集合复习（java)

文章目录

Collection 接口
- Collection结构图
- Collection接口中的方法
- Iterator 与 Iterable 接口
- Collection集合遍历方式
- - 迭代器遍历
  - 增强 for 遍历
- List（线性表）
- - List特有方法
  - ArrayList（可变数组）
  - - ArrayList 底层原理
    - ArrayList 底层原理总结
  - Vector（线程安全的可变数组）
  - - Vector 底层原理
  - Vector 和 ArrayList 比较
  - LinkedList（双向链表）
  - - LinkList 特有的方法
    - LinkList 底层原理
- Set
- - HashSet（哈希表）
  - - HashSet 底层原理
    - HashSet 添加和寻找原理
    - 重写 hashCode() 和 equals() 问题
    - LinkedHashSet
    - TreeSet (二叉树）
    - - 两种比较使用
      - TreeSet 去重机制：
Map接口
- Map接口图
- Map接口中的方法
- Map集合遍历方式
- - 利用 KeySet：查找 Key 是否存在
  - 利用 Collection value：获取所有的 Value
  - 利用 entrySet：获取 K-V
- HashMap（哈希表）
- - HashMap特点
- HashTable
- - HashTable特点
- hashtabl 和 hashmap 的区别
- LinkedHashMap
- Properties
- Properties常用方法
- TreeMap
Collection 工具类

Collection 接口

Collection结构图

这里直接放动力节点的图了
在这里插入图片描述

虚线是实现，实线是继承

Collection接口中的方法

boolean add(Object o)：在集合末尾添加元素

boolean addAll(Collection c)：把另一个集合添加到这个集合

boolean remove(Object o)：删除集合中和 o 一样的元素，有就返回 >true 没有 false

boolean removeAll (Collection c)：从此集合中删除另一个集合在此集合中有的元素

boolean contains(Object o)：判断集合是否包含此元素

boolean containsAll (Collection c)：判断另一个集合的元素是否都在此集合中

boolean isEmpty()：判断集合是否为空

int size()：返回集合内元素个数

object[] toArray：返回一个包含本类所有集合的数组

void clear()：清空集合内元素

Iterator iterator()：返回一个迭代器【因为继承了 iterable 然后又实现了 iterator，触发 iterator 多态】

contain remove 底层用 equals 判断

public class T {
    public static void main(String[] args) {
       Collection collection = new ArrayList();

       //s1 和  s2 地址不一样，s1 加入 collection
       String s1 = new String("abc");
       collection.add(s1);
       String s2 = new String("abc");

       //这里 s2 没有加入 s1 但是返回 true 因为底层调用的是 equals
        // String 重写了 equals 比较的是内容所以返回 ture;
        System.out.println(collection.contains(s2));
    }
}

Iterator 与 Iterable 接口

Collection 接口 继承了 Iterable 接口，所以有 Iterator() 方法，调用 Iterator() 方法返回一个 Iterator 类型的迭代器，而 Collection 又实现了 Iterator 接口，然后用 Iterator 类型的变量 接收 Iterator 方法返回的迭代器，就能触发多态 使用 Iterator 里的方法

public class T {
    public static void main(String[] args) {
        Collection c = new ArrayList<>();
        
        //Collection 继承了 Iterable 所以可以使用 Iterable 中的 iterator()
        //返回一个 Iterator 类型的变量
        //Collection 又实现了 Iterator，那肯定重写了方法，这里触发多态
        Iterator iterator = c.iterator();
        iterator.hasNext();
        iterator.next();

    }
}

注意点：

注意迭代器最初并没有指向第一个元素
当集合的结构发生改变时，迭代器必须重写获取，用老的迭代器会出现ConcurrentModificationException异常

public class T {
    public static void main(String[] args) {
       Collection c1 = new ArrayList();
       c1.add(100);
       c1.add(200);
       c1.add(300);

       Iterator iterator = c1.iterator();
       while (iterator.hasNext()) {
           Object o = iterator.next();
           //删除元素集合结构发生改变抛出ConcurrentModificationException异常
           //c1.remove(o);
           //使用迭代器删除: 删除指向的这个元素，并更新迭代器
           iterator.remove();
           System.out.println(o);
       }
        System.out.println(c1.size());


