java中集合List，Set，Queue，Map

news2024/12/23 22:49:25

Java SE中的集合框架是一组用于存储和操作对象的类和接口。它提供了丰富的数据结构，可以用于解决各种问题。Java SE中的集合框架包含以下主要类和接口：
在这里插入图片描述

一. Collection接口：

是集合框架的根接口，它定义了一些通用的集合操作方法，比如添加、删除、查找、遍历等。
作为集合框架的根接口，Collection接口定义了一些通用的集合操作方法，下面举例说明这些方法的用法：

1.添加元素：使用add()方法将指定的元素添加到集合中。

Collection<String> collection = new ArrayList<>();
collection.add("apple");
collection.add("banana");
  1. 删除元素：使用remove()方法从集合中删除指定的元素。
collection.remove("apple");
  1. 查找元素：使用contains()方法判断集合中是否包含指定的元素。
boolean containsApple = collection.contains("apple");
  1. 遍历集合：使用迭代器（iterator()方法）或者增强for循环（foreach）来遍历集合中的元素。
Iterator<String> iterator = collection.iterator();
while(iterator.hasNext()){
    String element = iterator.next();
    System.out.println(element);
}

for(String element : collection){
    System.out.println(element);
}
  1. 获取集合大小：使用size()方法获取集合中的元素个数。
int size = collection.size();
  1. 判断集合是否为空：使用isEmpty()方法判断集合是否为空。
boolean isEmpty = collection.isEmpty();
  1. 清空集合：使用clear()方法清空集合中的所有元素。
collection.clear();

需要注意的是，Collection接口中的方法都是抽象方法，具体的实现在其子类中完成。

二. List接口：

List接口是Collection接口的子接口，表示一个有序集合，可以包含重复元素。List接口的常见实现类有：

ArrayList：基于动态数组实现，支持随机访问，插入和删除元素的效率较低。
LinkedList：基于双向链表实现，支持快速插入和删除元素，但访问元素的效率较低。
Vector：基于动态数组实现，与ArrayList类似，但线程安全，不推荐使用。
Stack：基于Vector实现，表示一个后进先出（LIFO）的堆栈结构。
CopyOnWriteArrayList：基于数组实现，可以在迭代的同时进行插入和删除操作，适用于读多写少的场景。
除了这些常见的实现类之外，还可以通过继承AbstractList类或实现List接口来创建自定义的List实现类。下面举例说明List接口的用法：

  1. 创建List集合并添加元素：
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("apple");
list.add("banana");
list.add("apple"); //可以添加重复元素
  1. 获取元素：
String firstElement = list.get(0); //获取索引为0的元素
  1. 修改元素：
list.set(0, "orange"); //将索引为0的元素修改为"orange"
  1. 删除元素：
list.remove("apple"); //删除指定元素
list.remove(0); //删除索引为0的元素
  1. 查找元素：
boolean containsApple = list.contains("apple"); //判断集合中是否包含"apple"
int index = list.indexOf("banana"); //查找元素"banana"的索引
  1. 获取集合大小：
int size = list.size(); //获取集合的大小
  1. 遍历集合：
for(String element : list){
    System.out.println(element);
}

Iterator<String> iterator = list.iterator();
while(iterator.hasNext()){
    String element = iterator.next();
    System.out.println(element);
}

需要注意的是，List接口是有序的，可以通过索引访问元素。同时，List接口中也继承了Collection接口中的方法，可以使用Collection接口中的通用方法对List进行操作。

三. Set接口：

Set接口是Collection接口的子接口，表示一个无序、不重复的集合。Set接口的常见实现类有：

  1. HashSet：基于哈希表实现，不保证元素的顺序，可以存储null元素。
  2. TreeSet：基于红黑树实现，保证元素的有序性，不允许存储null元素。
  3. LinkedHashSet：基于哈希表和链表实现，保证元素的插入顺序，允许存储null元素。
  4. EnumSet：专门用于存储枚举类型的集合。
  5. CopyOnWriteArraySet：基于数组实现，可以在迭代的同时进行插入和删除操作，适用于读多写少的场景。

除了这些常见的实现类之外，还可以通过继承AbstractSet类或实现Set接口来创建自定义的Set实现类。下面举例说明Set接口的用法：

  1. 创建Set集合并添加元素：
Set<String> set = new HashSet<>();
set.add("apple");
set.add("banana");
set.add("apple"); //不会添加重复元素
  1. 查找元素：
boolean containsApple = set.contains("apple"); //判断集合中是否包含"apple"
  1. 删除元素：
set.remove("apple"); //删除指定元素
  1. 获取集合大小：
int size = set.size(); //获取集合的大小
  1. 遍历集合：
for(String element : set){
    System.out.println(element);
}

Iterator<String> iterator = set.iterator();
while(iterator.hasNext()){
    String element = iterator.next();
    System.out.println(element);
}

需要注意的是，Set接口是无序的，不保证元素的存储顺序。同时，Set接口中也继承了Collection接口中的方法，可以使用Collection接口中的通用方法对Set进行操作。另外，TreeSet是Set接口的有序实现类，它会按照元素的自然顺序进行排序。

四. Map接口：

Map接口是用于存储键值对的集合，它是集合框架中的一部分。Map接口的常见实现类有：

  1. HashMap：基于哈希表实现，不保证键值对的顺序，可以存储null键和null值。
  2. TreeMap：基于红黑树实现，保证键值对的有序性，不允许存储null键，但可以存储null值。
  3. LinkedHashMap：基于哈希表和链表实现，保证键值对的插入顺序，允许存储null键和null值。
  4. Hashtable：基于哈希表实现，保证键值对的同步访问，不保证键值对的顺序，不允许存储null键和null值。
  5. ConcurrentHashMap：基于哈希表和分段锁实现，并发安全的Map，允许并发地进行读写操作。
  6. EnumMap：专门用于存储枚举类型作为键的集合。

