的值
   	Object o = ht.get(97003);
   	String s = (String)o;
   	System.out.println("键97003对应的值为"+s+"长度为"+s.length());
   }
}

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1.5.4 LinkedHashMap类

LinkedHashMap类是通过双链表的方式实现的Map，这一点与LinkedHashSet类相同。LinkedHashMap类的基本功能与HashMap基本相同。插入/删除效率略差，遍历效率略高。

package list;

import java.util.LinkedHashMap;

public class Sample9 {

	public static void main(String[] args) {
		//创建LinkedHashMap对象
		LinkedHashMap lhm = new LinkedHashMap();
		lhm.put(Integer.valueOf(97005), "tom");
		lhm.put(Integer.valueOf(97003), "Jerry");
		lhm.put(Integer.valueOf(97004), "Lucy");
		System.out.println("这是LinkedHashMap操作前的结果");
		System.out.println(lhm);

		lhm.put(Integer.valueOf(97003), "David");//替换
		
		//对象中是否存在键位97001的值
		boolean b = lhm.containsValue("Jerry");
		System.out.println((b)?"存在":"不存在");
		
		System.out.println("这是LinkedHashMap操作后的结果");
		System.out.println(lhm);
		
	}

}

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1.6 集合元素的常用操作

在实际开发过程中，经常要对集合中的元素进行排序、搜索等操作，为了简化开发，java中提供了一个java.util.Collections类。
Collections是一个工具类。提供的功能方法是静态方法。

1.6.1 元素排序

sort() 方法主要有如下两种重载形式。


void sort(List list)：根据元素的自然顺序对集合中的元素进行升序排序。
void sort(List list,Comparator comparator)：按 comparator 参数指定的排序方式对集合中的元素进行排序。

package list;

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

public class Sample10 {
	public static void main(String[] args) {
		//创建ArrayList对象
		ArrayList al = new ArrayList();
		//为ArrayList初始化随机整数
		for(int i = 0 ;i<50;i++) {
			al.add(Integer.valueOf((int)(Math.random()*100)));
		}
		System.out.println("这是ArrayList排序前的结果");
		System.out.println(al);
		Collections.sort(al);
		System.out.println("这是ArrayList排序后的结果");
		System.out.println(al);
		//使用比较器进行排序
		Collections.sort(al,new MyComparator());
		System.out.println("这是使用比较器排序之后ArrayList中的元素");
		System.out.println(al);
	}
}
class MyComparator implements Comparator{

	@Override
	public int compare(Object o1, Object o2) {
		// TODO Auto-generated method stub
		Integer i1 = (Integer)o1;
		Integer i2 = (Integer)o2;
		return i2.intValue() - i1.intValue();
	}	
}

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1.6.2 搜索特定的元素

package list;

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

public class Sample11 {
	public static void main(String[] args) {
		ArrayList al = new ArrayList();
		//为ArrayList初始化随机整数
		for(int i = 0 ;i<50;i++) {
			al.add(Integer.valueOf((int)(Math.random()*100)));
		}
		Collections.sort(al);
		//查找指定元素
		int index = Collections.binarySearch(al, Integer.valueOf(20));
		if(index<0) {
			System.out.println("没有找到打印的结果");
		}else {
			System.out.println("找到了元素，索引是"+index);
			for(int i = 0;i<al.size();i++) {
				if(i==index) {
					System.out.print("["+al.get(i)+"]");
				}else {
					System.out.print(al.get(i)+",");
				}
			}
		}
	}
}

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1.7 技术解惑

1.7.1 ArrayList为什么是线程不安全的

ArrayList在添加一个元素的时候，可能会通过两步来完成
（1）在Items[Size]的位置存放此元素。
(2) 增大size的值。
在单线程情况下，如果Size = 0，那么添加一个元素后，此元素位置在0，而且size = 1
而在多线程运行的情况下，比如有两个线程，线程A先将元素存放在位置0，但此时CPU调度线程A，线程A暂停运行，线程B得到运行的机会。线程B也向此ArrayList添加元素。因为此时Size仍然等于0（添加一个元素需要两个步骤，而线程A仅仅完成了第一步），所以线程B也将元素存放在位置0.然后线程A和线程B都继续运行，都增加size的值。此时，ArrayList中元素只有一个存放在位置0，但Size却等于2.这就是线程不安全、

1.7.2 使用LinkedList来模拟一个堆栈或者队列数据结构

堆栈：先进后出 ,First In Lat Out,FILO
队列：先进先出 First In First Out,FIFO

public class QUEUE{
	private LinkedList link;
	public Queue(){
	link = new LinkedList();
}
public void push(Object obj){
link.addLast(obj);
}
public Object pop(){
	return link.removeFirst();
}
public boolean isEmpty(){
return link.isEmpty();
}


}