    }
}

Collection集合遍历方式

迭代器遍历

IDEA 可以用 itit快捷键快速创建迭代器

public class test {
    public static  void main(String[] args) {

        Collection<Integer> collection = new ArrayList<>();

        collection.add(1);
        collection.add(2);
        collection.add(3);
        collection.add(4);
        collection.add(5);

        Iterator<Integer> iterator = collection.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Integer num =  iterator.next();
            System.out.println(num);
        }
    }
}

增强 for 遍历

public class test {
    public static  void main(String[] args) {

        Collection<Integer> collection = new ArrayList<>();

        collection.add(1);
        collection.add(2);
        collection.add(3);
        collection.add(4);
        collection.add(5);

        for (Integer num : collection) {
            System.out.println(num);
        }
    }
}

List（线性表）

特点

添加顺序和取出顺序一致

可以插入重复的元素

List 容器中的元素都对应一个整数型的序号记载其在容器中的位置，可以根据序号存取容器中的元素

List特有方法

void add(int index, Object element)：在特定下标插入元素

Object remove(int index)：删除特定下标元素

Object set(int index, Object element)：修改特定下标的值，返回修改前的值

Object get(int index)：返回此下标的位置的元素

int indexOf(Object o)：返回 o 在集合中第一次出现的索引，没找到返回 -1

int lastIndexOf(Object o)：返回 o 在集合中最后一次出现的索引

List subList(int fromIndex, int toIndex)：截取集合返回List，左闭右开

public class test {
    public static  void main(String[] args) {

        List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();

        //add 在特定位置插入元素
        list.add(0, 1);
        list.add(1, 2);
        list.add(2, 3);

        //remove 删除特定下标元素
        //删掉 0下标 元素，后面元素前移
        list.remove(0);

        //set 修改特定下标的值
        //把 0下标 改为 1
        list.set(0, 1);

        //get 返回此下标元素
        //返回 1
        System.out.println(list.get(0));

        //indexOf 返回元素第一次出现的索引
        //下标为 0 找到 1
        System.out.println(list.indexOf(1));

        //lastIndex 返回最后一次出现的索引
        // 1 只出现了一次还是返回 1
        System.out.println(list.lastIndexOf(1));

        //subList 截取集合，左闭右开
        //截取 list 结合 [0, 2] 返回 一个 list 对象
        List<Integer> list2 = list.subList(0, 2);
        
    }
}

ArrayList（可变数组）

可以加入 null
底层是非线程安全的 Object[] 数组
因为是数组所以，查询效率高，随机增删效率低

ArrayList 底层原理

维护了一个 Object 类型的数组 transient Object[] elementData;
如果使用无参构造，则初始elementData 容量为 0，第一次添加则扩容 elementData 为 10，后面扩容都是扩容 1.5倍

第一次无参构造添加刨析
先观察一下基本的元素
在这里插入图片描述

第一步：进入无参构造，默认是 ElEMENTDATA，这个数组默认为空，前面观察过

第二步：如果是基本数据类型，要先装箱

第三步：开始添加，先进如第一个函数确保空间足够

这里传入的 size + 1 = 1; 前面我们观察过 size 默认为0

第五步：进入函数，当元素为空，那就直接给 10

这里 DEFAULTACAPCITY这个数组是空，DEFAULT_CAPACITY这个元素是 10 ，之前观察过

第六步：这时候我们的 minCapacity 变成 10了，正式进入扩容，如果minCapacity > elementData.length 就开始扩容

在这里插入图片描述

此时 10 - 0 > 0 开始走 grow

第七步：grow 扩容

第一次添加时数组还是空的，所以 oldCapacity 是 0 ,所以 new Capacity 也是 0 , minCapacity 从前面知道是 10, 0 - 10 < 0 直接 newCapacity = 10；最后 elementData 利用 copyof 扩容出十个元素

在这里插入图片描述

这里 oldCapacity >> 1 就是 oldCapacity 的一半

有参构造情况

除了构造这里不一样，其他地方和无参构造完全一样

initialCapacity 就是传进来的数，因为有数了后面 grow 里的 oldCapacity + （oldCapacity >> 1) 就有数可以扩容了，所以需要扩容时直接就扩容 1.5 倍

