JAVA集合

Java集合

集合概述

  • 概念：对象的容器，定义了多个对象进行操作的常用方法。可实现 数组的功能。

  • 和数组的区别：

    1.数组长度固定，集合长度不固定。

    2.数组可以存储基本类型和引用类型，集合只能存储引用类型。

  • Java引用包：java.util.*;

Collection体系集合

Collection父接口

  • 特点：代表一组任意类型的对象，无序、无下标、不能重复。

  • 方法：

    • boolean add(Object obj) //添加一个对象。
    • boolean addAll(Collection c) //讲一个集合中的所有对象添加到此集合中。
    • void clear() //清空此集合中的所有对象。
    • boolean contains(Object o) //检查此集合中是否包含o对象。
    • boolean equals(Object o) //比较此集合是否与指定对象相等。
    • boolean isEmpty() //判断此集合是否为空。
    • boolean remove(Object o) //在此集合中移除o对象。
    • int size() //返回此集合中的元素个数。
    • Object[] toArray() //姜此集合转换成数组。

 

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/**
 * Collection接口的使用（一）
 * 1.添加元素
 * 2.删除元素
 * 3.遍历元素
 * 4.判断
 */
public class Demo1{
    pubic static void main(String[] args){
        //创建集合
        Collection collection=new ArrayList();        
//      * 1.添加元素
        Collection.add("苹果");
        Collection.add("西瓜");
        Collection.add("榴莲");
        System.out.println("元素个数："+collection.size());
        System.out.println(collection);
//      * 2.删除元素
        collection.remove("榴莲");
        System.out.println("删除之后："+collection.size());
//      * 3.遍历元素
        //3.1 使用增强for 
        for(Object object : collection){
            System.out.println(object);
        }
        //3.2 使用迭代器（迭代器专门用来遍历集合的一种方式）
        //hasnext();判断是否有下一个元素
        //next();获取下一个元素
        //remove();删除当前元素
        Iterator iterator=collection.Itertor();
        while(iterator.hasnext()){
            String object=(String)iterator.next();
            System.out.println(s);
            //删除操作
            //collection.remove(s);引发错误：并发修改异常
            //iterator.remove();应使用迭代器的方法
//      * 4.判断
        System.out.println(collection.contains("西瓜"));//true
        System.out.println(collection.isEmpty());//false
        }
    }
}

 

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/**
 * Collection接口的使用（二）
 * 1.添加元素
 * 2.删除元素
 * 3.遍历元素
 * 4.判断
 */
public class Demo2 {
	public static void main(String[] args) {
		Collection collection=new ArrayList();
		Student s1=new Student("张三",18);
		Student s2=new Student("李四", 20);
		Student s3=new Student("王五", 19);
		//1.添加数据
		collection.add(s1);
		collection.add(s2);
		collection.add(s3);
		//collection.add(s3);可重复添加相同对象
		System.out.println("元素个数："+collection.size());
		System.out.println(collection.toString());
		//2.删除数据
		collection.remove(s1);
		System.out.println("删除之后："+collection.size());
		//3.遍历数据
		//3.1 增强for
		for(Object object:collection) {
			Student student=(Student) object;
			System.out.println(student.toString());
		}
		//3.2迭代器
		//迭代过程中不能使用collection的删除方法
		Iterator iterator=collection.iterator();
		while (iterator.hasNext()) {
			Student student=(Student) iterator.next();
			System.out.println(student.toString());
		}
		//4.判断和上一块代码类似。
	}
}

 

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/**
 * 学生类
 */
public class Student {
	private String name;
	private int age;
	public Student(String name, int age) {
		super();
		this.name = name;
		this.age = age;
	}
	public String getName() {
		return name;
	}
	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}
	public int getAge() {
		return age;
	}
	public void setAge(int age) {
		this.age = age;
	}
	@Override
	public String toString() {
		return "Student [name=" + name + ", age=" + age +"]";
	}
}

 

Collection子接口

List 集合

  • 特点：有序、有下标、元素可以重复。
  • 方法:
    • void add(int index,Object o) //在index位置插入对象o。
    • boolean addAll(index,Collection c) //将一个集合中的元素添加到此集合中的index位置。
    • Object get(int index) //返回集合中指定位置的元素。
    • List subList(int fromIndex,int toIndex) //返回fromIndex和toIndex之间的集合元素。 
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/**
 * List子接口的使用（一）
 * 特点：1.有序有下标 2.可以重复
 * 
 * 1.添加元素
 * 2.删除元素
 * 3.遍历元素
 * 4.判断
 * 5.获取位置
 */
public class Demo3 {
	public static void main(String[] args) {
		List list=new ArrayList<>();
		//1.添加元素
		list.add("杨");
		list.add("李");
		list.add(0,"陈");//插入操作
		System.out.println("元素个数："+list.size());
		System.out.println(list.toString());
		//2.删除元素
		list.remove(0);
		//list.remove("李");结果同上
		System.out.println("删除之后："+list.size());
		System.out.println(list.toString());
		//3.遍历元素
		//3.1 使用for遍历
		for(int i=0;i<list.size();++i) {
			System.out.println(list.get(i));
		}
		//3.2 使用增强for
		for(Object object:list) {
			System.out.println(object);
		}
		//3.3 使用迭代器
		Iterator iterator=list.iterator();
		while (iterator.hasNext()) {
			System.out.println(iterator.next());
		}
		//3.4使用列表迭代器，listIterator可以双向遍历，添加、删除及修改元素。
		ListIterator listIterator=list.listIterator();
		//从前往后
		while (listIterator.hasNext()) {
			System.out.println(listIterator.next());		
		}
		//从后往前（此时“遍历指针”已经指向末尾）
		while(listIterator.hasPrevious()) {
			System.out.println(listIterator.previous());
		}
		//4.判断
		System.out.println(list.isEmpty());
		System.out.println(list.contains("杨"));
		//5.获取位置
		System.out.println(list.indexOf("杨"));
	}
}