除了这些常见的实现类之外，还可以通过继承AbstractMap类或实现Map接口来创建自定义的Map实现类。下面举例说明Map接口的用法：

  1. 创建Map并添加键值对：
Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
map.put("apple", 1);
map.put("banana", 2);
map.put("orange", 3);
  1. 获取键对应的值：
int appleValue = map.get("apple"); //获取键"apple"对应的值
  1. 判断是否包含键：
boolean containsKey = map.containsKey("apple"); //判断是否包含键"apple"
  1. 判断是否包含值：
boolean containsValue = map.containsValue(1); //判断是否包含值1
  1. 删除键值对：
map.remove("apple"); //删除键"apple"对应的键值对
  1. 遍历键值对：
for(Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()){
    String key = entry.getKey();
    Integer value = entry.getValue();
    System.out.println(key + " : " + value);
}

Iterator<Map.Entry<String, Integer>> iterator = map.entrySet().iterator();
while(iterator.hasNext()){
    Map.Entry<String, Integer> entry = iterator.next();
    String key = entry.getKey();
    Integer value = entry.getValue();
    System.out.println(key + " : " + value);
}

需要注意的是，Map接口中的键是唯一的，不允许重复，如果重复添加相同的键，后面的值会覆盖前面的值。另外，LinkedHashMap是Map接口的有序实现类，它会根据元素的插入顺序进行排序。

五. Queue接口：

Queue接口是集合框架中用于表示队列的接口，它继承自Collection接口。Queue接口支持元素的插入和移除操作，Queue接口的常见实现类有：

  1. LinkedList：基于双向链表实现的队列，可以作为Queue接口的实现类。

  2. ArrayDeque：基于数组实现的双端队列，也可以作为Queue接口的实现类。

  3. PriorityQueue：基于优先级堆实现的队列，可以根据元素的优先级进行插入和删除操作。注意，它不是严格意义上的队列，因为删除元素时不一定按照插入的顺序进行。

  4. ConcurrentLinkedQueue：线程安全的非阻塞队列，基于链表实现，支持多线程并发操作。
    除了这些常见的实现类之外，还可以通过继承AbstractQueue类或实现Queue接口来创建自定义的Queue实现类。下面举例说明Queue接口的用法：

  5. 创建Queue并添加元素：

Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
queue.offer(1); //插入元素1
queue.offer(2); //插入元素2
queue.offer(3); //插入元素3
  1. 获取并移除队列的头部元素：
int head = queue.poll(); //获取并移除队列的头部元素，此时head的值为1
  1. 获取但不移除队列的头部元素：
int head = queue.peek(); //获取但不移除队列的头部元素，此时head的值为2
  1. 判断队列是否为空：
boolean isEmpty = queue.isEmpty(); //判断队列是否为空，此时isEmpty的值为false
  1. 获取队列的大小：
int size = queue.size(); //获取队列的大小，此时size的值为2

需要注意的是，LinkedList实现了Deque接口，因此可以被当作双端队列使用。PriorityQueue是一个基于优先级堆的无界优先级队列，它根据元素的自然顺序或者指定的Comparator进行排序。

六. Stack类：

Stack类是Java中表示后进先出（LIFO）的堆栈的类，它继承自Vector类，实现了栈的基本操作。下面举例说明Stack类的用法：

  1. 创建Stack对象并添加元素：
Stack<Integer> stack = new Stack<>();
stack.push(1); //将元素1推入栈顶
stack.push(2); //将元素2推入栈顶
stack.push(3); //将元素3推入栈顶
  1. 获取并移除栈顶元素：
int top = stack.pop(); //获取并移除栈顶元素，此时top的值为3
  1. 获取但不移除栈顶元素：
int top = stack.peek(); //获取但不移除栈顶元素，此时top的值为2
  1. 判断栈是否为空：
boolean isEmpty = stack.isEmpty(); //判断栈是否为空，此时isEmpty的值为false
  1. 获取栈的大小：
int size = stack.size(); //获取栈的大小，此时size的值为2

需要注意的是，Stack类是线程安全的，但因为它继承自Vector类，所以性能上可能不如使用LinkedList实现的双端队列。因此，如果只需要使用栈的功能，推荐使用Deque接口的实现类LinkedList来代替Stack类。

七. Iterator接口：

用于迭代访问集合中的元素。
Iterator接口是Java中用于迭代访问集合中元素的接口，通过它可以依次访问集合中的每个元素。下面举例说明Iterator接口的用法：

  1. 创建Iterator对象并遍历集合：
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("apple");
list.add("banana");
list.add("orange");

Iterator<String> iterator = list.iterator(); //获取Iterator对象

while (iterator.hasNext()) { //判断是否还有下一个元素
    String element = iterator.next(); //获取下一个元素
    System.out.println(element);
}

输出结果：

apple
banana
orange
  1. 在遍历过程中删除元素：
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("apple");
list.add("banana");
list.add("orange");

Iterator<String> iterator = list.iterator(); //获取Iterator对象

while (iterator.hasNext()) {
    String element = iterator.next();
    if (element.equals("banana")) {
        iterator.remove(); //删除当前元素
    }
}

System.out.println(list);

输出结果：

[apple, orange]

需要注意的是，Iterator接口的迭代器是单向的，只能从前往后遍历，而且在遍历过程中不能修改集合的结构（除了使用Iterator的remove方法）。

Java SE中的集合框架提供了丰富的方法和工具类，可以方便地对集合进行操作和处理。它提供了高性能的数据结构，可以应对不同的应用场景和需求。

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