在这里插入图片描述

ArrayList 底层原理总结

第一次开始默认是 0 ，所以 oldCapacity + （oldCapacity >> 1) 是 0，直接把 10 给 newCapacity，扩容为10

第二次开始，有了前面的 10 了所以 oldCapacity + （oldCCapacity >> 1) 开始扩容 1.5倍。

Vector（线程安全的可变数组）

线程安全
底层是可变数组
因为是数组所以，查询效率高，随机增删效率低

Vector 底层原理

如果是无参构造，默认10，满了就按 2 倍扩容
如果是有参构造，满了直接 2 倍扩容

第一次无参构造扩容刨析

第一步：调用构造器

第一层this 里面传个 10 跳到
有参构造，把 10 和 0继续跳到下一层
另一个有参构造，此时initwialCapacity = 10，elementData = new Object[initialCapacity]，所以这里是初始容量为 10

在这里插入图片描述

第二步：开始添加元素

确保元素够不够，不够就扩容，因为构造时已经是 10 了所以不用扩容了。

在这里插入图片描述

满后开始扩容的算法

newCapacity = oldCapacity + ((CapacityIncrement > 0) ? capacityIncrement : oldCapacity)；这里的 capacityincrement 构造完肯定是大于 0 的所以扩容直接双倍oldCapacity，也就是两倍扩容

请添加图片描述

Vector 和 ArrayList 比较

两者都是可变数组

Arraylist：线程不安全，所以效率比 Vector 高，无参构造，第一次扩容为10，后面开始 1.5 倍，有参构造直接 1.5倍扩容

Vector：线程安全，所以效率比 ArrayLIst 低，无参构造默认为10，满了之后后面按 1.5 倍扩容，如果是有参构造，每次直接 2 被扩容

Arraylist 的无参构造时，默认空数组，add时才开始扩容，而 Vector 是构造的时候直接就扩容了

LinkedList（双向链表）

可以添加任意元素，包括null
线程不安全
因为是链表所以，增删效率高，改查效率低

LinkList 特有的方法

头插和尾插：addFirst()，addLast()
头删和尾删：removeFirst(), removeLast()
头取和尾取：getFirst()，getLast()

LinkList 底层原理

类中维护了两个属性 first 和 last 分别指向首节点和尾节点
每个节点（Node对象），里面又维护了 prew, next, item 三个属性，其中通过 prev 指向前一个节点，next 指向后一个节点

请添加图片描述

底层添加元素刨析
先观察一下基本元素
在这里插入图片描述

增加节点

l 指向最后一个元素，创建一个新节点，然后，last 指向这个新创建节点，如果 l 指向的元素 last 是 null ，那 first 就指向这个新创建的节点，如果 l 不是空，那就然后 l 的后一个元素指向新的节点（新节点弄到链表最后）

在这里插入图片描述

new 出来的 Node 节点底层
在这里插入图片描述

删除节点

f 指向第一个元素先，如果没有第一个元素抛出异常，有的话进 unlinkFirst函数

在这里插入图片描述

element 放第一个节点的元素
用 f 把第一个节点的 next 和元素变 null，然后 first 指向第二个元素，然后判断，第二个元素是不是空，是的话 last 也空，不是的话第二个元素的 prev 断掉，最后返回删掉的元素
头删法

在这里插入图片描述

Set

添加和取出的顺序不一致，不可以通过索引获取元素
不允许重复元素，所以最后一个 null
取出的顺序虽然不是添加顺序，但他是固定的，比如取出十次还是这个顺序

HashSet（哈希表）

底层是 Hashmap
可以存放 null，但只能有一个
不能有重复元素
线程不安全

HashSet 底层原理

底层是：数组＋链表 + 红黑树
1. HashMap底层维护了Node类型的数组table，默认为null当创建对象时，将加载因子(loadfactor)初始化为0.75.
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2. 当添加key-val时，通过key的哈希值得到在table的索引。然后判断该索引处是否有元素,如果没有元素直接添加。如果该索引处有元素，继续用 equals 判断该元素的key和准备加入的key相是否等，如果相等，则直接替换，如果不相等需要判断是树结构还是链表结构，做出相应处理。如果添加时发现容量不够,则需要扩容。
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3. 第1次添加，则需要扩容table容量为16，临界值（threshold)为12 (16*0.75)
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4. 以后再扩容，则需要扩容table容量为原来的2倍(32)，临界值为原来的2倍,即24,依次类推
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5. 在Java8中,如果一条链表的元素个数超过 TREEIFY_THRESHOLD(默认是8)，并且table的大小 >= MIN TREEIFY_CAPACITY(默认64),就会进行树化(红黑树)，如果链表到 8 了 table 没到 64，会把 table 按 2 倍扩容
String 的 hash 值是通过数据算出来的，所以数据一样 hash 值就一样