 

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/**
 * List子接口的使用（二）
 * 1.添加元素
 * 2.删除元素
 * 3.遍历元素
 * 4.判断
 * 5.获取位置
 */
public class Demo4 {
	public static void main(String[] args) {
		List list=new ArrayList();
		//1.添加数字数据（自动装箱）
		list.add(20);
		list.add(30);
		list.add(40);
		list.add(50);
		System.out.println("元素个数："+list.size());
		System.out.println(list.toString());
		//2.删除元素
		list.remove(0);
		//list.remove(20);很明显数组越界错误，改成如下
		//list.remove(Object(20));
		//list.remove(new Integer(20));
		System.out.println("元素个数："+list.size());
		System.out.println(list.toString());
		//3-5不再演示，与之前类似
		//6.补充方法subList，返回子集合，含头不含尾
		List list2=list.subList(1, 3);
		System.out.println(list2.toString());	
	}
}

 

List实现类

ArrayList 【重点】

  • 数组结构实现，查询快、增删慢；

  • JDK1.2版本，运行效率快、线程不安全。

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    /**
     * ArrayList的使用
     * 存储结构：数组；
     * 特点：查找遍历速度快，增删慢。
     * 1.添加元素
     * 2.删除元素
     * 3.遍历元素
     * 4.判断
     * 5.查找
     */
    public class Demo5 {
    	public static void main(String[] args) {
    		ArrayList arrayList=new ArrayList<>();
    		//1.添加元素
    		Student s1=new Student("陈冠希", 21);
    		Student s2=new Student("刘德华", 22);
    		Student s3=new Student("梁朝伟", 21);
    		arrayList.add(s1);
    		arrayList.add(s2);
    		arrayList.add(s3);
    		System.out.println("元素个数："+arrayList.size());
    		System.out.println(arrayList.toString());
    		//2.删除元素
    		arrayList.remove(s1);
    		//arrayList.remove(new Student("梁朝伟", 21));
    		//注：这样可以删除吗（不可以）？显然这是两个不同的对象。
    		//假如两个对象属性相同便认为其是同一对象，那么如何修改代码？
    		//3.遍历元素
    		//3.1使用迭代器
    		Iterator iterator=arrayList.iterator();
    		while(iterator.hasNext()) {
    			System.out.println(iterator.next());
    		}
    		//3.2使用列表迭代器
    		ListIterator listIterator=arrayList.listIterator();
    		//从前往后遍历
    		while(listIterator.hasNext()) {
    			System.out.println(listIterator.next());
    		}
    		//从后往前遍历
    		while(listIterator.hasPrevious()) {
    			System.out.println(listIterator.previous());
    		}
    		//4.判断
    		System.out.println(arrayList.isEmpty());
    		//System.out.println(arrayList.contains(new Student("何", 22)));
    		//注：与上文相同的问题。
    		//5.查找
    		System.out.println(arrayList.indexOf(s1));
    	}
    }

注：Object里的equals(this==obj)用地址和当前对象比较，如果想实现代码中的问题，可以在学生类中重写equals方法：

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@Override
public boolean equals(Object obj) {
	//1.是否为同一对象
	if (this==obj) {
		return true;
	}
	//2.判断是否为空
	if (obj==null) {
		return false;
	}
	//3.判断是否是Student类型
	if (obj instanceof Student) {
		Student student=(Student) obj;
		//4.比较属性
		if(this.name.equals(student.getName())&&this.age==student.age) {
			return true;
		}
	}
	//不满足，返回false
	return false;
}

ArrayList源码分析

  • 默认容量大小：private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

  • 存放元素的数组：transient Object[] elementData;

  • 实际元素个数：private int size;

  • 创建对象时调用的无参构造函数：

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//这是一个空的数组
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

这段源码说明当你没有向集合中添加任何元素时，集合容量为0。那么默认的10个容量怎么来的呢？

这就得看看add方法的源码了：

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public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

