Java集合框架-List、Set、Map

一、Java集合框架概述：

1.1 Collection接口继承树

JDK提供的集合API位于java.util包内。

Map接口继承树

1.2 Collection接口方法

Collection 接口

Collection 接口是 List、Set 和 Queue 接口的父接口，该接口里定义的方法既可用于操作 Set 集合，也可用于操作 List 和 Queue 集合。

JDK不提供此接口的任何直接实现，而是提供更具体的子接口(如：Set和List)实现。

在 Java5 之前，Java 集合会丢失容器中所有对象的数据类型，把所有对象都当成 Object 类型处理；从 JDK 5.0 增加了泛型以后，Java 集合可以记住容器中对象的数据类型。

Collection 接口方法

1.3 Iterator迭代器接口

使用 Iterator 接口遍历集合元素

Iterator对象称为迭代器(设计模式的一种)，主要用于遍历 Collection 集合中的元素。

GOF给迭代器模式的定义为：提供一种方法访问一个容器(container)对象中各个元素，而又不需暴露该对象的内部细节。迭代器模式，就是为容器而生。类似于“交车上的售票员”、“火车上的乘务员”、“空姐”。

Collection接口继承了java.lang.Iterable接口，该接口有一个iterator()方法，那么所有实现了Collection接口的集合类都有一个iterator()方法，用以返回一个实现Iterator接口的对象。

Iterator 仅用于遍历集合，Iterator 本身并不提供承装对象的能力。如果需要创建Iterator 对象，则必须有一个被迭代的集合。

集合对象每次调用iterator()方法都得到一个全新的迭代器对象，默认游标都在集合的第一个元素之前。

Iterator接口的方法

在调用it.next()方法之前必须要调用it.hasNext()进行检测。若不调用，且

下一条记录无效，直接调用it.next()会抛出NoSuchElementException异常。

Iterator接口remove()方法

Iterator iter = coll.iterator();//回到起点

while(iter.hasNext()){

        Object obj = iter.next();

        if(obj.equals("Tom")){

        iter.remove();

        }

}

注意：

Iterator可以删除集合的元素，但是是遍历过程中通过迭代器对象的remove方法，不是集合对象的remove方法。

如果还未调用next()或在上一次调用 next 方法之后已经调用了 remove 方法，再调用remove都会报IllegalStateException。

使用 foreach 循环遍历集合元素

Java 5.0 提供了 foreach 循环迭代访问 Collection和数组。

遍历操作不需获取Collection或数组的长度，无需使用索引访问元素。

遍历集合的底层调用Iterator完成操作。

foreach还可以用来遍历数组。

二、Collection子接口之一：List接口

2.1 List接口概述

鉴于Java中数组用来存储数据的局限性，我们通常使用List替代数组。

List集合类中元素有序、且可重复，集合中的每个元素都有其对应的顺序索引。

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。

JDK API中List接口的实现类常用的有：ArrayList、LinkedList和Vector。

2.2 List接口方法

2.3 List实现类之一：ArrayList

ArrayList 是 List 接口的典型实现类、主要实现类。

本质上，ArrayList是对象引用的一个”变长”数组。

ArrayList的JDK1.8之前与之后的实现区别？

JDK1.7：ArrayList像饿汉式，直接创建一个初始容量为10的数组。

JDK1.8：ArrayList像懒汉式，一开始创建一个长度为0的数组，当添加第一个元素时再创建一个始容量为10的数组。

Arrays.asList(…) 方法返回的 List 集合，既不是 ArrayList 实例，也不是Vector 实例。

Arrays.asList(…) 返回值是一个固定长度的 List。

ArrayList 就是一个动态的数组。

优点: 底层数据结构是数组，查询快，增删慢。

缺点: 线程不安全，效率高。

2.3.1 ArrayList 构造方法

2.3.2 ArrayList 方法

public class Test01 {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("a");
        list.add("b");
        list.add("c");
        list.add("a");
        System.out.println(list);
        System.out.println(list.get(1));
        System.out.println("list集合遍历:");
        /*
        for (int i = 0;i< list.size();i++){
            String s = list.get(i);
            System.out.println(s);
        }
         */
        //增强for循环
        for (String s :list){
            System.out.println(s);
        }

    }
}

另一个博客里写有ArrayList这里就不再讲述了。

2.4 List实现类之二：LinkedList

对于频繁的插入或删除元素的操作，建议使用LinkedList类，效率较高。

LinkedList基于链表的存储结构。

LinkedList：双向链表，内部没有声明数组，而是定义了Node类型的first和last，用于记录首末元素。同时，定义内部类Node，作为LinkedList中保存数据的基本结构。Node除了保存数据，还定义了两个变量：

prev变量记录前一个元素的位置。

next变量记录下一个元素的位置。

优点: 底层数据结构是链表，查询慢，增删快。

缺点: 线程不安全，效率高

2.4.1 LinkedList 构造方法

2.4.2 LinkedList 方法

2.5 List实现类之三：Vector

Vector 是一个古老的集合，JDK1.0就有了。大多数操作与ArrayList 相同，区别之处在于Vector是线程安全的。

在各种list中，最好把ArrayList作为缺省选择。当插入、删除频繁时，使用LinkedList；Vector总是比ArrayList慢，所以尽量避免使用。

优点: 底层数据结构是数组，查询快，增删慢。

缺点: 线程安全，效率低。

2.5.1 Vector字段

2.5.2 Vector 构造方法

2.5.3 Vector 方法

ArrayList和LinkedList的异同

二者都线程不安全，相对线程安全的Vector，执行效率高。

此外，ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构，LinkedList基于链表的数据结构。对于随机访问get和set，ArrayList觉得优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针。对于新增和删除add(特指插入)和remove，LinkedList比较占优势，因为ArrayList要移动数据。