在这里插入图片描述

HashSet 添加和寻找原理

元素的唯一性是靠所存储元素类型是否重写hashCode()和equals()方法来保证的，如果没有重写这两个方法，则无法保证元素的唯一性

//如果当前索引位置对应的链表的第一个元素和准备添加的key的hash值相同(p.hash == hash)
//并且满足下面两个条件之一，就不能往里面加
//1. 准备加入的 key 和 p 指向的 Node 结点的 key 是同一个对象
//2. p 指向的 Node 结点的 key 的 equals() 和 准备加入的 key比较后相同
if (p.hash == hash && 
    ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
     e = p;

这里还是放动力节点的图
在这里插入图片描述

同一个单项链表上所有节点的 hashCode 相同，因为数组下标一样。但同一个链表上 key 和 key 的 equals 方法肯定不一样，以此保证 key 不重复

重写 hashCode() 和 equals() 问题

重写 hashCode() 问题

如果hashCode 返回固定值：那就是数组同一个位置，变成单向链表了，这种情况称为散列分布不均匀
如果hashCode 全返回不一样的值：变成一维数组了，没有链表了
散列分布均匀：需要重写 hashCode 方法时有一定技巧

如果不重写 hashCode，可能发生对象内容一样，内存地址不一样，然后下标就一定不一样。然后底层直接就存进去了，不比较 equals 了。然后就发生了 key 值的重复

为什么重写 hashCode() 还要重写 equals

equals 默认比较的是地址，如果不重写 equals，（两个对象内容完全一样，地址一定不一样了），然后就加进去了，直接重复了

为什么重写 equals 必须重写 hashCode()

equals 方法返回 true 表示两个对象相同，那他们的 hash值一定是一样的，因为在同一个单向链表上，他们的哈希值相同，所以 hashCode() 方法返回值也必须一样

我们一般在属性一样时返回一样的 hash值，这样就一样了，就可以去重了

如果要哪两个参数不相等，就重写哪两个参数的 hash,eqauls,如果是多个类，就多个类都写

LinkedHashSet

HashSet 的一个子类
底层是 LinkedHashMap,底层维护了一个数组 + 双向链表 + 红黑树
LinkedHash 根据元素的 hashCode 决定存储位置，同时使用链表维护元素次序，这使得元素看起来是以插入顺序保存的

基本和 HashSet一样，只是他是双向链表，插入顺序和输出顺序看起来是一样的

TreeSet (二叉树）

底层是 TreeMap

使用无参构造，会用自然排序（要求元素实现了 Comparable 接口并重写 CompareTo 方法)

使用有参构造，可以传入一个 Comparator 对象作为参数，实现自定义排序

TreeSet 集合中的元素：无序不可重复，但是可以按照元素大小顺序自动排序：可排序集合

放到 TreeSet集合 key 部分的元素，等同于放到 TreeMap集合 key 部分

两种比较使用

1. 自定义排序 (Compatator)

TreeSet treeSet = new TreeSet(new Comparator() {
         @Override
         public int compare(Object o1, Object o2) {
           	o1 o2 //前者大返回正数
             o2 o1 //后者大了所以返回负数所以结果反过来了
             @Override
             return ((String)o1).compareTo((String)o2);
         }
     });

默认是升序，从小到大
返回正数，那么大值会放后面，实现升序
返回负数，那么小值放后面，实现降序

2. 自然排序（Comparable)

pubilc class Student implements comparable {
	@public int compareTo(Student s) {
	...
	}
}