假设你new了一个数组，当前容量为0，size当然也为0。这时调用add方法进入到ensureCapacityInternal(size + 1);该方法源码如下：

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private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}

该方法中的参数minCapacity传入的值为size+1也就是 1，接着我们再进入到calculateCapacity(elementData, minCapacity)里面：

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private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    return minCapacity;
}

上文说过，elementData就是存放元素的数组，当前容量为0，if条件成立，返回默认容量DEFAULT_CAPACITY也就是10。这个值作为参数又传入ensureExplicitCapacity()方法中，进入该方法查看源码：

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private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;
    // overflow-conscious code
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        grow(minCapacity);
}

因为elementData数组长度为0，所以if条件成立，调用grow方法，重要的部分来了，我们再次进入到grow方法的源码中：

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private void grow(int minCapacity) {
    // overflow-conscious code
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

这个方法先声明了一个oldCapacity变量将数组长度赋给它，其值为0；又声明了一个newCapacity变量其值为oldCapacity+一个增量，可以发现这个增量是和原数组长度有关的量，当然在这里也为0。第一个if条件满足，newCapacity的值为10（这就是默认的容量，不理解的话再看看前面）。第二个if条件不成立，也可以不用注意，因为MAX_ARRAY_SIZE的定义如下：

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private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

最后一句话就是为elementData数组赋予了新的长度，Arrays.copyOf()方法返回的数组是新的数组对象，原数组对象不会改变，该拷贝不会影响原来的数组。copyOf()的第二个自变量指定要建立的新数组长度，如果新数组的长度超过原数组的长度，则保留数组默认值。

这时候再回到add的方法中，接着就向下执行elementData[size++] = e;ArrayList当数组长度为10每次的增量每次扩容为原来的1.5倍。

Vector

  • 数组结构实现，查询快、增删慢；
  • JDK1.0版本，运行效率慢、线程安全。
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/**
 * Vector的演示使用
 * 
 *1.添加数据
 *2.删除数据
 *3.遍历
 *4.判断
 */
public class Demo1 {
	public static void main(String[] args) {
		Vector vector=new Vector<>();
		//1.添加数据
		vector.add("tang");
		vector.add("he");
		vector.add("yu");
		System.out.println("元素个数："+vector.size());
		//2.删除数据
		/*
		 * vector.remove(0); vector.remove("tang");
		 */
		//3.遍历
		//使用枚举器
		Enumeration enumeration=vector.elements();
		while (enumeration.hasMoreElements()) {
			String s = (String) enumeration.nextElement();
			System.out.println(s);
		}
		//4.判断
		System.out.println(vector.isEmpty());
		System.out.println(vector.contains("he"));
		//5. Vector其他方法
		//firstElement()  lastElement()  ElementAt();
	}
}

LinkedList

  • 链表结构实现，增删快，查询慢。

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    /**
     * LinkedList的用法
     * 存储结构：双向链表
     * 1.添加元素
     * 2.删除元素
     * 3.遍历
     * 4.判断
     */
    public class Demo2 {
    	public static void main(String[] args) {
    		LinkedList linkedList=new LinkedList<>();
    		Student s1=new Student("陈冠希", 21);
    		Student s2=new Student("梁朝伟", 22);
    		Student s3=new Student("刘德华", 21);
    		//1.添加元素
    		linkedList.add(s1);
    		linkedList.add(s2);
    		linkedList.add(s3);
    		linkedList.add(s3);
    		System.out.println("元素个数："+linkedList.size());
    		System.out.println(linkedList.toString());
    		//2.删除元素
    		/*
    		 * linkedList.remove(new Student("唐", 21));
    		 * System.out.println(linkedList.toString());
    		 */
    		//3.遍历
    		//3.1 使用for
    		for(int i=0;i<linkedList.size();++i) {
    			System.out.println(linkedList.get(i));
    		}
    		//3.2 使用增强for
    		for(Object object:linkedList) {
    			Student student=(Student) object;
    			System.out.println(student.toString());
    		}
    		//3.3 使用迭代器
    		Iterator iterator =linkedList.iterator();
    		while (iterator.hasNext()) {
    			Student student = (Student) iterator.next();
    			System.out.println(student.toString());
    		}
    		//3.4 使用列表迭代器（略）
    		//4. 判断
    		System.out.println(linkedList.contains(s1));
    		System.out.println(linkedList.isEmpty());
    		System.out.println(linkedList.indexOf(s3));
    	}
    }

LinkedList源码分析

​ LinkedList首先有三个属性：

  • 链表大小：transient int size = 0;
  • （指向）第一个结点/头结点：transient Nod<E> first;
  • （指向）最后一个结点/尾结点：transient Node<E> last;

关于Node类型我们再进入到类里看看：

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private static class Node<E> {
    E item;
    Node<E> next;
    Node<E> prev;

    Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
        this.item = element;
        this.next = next;
        this.prev = prev;
    }
}