三、Collection子接口之一：Set接口

Set接口是Collection的子接口，set接口没有提供额外的方法

Set 集合不允许包含相同的元素，如果试把两个相同的元素加入同一个Set 集合中，则添加操作失败。

Set 判断两个对象是否相同不是使用 == 运算符，而是根据 equals() 方法

3.1 Set实现类之一：HashSet

HashSet 是 Set 接口的典型实现，大多数时候使用 Set 集合时都使用这个实现类。

HashSet 按 Hash 算法来存储集合中的元素，因此具有很好的存取、查找、删除性能。

HashSet 具有以下特点：

不能保证元素的排列顺序

HashSet 不是线程安全的

集合元素可以是 null

HashSet 集合判断两个元素相等的标准：两个对象通过 hashCode() 方法比较相等，并且两个对象的 equals() 方法返回值也相等。

对于存放在Set容器中的对象，对应的类一定要重写equals()和hashCode(Object obj)方法，以实现对象相等规则。即：“相等的对象必须具有相等的散列码”。

向HashSet中添加元素的过程：

当向 HashSet 集合中存入一个元素时，HashSet 会调用该对象的 hashCode() 方法来得到该对象的 hashCode 值，然后根据 hashCode 值，通过某种散列函数决定该对象HashSet 底层数组中的存储位置。（这个散列函数会与底层数组的长度相计算得到在数组中的下标,并且这种散列函数计算还尽可能保证能均匀存储元素，越是散列分布，该散列函数设计的越好）。

如果两个元素的hashCode()值相等，会再继续调用equals方法，如果equals方法结果为true，添加失败；如果为false，那么会保存该元素，但是该数组的位置已经有元素了，那么会通过链表的方式继续链接。

如果两个元素的 equals() 方法返回 true，但它们的 hashCode() 返回值不相等，hashSet 将会把它们存储在不同的位置，但依然可以添加成功。

重写 hashCode() 方法的基本原则

在程序运行时，同一个对象多次调用 hashCode() 方法应该返回相同的值。

当两个对象的 equals() 方法比较返回 true 时，这两个对象的 hashCode()方法的返回值也应相等。

对象中用作 equals() 方法比较的 Field，都应该用来计算 hashCode 值。

3.1.1 HashSet 构造方法

3.1.2 HashSet 方法

public class Test01 {
    public static void main(String[] args) {
        Set<String> set = new HashSet<>();
        set.add("x");
        set.add("y");
        set.add("z");
        set.add("x");
        System.out.println(set);
        System.out.println("set集合的遍历:");
        //set集合用迭代器来遍历
        Iterator<String> iterator = set.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            String s = iterator.next();
            System.out.println(s);
        }

    }
}

3.2 Set实现类之二：LinkedHashSet

LinkedHashSet 是 HashSet 的子类。

LinkedHashSet 根据元素的 hashCode 值来决定元素的存储位置，但它同时使用双向链表维护元素的次序，这使得元素看起来是以插入顺序保存的。

LinkedHashSet插入性能略低于 HashSet，但在迭代访问 Set 里的全部元素时有很好的性能。

LinkedHashSet 不允许集合元素重复。

3.2.1 LinkedHashSet 构造方法

3.3 Set实现类之三：TreeSet

TreeSet 是 SortedSet 接口的实现类，TreeSet 可以确保集合元素处于排序状态。

TreeSet底层使用红黑树结构存储数据。

TreeSet 两种排序方法：自然排序和定制排序。默认情况下，TreeSet 采用自然排序。

四、Collection子接口之一：Map接口

Map接口概述

Map与Collection并列存在。用于保存具有映射关系的数据:key-value。

Map 中的 key 和 value 都可以是任何引用类型的数据。

Map 中的 key 用Set来存放，不允许重复，即同一个 Map 对象所对应的类，须重写hashCode()和equals()方法。

常用String类作为Map的“键”。

key 和 value 之间存在单向一对一关系，即通过指定的 key 总能找到唯一的、确定的 value。

Map接口的常用实现类：HashMap、TreeMap、LinkedHashMap和Properties。其中，HashMap是 Map 接口使用频率最高的实现类。

4.1 Map 接口：常用方法

4.2 Map实现类之一：HashMap

HashMap是 Map 接口使用频率最高的实现类。

允许使用null键和null值，与HashSet一样，不保证映射的顺序。

所有的key构成的集合是Set:无序的、不可重复的。所以，key所在的类要重写：equals()和hashCode()。

所有的value构成的集合是Collection:无序的、可以重复的。所以，value所在的类要重写：equals()。

一个key-value构成一个entry。

所有的entry构成的集合是Set:无序的、不可重复的。

HashMap 判断两个 key 相等的标准是：两个 key 通过 equals() 方法返回 true，hashCode 值也相等。

HashMap 判断两个 value相等的标准是：两个 value 通过 equals() 方法返回 true。

4.2.1 HashMap 构造方法

4.2.2 HashMap 方法

public class Test01 {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个map key为string类型 数据是object类型
        Map<String,Object> map = new HashMap<>();
        //添加数据，通过key
        map.put("name","张三");
        map.put("age",20);
        map.put("sex","男");
        System.out.println("Map集合的遍历:");
        //通过keyset获取map中所有key值并把它们保存在set集合
        Set<String> ks = map.keySet();
        //迭代器
        Iterator<String> i = ks.iterator();
        //用hasNext查找key
        while (i.hasNext()){
            //获取key值
            String key = i.next();
            Object value = map.get(key);
            System.out.println(key+"--->"+value);
        }
    }
}