如果compareTo方法返回负数，那么表示当前对象（this）在排序顺序上应该位于指定对象的前面。

如果compareTo方法返回正数，那么表示当前对象（this）在排序顺序上应该位于指定对象的后面

如果compareTo方法返回0，那么表示两个对象在排序顺序上是相等的，则不添加

TreeSet 去重机制：

如果传入一个comparator 匿名对像，就是用 compare 去重，如果方法返回 0，就认为是相同的元素，不添加，没传入就以添加的对象实现的 Compareable接口的 compareTo 去重

Comparator<? super K> cpr = comparator;
if (cpr != null) {//cpr 就是我们的匿名内部类(对象
	do {
		parent = t;
		//动态绑定到我们的匿名内部类(对象)compare
		cmp = cpr.compare(key, t.key);
		if (cmp < 0)
			t = t.left;
		else if (cmp > 0)
			t = t.right;
		else //如果相等，即返回0,这个Key就没有加入
			return t.setValue(value);//这里不是替换，是加入不了，但是 key一样就是替换
		} while (t != null);
	 }

当比较规则不会发生改变的时候，或者说比较规则只有一个的时候，建议实现 Comaprable 接口

如果比较规则有多个，并且需要多个比较规则之间频切换，建议实现 Comparator 接口
Comaprator 接口的设计符合二 OCP 原则

如果对象没有实现自然排序，你自己又不传一个自定义排序器，那就会报错

Map接口

Map接口图

这里放动力节点的图
在这里插入图片描述

Map接口中的方法

void clear()：清空集合

boolean containsKey(Object key)：查询 Map 中是否包含指定的 key 包含就返回 true

boolean containValue(Object value)：查询 Map中是否包含指定value, 包含就 true

boolean isEmpty()：查询 Map 是否为空，如果空返回 true

Object put(Object key, Object value)：添加一个 (K,V)，如果有相同的 K 就覆盖掉

Object remove(Object key)：删除 k 对应的 v,返回删除后的 v，如果k不存在，返回 null

Object get(Object key)：返回指定 k 对应的 v，不包含 k 就返回 null

void putAll(Map m)：将指定的 Map中的 K V 复制过来

Set keySet()：返回 Map 中所有 key 所组成的 Set 集合

Collection values()：返回 Map 中所有 value 组成的 Collection 集合

Set<Entry》entrySet() ：返回 Map 中所有的 K,V组成的 Set 集合，每个元素都是 Map.Entry对象（实际是HashMapNode$类型，因为这个Node实现了 Entry，所以这里是向上转型，多态）

int size()：返回该Map 里的键值对个数

内部类Map.Entry 里的方法
用 Set entrySet()：返回的里面都是Map.Entry 的集合

Object getKey()：返回该Entry 里包含的Key值
Object getValue()：返回该Entry里包含的 Value 值
Object setValue()：设置该Entry里包含的 Value ，并返回这个Value

Map集合遍历方式

利用 KeySet：查找 Key 是否存在

 //取出所有 Key, 通过 Key 取出对应 Value
        Set keyset = map.keySet();
        //1. 增强 for
        for (Object key : keyset) {
            System.out.println(key + "-" + map.get(key));
        }
        //2. 迭代器
        Iterator iterator = keyset.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Object key = iterator.next();
            System.out.println(key + "-" + map.get(key));
        }

利用 Collection value：获取所有的 Value

//第二组: 把所有 value 取出
        Collection values = map.values();
        //1. 增强 for
        //2. 迭代器

利用 entrySet：获取 K-V

 Set entrySet = map.entrySet(); //EntrySet<Map.Entry<K, V>>
        //1. 增强 for
        for (Object entry : entrySet) {
            //将entry 转成 Map.Entry
            Map.Entry m = (Map.Entry) entry;
            System.out.println(m.getKey() + "-" + m.getValue());
        }

        System.out.println("-----");
        //2. 迭代器
        Iterator iterator1 = entrySet.iterator();
        while (iterator1.hasNext()) {
            Object next = iterator1.next();
            System.out.println(next); //HashMap$Node -实现 -> Map.Entry (getKey, getValue)
        }

HashMap（哈希表）

HashMap特点

线程不安全
Key 值一样，最后一个会覆盖，允许使用 K-V 可以是 null
输入输出顺序不一样，因为底层是哈希表

其他东西基本和 HashSet一样，因为HashSet底层是 HashMap，只是 HashSet 的 V 位置用 PRESENT 占位了，详细看HashSet那里