首先item存放的是实际数据；next指向下一个结点而prev指向上一个结点。

Node带参构造方法的三个参数分别是前一个结点、存储的数据、后一个结点，调用这个构造方法时将它们赋值给当前对象。

LinkedList是如何添加元素的呢？先看看add方法：

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public boolean add(E e) {
    linkLast(e);
    return true;
}

进入到linkLast方法：

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void linkLast(E e) {
    final Node<E> l = last;
    final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
    last = newNode;
    if (l == null)
        first = newNode;
    else
        l.next = newNode;
    size++;
    modCount++;
}

假设刚开始new了一个LinkedList对象，first和last属性都为空，调用add进入到linkLast方法。

首先创建一个Node变量 l 将last（此时为空）赋给它，然后new一个newNode变量存储数据，并且它的前驱指向l，后继指向null；再把last指向newNode。如下图所示：

如果满足if条件，说明这是添加的第一个结点，将first指向newNode：

至此，LinkedList对象的第一个数据添加完毕。假设需要再添加一个数据，我们可以再来走一遍，过程同上不再赘述，图示如下：

ArrayList和LinkedList区别

  • ArrayList：必须开辟连续空间，查询快，增删慢。

  • LinkedList：无需开辟连续空间，查询慢，增删快。

泛型概述

  • Java泛型式JDK1.5中引入的一个新特性，其本质式参数化类型，把类型作为参数传递。

  • 常见形式又泛型类、泛型接口、泛型方法。

  • 语法:

    ​ <T,…> T称为类型占位符，表示一种引用类型。

  • 好处：

    提高代码的重用性。

    防止类型转换异常，提高代码的安全性。

泛型类

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/**
 * 泛型类
 * 语法：类名<T>
 * T是类型占位符，表示一种引用类型，编写多个使用逗号隔开
 * 
 */
public class myGeneric<T>{
		//1.创建泛型变量
		//不能使用new来创建，因为泛型式不确定的类型，野可能拥有私密的构造方法。
		T t
		//2.泛型作为方法的参数
		public void show(T t){
     	System.out.println(t);
		}
		//泛型作为方法的返回值
		public T getT(){
				return t;
		}
}

 

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/**
 * 注意：
 * 1.泛型只能使用引用类型
 * 2.不同泛型类型的对象不能相互赋值
 */
public class testGeneric {
	public static void main(String[] args) {
		//使用泛型类创建对象
		myGeneric<String> myGeneric1=new myGeneric<String>();
		myGeneric1.t="tang";
		myGeneric1.show("he");
		
		myGeneric<Integer> myGeneric2=new myGeneric<Integer>();
		myGeneric2.t=10;
		myGeneric2.show(20);
		Integer integer=myGeneric2.getT();
	}
}

泛型接口

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/**
 * 泛型接口
 * 语法：接口名<T>
 * 注意：不能创建泛型静态常量
 */
public interface MyInterface<T>{
    //创建常量
    	String nameString="tang";
    	
    	T server(T t);
}
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/**
 * 实现接口时确定泛型类
 */
 public clas MyInterfaceImpl implements MyInterface<String>{
 		@Override
		public String server(String t) {
				System.out.println(t);
				return t; 
	}
 }
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//测试
MyInterfaceImpl myInterfaceImpl=new MyInterfaceImpl();
myInterfaceImpl.server("xxx");
//xxx
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/**
 * 实现接口时不确定泛型类
 */
public class MyInterfaceImpl2<T> implements MyInterface<T>{
	@Override
	public T server(T t) {
		System.out.println(t);
		return t;
	}
}
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//测试
MyInterfaceImpl2<Integer> myInterfaceImpl2=new MyInterfaceImpl2<Integer>();
myInterfaceImpl2.server(2000);
//2000

泛型方法

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/**
 * 泛型方法
 * 语法：<T> 返回类型
 */
public class MyGenericMethod {
	public <T> void show(T t) {
		System.out.println("泛型方法"+t);
	}
}
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//测试
MyGenericMethod myGenericMethod=new MyGenericMethod();
myGenericMethod.show("tang");
myGenericMethod.show(200);
myGenericMethod.show(3.14);
泛型集合

  • 概念：参数化类型、类型安全的集合，强制集合元素的类型必须一致。

  • 特点

    ：

    • 编译时即可检查，而非运行时抛出异常。
    • 访问时，不必类型转换（拆箱）。
    • 不同泛型指尖引用不能相互赋值，泛型不存在多态。

之前我们在创建LinkedList类型对象的时候并没有使用泛型，但是进到它的源码中会发现：

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public class LinkedList<E>
    extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable{//略}

它是一个泛型类，而我之前使用的时候并没有传递，说明java语法是允许的，这个时候传递的类型是Object类，虽然它是所有类的父类，可以存储任意的类型，但是在遍历、获取元素时需要原来的类型就要进行强制转换。这个时候就会出现一些问题，假如往链表里存储了许多不同类型的数据，在强转的时候就要判断每一个原来的类型，这样就很容易出现错误。

