【用Java学习数据结构系列】探索Java集合框架的无尽秘密pro

news2024/11/24 21:07:57

看到这句话的时候证明：此刻你我都在努力
加油陌生人
在这里插入图片描述

个人主页：Gu Gu Study
专栏：用Java学习数据结构系列
喜欢的一句话：常常会回顾努力的自己，所以要为自己的努力留下足迹

喜欢的话可以点个赞谢谢了。
作者：小闭

前言

与C语言学习数据结构不同，Java在数据结构的学习和使用上我们必须要了解一下Java的集合框架。
Java中的顺序表，链表，栈，队列，二叉树等，Java都是已经写好的了，其中队列是一个接口。
那么既然Java已经实现了这些数据结构，那么我们只需要认识和会使用这些接口和类就好，那么想认识这些数据结构之前，我们必须要先了解一下Java的集合框架。

什么是集合框架

集合框架是用于表示和操作集合的统一体系结构。所有集合框架都包含以下内容：

接口： 这些是表示集合的抽象数据类型。接口允许独立于其表示的细节来操作集合。在面向对象的语言中，接口通常形成一个层次结构。
实现： 这些是集合接口的具体实现。从本质上讲，它们是可重用的数据结构。
算法： 这些是对实现集合接口的对象执行有用计算（如搜索和排序）的方法。这些算法被称为多态算法：也就是说，相同的方法可以用于适当集合接口的许多不同实现。从本质上讲，算法是可重用的功能。

每个接口都要要实现的方法，当然上图中显示的都是集合框架中的接口。可能有人会问没见到要学习的顺序表和链表之类的东西啊。往下看：

ArrayList（顺序表）
LinkedList（链表）
Vector
Stack（栈）
CopyOnWriteArrayList

这五个类都是实现了这个框架中的List接口。也就是说List中的方法在这些个类中都会是实现。
其中

Java 集合框架的优点

Java 集合框架具有以下优点：

减少编程工作量： 通过提供有用的数据结构和算法，集合框架使您可以专注于程序的重要部分，而不是专注于使其运行所需的低级"管道"。通过促进不相关的
API 之间的互操作性，爪哇岛
集合框架使您无需编写适配器对象或转换代码来连接 API。
提高程序速度和质量： 此集合框架提供了有用数据结构和算法的高性能、高质量实现。每个接口的各种实现都是可以互换的，因此可以通过切换集合实现来轻松调整程序。因为您摆脱了编写自己的数据结构的苦差事，所以您将有更多时间投入到提高程序的质量和性能上。
允许在不相关的 API 之间实现互操作性： 集合接口是 API
来回传递集合的白话。如果我的网络管理 API
提供了节点名称的集合，并且您的 GUI
工具包需要列标题的集合，那么我们的 API
将无缝互操作，即使它们是独立编写的。
减少学习和使用新 API 的工作量： 许多 API
自然而然地在输入上获取集合，并将它们作为输出提供。过去，每个这样的
API 都有一个小的子 API，专门用于操作其集合。这些临时集合子 API
之间几乎没有一致性，因此您必须从头开始学习每个子
API，并且在使用它们时很容易出错。随着标准集合接口的出现，问题消失了。
减少设计新 API
的工作量：这是前一个优势的另一面。设计人员和实现者不必在每次创建依赖于集合的
API 时都重新发明轮子;相反，他们可以使用标准集合接口。
促进软件重用： 符合标准集合接口的新数据结构本质上是可重用的。对实现这些接口的对象进行操作的新算法也是如此。

上面是官方文档的介绍，看不太懂很正常，毕竟我们还没学到那个程度，包括我也不是完全理解的。

最后奉上比特的一张集合框架的接口和类的关系图

认识Collection

Java中的Collection是java.util包下的一个根接口，它是Java集合框架的基础。Collection接口定义了所有单列集合（即只包含单一类型元素的集合）的基本操作。以下是Collection接口的一些详细解析：

基本概念

单列集合：Collection接口代表的集合只包含单一类型的元素。
不可变性：Collection接口本身是不可变的，即一旦集合被创建，其类型就不能改变。

子接口

Collection接口有两个主要的子接口：

List：代表有序的集合，允许重复元素。如ArrayList、LinkedList等。
Set：代表不允许重复元素的集合，无特定顺序。如HashSet、TreeSet等。
Queue： 队列通常（但不一定）以
FIFO（先进先出）方式对元素进行排序。例外情况包括优先级队列，它根据提供的比较器或元素的自然顺序对元素进行排序。无论使用何种排序，队列的头部都是通过调用
or 来删除的元素。在 FIFO
队列中，所有新元素都插入到队列的尾部。其他类型的队列可能使用不同的放置规则。每个实现都必须指定其排序属性

常用方法

Collection接口定义了以下一些基本操作：

add(E e)：添加一个元素到集合中。
remove(Object o)：从集合中移除一个元素。
contains(Object o)：检查集合是否包含指定的元素。
size()：返回集合中元素的数量。
isEmpty()：检查集合是否为空。
toArray()：返回包含集合中所有元素的数组。
iterator()：返回一个迭代器，用于遍历集合中的元素。

迭代器（Iterator） {#迭代器iterator）}

Collection接口通过iterator()方法提供了一种遍历集合元素的方式。迭代器是一个对象，它允许程序逐个访问集合中的每个元素，而不需要关心集合的具体实现细节。

子接口的扩展方法

List和Set接口除了继承Collection的方法外，还提供了一些额外的方法来支持它们特定的行为：

List接口提供了插入、替换和访问特定位置元素的方法。
Set接口通常不提供对元素的直接访问，而是通过迭代器或Collection的通用方法来操作。

泛型

从Java
5开始，Collection及其子接口支持泛型，这意味着你可以指定集合中元素的类型，从而提高代码的类型安全性和重用性。

线程安全性

大多数Collection实现不是线程安全的。如果需要线程安全的集合，可以使用Collections.synchronizedCollection()方法包装一个集合，或者使用并发集合类，如ConcurrentHashMap的键集合。

选择适当的实现

选择适当的Collection实现对于性能至关重要。例如：

使用ArrayList如果需要快速随机访问集合中的元素。
使用LinkedList如果需要频繁地在集合中插入或删除元素。
使用HashSet如果不需要保证元素的顺序，并且希望快速查找元素。

性能考虑

不同的Collection实现在不同操作下的性能表现不同。例如，ArrayList在随机访问方面表现更好，而LinkedList在插入和删除方面更高效。
Collection接口是Java集合框架的核心，提供了一种统一的方式来操作集合，无论它们的具体实现是什么。了解和合理使用Collection及其子接口可以大大提高Java程序的性能和可维护性。