HashTable

HashTable特点

线程安全
K-V 都不能为 null

扩容机制

构造时默认大小是 11，到达某个阈值就触发扩容机制，阈值因子是0.75，就是被填充到 75% 时就会开始扩容
扩容过程中，创建新数组，大小一般时原数组两倍，然后 Hashtable 会遍历原数组中每个元素的位置，并使用哈希函数重新计算他们在新数组的位置，重新哈希后，元素会被转移到新数组对应位置

hashtabl 和 hashmap 的区别

HashMap集合key部分允许 null
Hashtable 的 key 和 value 都不能为 null，会报 NullPointerException
Hashtable 线程安全(但是效率低有其他方案)，HashMap 线程不安全

LinkedHashMap

HashMap的子类，基本和 HashMap差不多，而它自己是LinkedHashSet 的底层所以基本和前面讲的 LinkedHashSet 一样

Properties

底层是 Hashtable

专用用于读取配置文件的集合类

配置文件的格式：
key = 值
value = 值
K-V 不需要有空格，V 不需要用引号引起来，默认类型位String

Properties常用方法

load(InputStream inStream): 加载配置文件的 k-v 到 Properties 对象

list: 将数据显示到指定设备

getProperty(key): 根据 k 获取 v

setProperty(key, value)：设置 k-v 到 Properties 对象

store(outputstream out, string comments)：将 Properties 中的 k-v 存储到配置文件，在 idea 中，保存信息到配置文件，如果含有中文会存储 unicode 码

public class test {
    public static void main(String[] args) throws IOException {

        //1. 创建 properties 对象
        Properties properties = new Properties();

        //2. 加载指定配置文件
        properties.load(new FileReader("e:\\mysql.properties"));

        //3. 把 k-v 显示到控制台
        properties.list(System.out);

        //4. 根据 key 获取对应的值
        String user = properties.getProperty("user");
        String pwd = properties.getProperty("pwd");
        System.out.println("用户名是：" + user);
        System.out.println("密码是：" + pwd);


    }
}

创建新配置文件

public class test {
    public static void main(String[] args) throws IOException {

        //使用 properties 来创建配置文件，修改配置文件内容
        //1. 如果该文件没有这个key，就是创建
        //2. 如果有这个 key 就是覆盖
        Properties properties = new Properties();
        //创建
        properties.setProperty("charest", "utf8");
        properties.setProperty("user", "汤姆");
        properties.setProperty("pwd", "abc111");

        //将 k-v 存储到文件中
        properties.store(new FileOutputStream("e:\\mysql2.Properties"), null);
        System.out.println("保存配置文件成功");


    }
}

TreeMap

基本和TreeSet一样不再赘述

Collection 工具类

提供了一系列静态方法，对集合进行操作

常用方法

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

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

int frequency(Collection, Object)：返回指定集合中指定元素的出现次数

void copy(List dest, List src)：将 sec 中内容赋值到 dest 中

boolean replaceAll(List list, Object oldVal, Object newVal)：使用新值替换 List 对象的所有旧值

Object max/min(Collection)：根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最大元素，或最小元素（实现Comparable 类的排序）

Object max/min(Colleciton, Comparator)：根据 Comparator 指定的顺序排序，返回最大元素，或最小元素

sort(List)：根据元素自然元素对指定的 List集合元素按升序排序（就是实现Comparable 类的排序）

sort(List, Comparator)：根据指定的 comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序）

这里多次谈到比较，所以再总结一次比较

自然排序

就是类实现了 Comparable ，并且重写里面的 CompareTo 方法，如果没有自定义排序对象，类中又没有自带的CompareTo 就要自己实现

pubilc class Student implements comparable {
	@public int compareTo(Student s) {
	...
	}
}

比较器排序

reeSet treeSet = new TreeSet(new Comparator() {
         @Override
         public int compare(Object o1, Object o2) {
           	o1 o2 //前者大返回正数
             o2 o1 //后者大了所以返回负数所以结果反过来了
             @Override
             return ((String)o1).compareTo((String)o2);
         }
     });