Set集合概述

Set子接口

  • 特点：无序、无下标、元素不可重复。

  • 方法：全部继承自Collection中的方法。

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    /**
     * 测试Set接口的使用
     * 特点：1.无序，没有下标；2.重复
     * 1.添加数据
     * 2.删除数据
     * 3.遍历【重点】
     * 4.判断
     */
    public class Demo1 {
    	public static void main(String[] args) {
    		Set<String> set=new HashSet<String>();
    		//1.添加数据
    		set.add("tang");
    		set.add("he");
    		set.add("yu");
    		System.out.println("数据个数："+set.size());
    		System.out.println(set.toString());//无序输出
    		//2.删除数据
    		/*
    		 * set.remove("tang"); System.out.println(set.toString());
    		 */
    		//3.遍历【重点】
    		//3.1 使用增强for
    		for (String string : set) {
    			System.out.println(string);
    		}
    		//3.2 使用迭代器
    		Iterator<String> iterator=set.iterator();
    		while (iterator.hasNext()) {
    			System.out.println(iterator.next());
    		}
    		//4.判断
    		System.out.println(set.contains("tang"));
    		System.out.println(set.isEmpty());
    	}
    }

Set实现类

HashSet【重点】

  • 基于HashCode计算元素存放位置。
  • 当存入元素的哈希码相同时，会调用equals进行确认，如结果为true，则拒绝后者存入。
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/**
 * 人类
 */
public class Person {
	private String name;
	private int age;
	public Person(String name,int age) {
		this.name = name;
		this.age = age;
	}
	public String getName() {
		return name;
	}
	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}
	public int getAge() {
		return age;
	}
	public void setAge(int age) {
		this.age = age;
	}
	@Override
	public String toString() {
		return "Peerson [name=" + name + ", age=" + age + "]";
	}
}
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/**
 * HashSet集合的使用
 * 存储结构：哈希表（数组+链表+红黑树）
 * 1.添加元素
 * 2.删除元素
 * 3.遍历
 * 4.判断
*/
public class Demo3 {
	public static void main(String[] args) {
		HashSet<Person> hashSet=new HashSet<>();
		Person p1=new Person("陈冠希",21);
		Person p2=new Person("刘德华", 22);
		Person p3=new Person("吴彦祖", 21);
		//1.添加元素
		hashSet.add(p1);
		hashSet.add(p2);
		hashSet.add(p3);
        //重复，添加失败
        hashSet.add(p3);
        //直接new一个相同属性的对象，依然会被添加，不难理解。
        //假如相同属性便认为是同一个对象，怎么修改？
        hashSet.add(new Person("吴彦祖", 21));
		System.out.println(hashSet.toString());
		//2.删除元素
		hashSet.remove(p2);
		//3.遍历
		//3.1 增强for
		for (Person person : hashSet) {
			System.out.println(person);
		}
		//3.2 迭代器
		Iterator<Person> iterator=hashSet.iterator();
		while (iterator.hasNext()) {
			System.out.println(iterator.next());		
		}
		//4.判断
		System.out.println(hashSet.isEmpty());
        //直接new一个相同属性的对象结果输出是false，不难理解。
        //注：假如相同属性便认为是同一个对象，该怎么做？
		System.out.println(hashSet.contains(new Person("吴彦祖", 21)));
	}
}

注：hashSet存储过程：

  1. 根据hashCode计算保存的位置，如果位置为空，则直接保存，否则执行第二步。
  2. 执行equals方法，如果方法返回true，则认为是重复，拒绝存储，否则形成链表。

存储过程实际上就是重复依据，要实现“注”里的问题，可以重写hashCode和equals代码：

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@Override
public int hashCode() {
    final int prime = 31;
    int result = 1;
    result = prime * result + age;
    result = prime * result + ((name == null) ? 0 : name.hashCode());
    return result;
}
@Override
public boolean equals(Object obj) {
    if (this == obj)
        return true;
    if (obj == null)
        return false;
    if (getClass() != obj.getClass())
        return false;
    Person other = (Person) obj;
    if (age != other.age)
        return false;
    if (name == null) {
        if (other.name != null)
            return false;
    } else if (!name.equals(other.name))
        return false;
    return true;
}

hashCode方法里为什么要使用31这个数字大概有两个原因：

  1. 31是一个质数，这样的数字在计算时可以尽量减少散列冲突。

  2. 可以提高执行效率，因为31*i=(i<<5)-i，31乘以一个数可以转换成移位操作，这样能快一点；但是也有网上一些人对这两点提出质疑。

    TreeSet

    • 基于排序顺序实现不重复。
    • 实现了SortedSet接口，对集合元素自动排序。
    • 元素对象的类型必须实现Comparable接口，指定排序规则。
    • 通过CompareTo方法确定是否为重复元素。
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/**
 * 使用TreeSet保存数据
 * 存储结构：红黑树
 * 要求：元素类必须实现Comparable接口，compareTo方法返回0，认为是重复元素 
 */
public class Demo4 {
	public static void main(String[] args) {
		TreeSet<Person> persons=new TreeSet<Person>();
		Person p1=new Person("tang",21);
		Person p2=new Person("he", 22);
		Person p3=new Person("yu", 21);
		//1.添加元素
		persons.add(p1);
		persons.add(p2);
		persons.add(p3);
		//注：直接添加会报类型转换错误，需要实现Comparable接口
		System.out.println(persons.toString());
		//2.删除元素
		persons.remove(p1);
		persons.remove(new Person("he", 22));
		System.out.println(persons.toString());
		//3.遍历（略）
		//4.判断
		System.out.println(persons.contains(new Person("yu", 21)));
	}
}

查看Comparable接口的源码，发现只有一个compareTo抽象方法，在人类中实现它：

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public class Person implements Comparable<Person>{
    @Override
	//1.先按姓名比
	//2.再按年龄比
	public int compareTo(Person o) {
		int n1=this.getName().compareTo(o.getName());
		int n2=this.age-o.getAge();
		return n1==0?n2:n1;
	}
}

除了实现Comparable接口里的比较方法，TreeSet也提供了一个带比较器Comparator的构造方法，使用匿名内部类来实现它：

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/**
 * TreeSet的使用
 * Comparator：实现定制比较（比较器）
 */
public class Demo5 {
	public static void main(String[] args) {
		TreeSet<Person> persons=new TreeSet<Person>(new Comparator<Person>() {
			@Override
			public int compare(Person o1, Person o2) {
				// 先按年龄比较
				// 再按姓名比较
				int n1=o1.getAge()-o2.getAge();
				int n2=o1.getName().compareTo(o2.getName());
				return n1==0?n2:n1;
			}			
		});
		Person p1=new Person("陈冠希",21);
		Person p2=new Person("吴彦祖", 22);
		Person p3=new Person("彭于晏", 21);
		persons.add(p1);
		persons.add(p2);
		persons.add(p3);
		System.out.println(persons.toString());
	}
}

接下来我们来做一个小案例：

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/**
 * 要求：使用TreeSet集合实现字符串按照长度进行排序
 * helloworld tangrui hechengyang wangzixu yuguoming
 * Comparator接口实现定制比较
 */
public class Demo6 {
	public static void main(String[] args) {
		TreeSet<String> treeSet=new TreeSet<String>(new Comparator<String>() {
			@Override
			//先比较字符串长度
			//再比较字符串
			public int compare(String o1, String o2) {
				int n1=o1.length()-o2.length();
				int n2=o1.compareTo(o2);
				return n1==0?n2:n1;
			}			
		});
		treeSet.add("hello");
		treeSet.add("chen");
		treeSet.add("liu");
		treeSet.add("peng");
		treeSet.add("liang");
		System.out.println(treeSet.toString());
        //输出[liu, chen, peng, hello, liang]
	}
}

Map集合的实现类

HashMap 【重点】

  • JDK1.2版本，线程不安全，运行效率快；允许用null作为key或是value。
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/**
   * 学生类
   */
  public class Student {
  	private String name;
  	private int id;	
  	public Student(String name, int id) {
  		super();
  		this.name = name;
  		this.id = id;
  	}
  	public String getName() {
  		return name;
  	}
  	public void setName(String name) {
  		this.name = name;
  	}
  	public int getId() {
  		return id;
  	}
  	public void setId(int id) {
  		this.id = id;
  	}
  	@Override
  	public String toString() {
  		return "Student [name=" + name + ", age=" + id + "]";
  	}
  }
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/**
   * HashMap的使用
   * 存储结构：哈希表（数组+链表+红黑树）
   */
  public class Demo2 {
  	public static void main(String[] args) {
  		HashMap<Student, String> hashMap=new HashMap<Student, String>();
  		Student s1=new Student("tang", 36);
  		Student s2=new Student("yu", 101);
  		Student s3=new Student("he", 10);
  		//1.添加元素
  		hashMap.put(s1, "成都");
  		hashMap.put(s2, "杭州");
  		hashMap.put(s3, "郑州");
  		//添加失败，但会更新值
  		hashMap.put(s3,"上海");
  		//添加成功，不过两个属性一模一样；
  		//注：假如相同属性便认为是同一个对象，怎么修改？
  		hashMap.put(new Student("he", 10),"上海");
  		System.out.println(hashMap.toString());
  		//2.删除元素
  		hashMap.remove(s3);
  		System.out.println(hashMap.toString());
  		//3.遍历
  		//3.1 使用keySet()遍历
  		for (Student key : hashMap.keySet()) {
  			System.out.println(key+" "+hashMap.get(key));
  		}
  		//3.2 使用entrySet()遍历
  		for (Entry<Student, String> entry : hashMap.entrySet()) {
  			System.out.println(entry.getKey()+" "+entry.getValue());
  		}
  		//4.判断
  		//注：同上
  		System.out.println(hashMap.containsKey(new Student("he", 10)));
  		System.out.println(hashMap.containsValue("成都"));
  	}
  }

注：和之前说过的HashSet类似，重复依据是hashCode和equals方法，重写即可：

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@Override
  public int hashCode() {
      final int prime = 31;
      int result = 1;
      result = prime * result + id;
      result = prime * result + ((name == null) ? 0 : name.hashCode());
      return result;
  }
  @Override
  public boolean equals(Object obj) {
      if (this == obj)
          return true;
      if (obj == null)
          return false;
      if (getClass() != obj.getClass())
          return false;
      Student other = (Student) obj;
      if (id != other.id)
          return false;
      if (name == null) {
          if (other.name != null)
              return false;
      } else if (!name.equals(other.name))
          return false;
      return true;
  }

HashMap 源码分析

  • 默认初始化容量：static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
  • 数组最大容量：static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

  • 默认加载因子：static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

  • 链表调整为红黑树的链表长度阈值（JDK1.8）：static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

  • 红黑树调整为链表的链表长度阈值（JDK1.8）：static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

  • 链表调整为红黑树的数组最小阈值（JDK1.8）：static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

  • HashMap存储的数组：transient Node<K,V>[] table;

  • HashMap存储的元素个数：transient int size;

  • 默认加载因子是什么？
    • 就是判断数组是否扩容的一个因子。假如数组容量为100，如果HashMap的存储元素个数超过了100*0.75=75，那么就会进行扩容。
  • 链表调整为红黑树的链表长度阈值是什么？
    • 假设在数组中下标为3的位置已经存储了数据，当新增数据时通过哈希码得到的存储位置又是3，那么就会在该位置形成一个链表，当链表过长时就会转换成红黑树以提高执行效率，这个阈值就是链表转换成红黑树的最短链表长度；
  • 红黑树调整为链表的链表长度阈值是什么？
    • 当红黑树的元素个数小于该阈值时就会转换成链表。
  • 链表调整为红黑树的数组最小阈值是什么？
    • 并不是只要链表长度大于8就可以转换成红黑树，在前者条件成立的情况下，数组的容量必须大于等于64才会进行转换。

HashMap的数组table存储的就是一个个的Node<K,V>类型，很清晰地看到有一对键值，还有一个指向next的指针（以下只截取了部分源码）：

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static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
      final K key;
      V value;
      Node<K,V> next;
  }

之前的代码中在new对象时调用的是HashMap的无参构造方法，进入到该构造方法的源码查看一下：

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public HashMap() {
      this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
  }

发现没什么内容，只是赋值了一个默认加载因子；而在上文我们观察到源码中table和size都没有赋予初始值，说明刚创建的HashMap对象没有分配容量，并不拥有默认的16个空间大小，这样做的目的是为了节约空间，此时table为null，size为0。

当我们往对象里添加元素时调用put方法：

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public V put(K key, V value) {
      return putVal(hash(key), key, value, false, true);
  }

put方法把key和value传给了putVal，同时还传入了一个hash(Key)所返回的值，这是一个产生哈希值的方法，再进入到putVal方法（部分源码）：

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final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                    boolean evict) {
      Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
      if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
          n = (tab = resize()).length;
      if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
          tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
      else{
          //略
      }
  }

这里面创建了一个tab数组和一个Node变量p，第一个if实际是判断table是否为空，而我们现在只关注刚创建HashMap对象时的状态，此时tab和table都为空，满足条件，执行内部代码，这条代码其实就是把resize()所返回的结果赋给tab，n就是tab的长度，resize顾名思义就是重新调整大小。查看resize()源码（部分）：

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final Node<K,V>[] resize() {
      Node<K,V>[] oldTab = table;
      int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
      int oldThr = threshold;
      if (oldCap > 0);
      else if (oldThr > 0);
      else {               // zero initial threshold signifies using defaults
          newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
          newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
      } 
      @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
      Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
      table = newTab;
      return newTab;
  }

该方法首先把table及其长度赋值给oldTab和oldCap；threshold是阈值的意思，此时为0，所以前两个if先不管，最后else里newCap的值为默认初始化容量16；往下创建了一个newCap大小的数组并将其赋给了table，刚创建的HashMap对象就在这里获得了初始容量。然后我们再回到putVal方法，第二个if就是根据哈希码得到的tab中的一个位置是否为空，为空便直接添加元素，此时数组中无元素所以直接添加。至此HashMap对象就完成了第一个元素的添加。当添加的元素超过16*0.75=12时，就会进行扩容：

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final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,boolean evict){
      if (++size > threshold)
          resize();
  }

扩容的代码如下（部分）：

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final Node<K,V>[] resize() {
      int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
      int newCap;
      if (oldCap > 0) {
          if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {//略}
          else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                   oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
      }
  }

核心部分是else if里的移位操作，也就是说每次扩容都是原来大小的两倍。

  • 注**：额外说明的一点是在JDK1.8以前链表是头插入，JDK1.8以后链表是尾插入。

HashSet源码分析

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public class HashSet<E>
      extends AbstractSet<E>
      implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable
  {
      private transient HashMap<E,Object> map;
      private static final Object PRESENT = new Object();
      public HashSet() {
          map = new HashMap<>();
      }
  }

HashSet的存储结构就是HashMap，那它的存储方式是怎样的呢？可以看一下add方法：

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public boolean add(E e) {
      return map.put(e, PRESENT)==null;
  }

很明了地发现它的add方法调用的就是map的put方法，把元素作为map的key传进去的。。

Hashtable

  • JDK1.0版本，线程安全，运行效率慢；不允许null作为key或是value。

  • 初始容量11，加载因子0.75。

    这个集合在开发过程中已经不用了，稍微了解即可。

Properties

  • Hashtable的子类，要求key和value都是String。通常用于配置文件的读取。

它继承了Hashtable的方法，与流关系密切，此处不详解。

TreeMap

  • 实现了SortedMap接口（是Map的子接口），可以对key自动排序。
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/**
 * TreeMap的使用
 * 存储结构：红黑树
 */
public class Demo3 {
	public static void main(String[] args) {
		TreeMap<Student, Integer> treeMap=new TreeMap<Student, Integer>();
		Student s1=new Student("tang", 36);
		Student s2=new Student("yu", 101);
		Student s3=new Student("he", 10);
		//1.添加元素
		treeMap.put(s1, 21);
		treeMap.put(s2, 22);
		treeMap.put(s3, 21);
		//不能直接打印，需要实现Comparable接口，因为红黑树需要比较大小
		System.out.println(treeMap.toString());
		//2.删除元素
		treeMap.remove(new Student("he", 10));
		System.out.println(treeMap.toString());
		//3.遍历
		//3.1 使用keySet()
		for (Student key : treeMap.keySet()) {
			System.out.println(key+" "+treeMap.get(key));
		}
		//3.2 使用entrySet()
		for (Entry<Student, Integer> entry : treeMap.entrySet()) {
			System.out.println(entry.getKey()+" "+entry.getValue());
		}
		//4.判断
		System.out.println(treeMap.containsKey(s1));
		System.out.println(treeMap.isEmpty());		
	}
}

在学生类中实现Comparable接口：

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public class Student implements Comparable<Student>{
    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        int n1=this.id-o.id;
        return n1;
}

除此之外还可以使用比较器来定制比较：

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TreeMap<Student, Integer> treeMap2=new TreeMap<Student, Integer>(new Comparator<Student>() {
    @Override
    public int compare(Student o1, Student o2) {
        // 略
        return 0;
    }			
});

TreeSet源码

与HashSet类似

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public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E>
    implements NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
    private transient NavigableMap<E,Object> m;
    private static final Object PRESENT = new Object();
    TreeSet(NavigableMap<E,Object> m) {
        this.m = m;
    }
    public TreeSet() {
        this(new TreeMap<E,Object>());
    }
}

TreeSet的存储结构实际上就是TreeMap，再来看其存储方式：

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public boolean add(E e) {
    return m.put(e, PRESENT)==null;
}

它的add方法调用的就是TreeMap的put方法，将元素作为key传入到存储结构中。

Collections工具类

概念：集合工具类，定义了除了存取以外的集合常用方法。

方法：

  • public static void reverse(List<?> list)//反转集合中元素的顺序
  • public static void shuffle(List<?> list)//随机重置集合元素的顺序
  • public static void sort(List<T> list)//升序排序（元素类型必须实现Comparable接口）
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/**
 * 演示Collections工具类的使用
 *
 */
public class Demo4 {
	public static void main(String[] args) {
		List<Integer> list=new ArrayList<Integer>();
		list.add(20);
		list.add(10);
		list.add(30);
		list.add(90);
		list.add(70);
		
		//sort排序
		System.out.println(list.toString());
		Collections.sort(list);
		System.out.println(list.toString());
		System.out.println("---------");
		
		//binarySearch二分查找
		int i=Collections.binarySearch(list, 10);
		System.out.println(i);
		
		//copy复制
		List<Integer> list2=new ArrayList<Integer>();
		for(int i1=0;i1<5;++i1) {
			list2.add(0);
		}
		//该方法要求目标元素容量大于等于源目标
		Collections.copy(list2, list);
		System.out.println(list2.toString());
		
		//reserve反转
		Collections.reverse(list2);
		System.out.println(list2.toString());
		
		//shuffle 打乱
		Collections.shuffle(list2);
		System.out.println(list2.toString());
		
		//补充：list转成数组
		Integer[] arr=list.toArray(new Integer[0]);
		System.out.println(arr.length);
		//补充：数组转成集合 
		String[] nameStrings= {"tang","he","yu"};
		//受限集合，不能添加和删除
		List<String> list3=Arrays.asList(nameStrings);
		System.out.println(list3);
		
		//注：基本类型转成集合时需要修改为包装类
	}
}

本文已完结

Java基础
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作者
Evan
发布于
2022年3月15日
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