集合类存放于 Java.util 包中，主要有 3 种：set(集）、list(列表包含 Queue）和 map(映射)。
集合的体系结构
集合的特点：提供一种存储空间可变的存储模型，存储的数据容量可以随时发生改变
集合类的体系图：
单列模式是最后常见的设计模式之一,主要用途是保证在整个程序中,指定的对象只创建一次,用到的始终都是同一个对象;
1. Collection：Collection 是集合 List、Set、Queue 的最基本的接口。
2. Iterator：迭代器，可以通过迭代器遍历集合中的数据
3. Map：是映射表的基础接口
Collection集合
是单例集合的顶层接口，它表示一组对象，这些对象也称为Collection的元素
JDK 不提供此接口的任何直接实现，它提供更具体的子接口（如Set和List）实现
Collections类常用方法
方法名 | 说明 |
public static void sort(List<T> list) | 将指定的列表按升序排序 |
public static void reverse(List<?> list) | 反转指定列表中元素的顺序 |
public static void shuffle(List<?> list) | 使用默认的随机源随机排列指定的列表 |
方法名 | 说明 |
boolean add(E e) | 添加元素 |
boolean remove(Object o) | 从集合中移除指定的元素 |
void clear() | 清空集合中的元素 |
boolean contains(Object o) | 判断集合中是否存在指定的元素 |
boolean isEmpty() | 判断集合是否为空 |
int size() | 集合的长度，也就是集合中元素的个数 |
boolean hasNext() | 如果迭代具有更多元素，则返回 |
Collection集合的遍历
public class IteratorDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建集合对象
Collection<String> c = new ArrayList<>();
//添加元素
c.add("hello");
c.add("world");
c.add("java");
c.add("javaee");
//Iterator<E> iterator()：返回此集合中元素的迭代器，通过集合的iterator()方法得到
Iterator<String> it = c.iterator();
//用while循环改进元素的判断和获取
while (it.hasNext()) {
String s = it.next();
System.out.println(s);
}
}
}List集合
特点：有索引，可以存储重复元素，元素存取有序
List子类集合：List 一共三个实现类： 分别是 ArrayList、Vector 和 LinkedList。
ArrayList:排列有序，可重复，底层数据结构是数组，查询快，增删慢，线程不安全，效率高
当容量不够时，ArrayList是当前容量*1.5+1
ArrayList 是最常用的 List 实现类，内部是通过数组实现的，它允许对元素进行快速随机访问。数组的缺点是每个元素之间不能有间隔，当数组大小不满足时需要增加存储能力，就要将已经有数组的数据复制到新的存储空间中。当从 ArrayList 的中间位置插入或者删除元素时，需要对数组进行复制、移动、代价比较高。因此，它适合随机查找和遍历，不适合插入和删除。
Vector：排列有序，可重复，底层数据结构是数组，查询快，增删慢，线程安全，效率低
当容量不够时，Vector默认扩容一倍容量
Vector 与 ArrayList 一样，也是通过数组实现的，不同的是它支持线程的同步，即某一时刻只有一个线程能够写 Vector，避免多线程同时写而引起的不一致性，但实现同步需要很高的花费，因此，访问它比访问 ArrayList 慢。
LinkedList：排列有序，可重复，底层数据结构是链表，查询慢，增删快，线程不安全，效率高
LinkedList 是用链表结构存储数据的，很适合数据的动态插入和删除，随机访问和遍历速度比较慢。另外，他还提供了 List 接口中没有定义的方法，专门用于操作表头和表尾元素，可以当作堆栈、队列和双向队列使用。
List集合特有的方法
方法名 | 描述 |
void add(int index,E element) | 在此集合中的指定位置插入指定的元素 |
E remove(int index) | 删除指定索引处的元素，返回被删除的元素 |
E set(int index,E element) | 修改指定索引处的元素，返回被修改的元素 |
E get(int index) | 返回指定索引处的元素 |
List Iterator介绍
- 通过List集合的listIterator()方法得到，所以说它是List集合特有的迭代器
- 用于允许程序员沿任一方向遍历的列表迭代器，在迭代期间修改列表，并获取列表中迭代器的当前位
public class ListIteratorDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建集合对象
List<String> list = new ArrayList<String>();
//添加元素
list.add("hello");
list.add("world");
list.add("java");
//获取列表迭代器
ListIterator<String> lit = list.listIterator();
while (lit.hasNext()) {
String s = lit.next();
if(s.equals("world")) {
lit.add("javaee");
}
}
System.out.println(list);
}
}增强for循环
格式：
for(元素数据类型 变量名 : 数组/集合对象名) {
循环体;
}
Set集合
Set 注重独一无二的性质,该体系集合用于存储无序(存入和取出的顺序不一定相同)元素，值不能重复。对象的相等性本质是对象 hashCode 值（java 是依据对象的内存地址计算出的此序号）判断的，如果想要让两个不同的对象视为相等的，就必须覆盖 Object 的 hashCode 方法和 equals 方法。
特点：元素存取无序，没有索引，不能存储重复元素
哈希值：
- 什么是哈希值
是JDK根据对象的地址或字符串或数字计算出来的一串int类型的数值 - 如何获取哈希值
Object类中有一个方法：hashCode()用于获取哈希值
Set子类集合的特点：
HashSet：1，底层是哈希表结构，哈希表底层依赖2个方法hashcode，equals。2,元素存取无序 存取速度快，内部是HashMap。3.没有索引 4.不能存储重复元素。5.排列无序，不可重复
哈希表存放的是哈希值。HashSet 存储元素的顺序并不是按照存入时的顺序（和 List 显然不同） 而是按照哈希值来存的所以取数据也是按照哈希值取得。元素的哈希值是通过元素的hashcode 方法来获取的, HashSet 首先判断两个元素的哈希值，如果哈希值一样，接着会比较equals 方法 如果 equls 结果为 true ，HashSet 就视为同一个元素。如果 equals 为 false 就不是同一个元素。
哈希值相同 equals 为 false 的元素是怎么存储呢,就是在同样的哈希值下顺延（可以认为哈希值相同的元素放在一个哈希桶中）。也就是哈希一样的存一列。如图 1 表示 hashCode 值不相同的情况；图 2 表示 hashCode 值相同，但 equals 不相同的情况。
HashSet集合保证元素唯一性的原理
1.根据对象的哈希值计算存储位置
如果当前位置没有元素则直接存入
如果当前位置有元素存在，则进入第二步
2.当前的元素和已经存在的元素比较哈希值
如果哈希值不同，则将当前元素进行存储
如果哈希值相同，则进入第三步
3.通过equals()方法比较两个元素的内容
如果内容不相同，则将当前元素进行存储
如果内容相同，则不存储当前元素
为什么存储字符串的时候，字符串内容相同的只存储了一个呢 ？
通过查看add方法的源码，我们知道这个方法底层依赖2个方法：hashCode()和equals();
步骤： 首先比较哈希值，如果相同继续走，比较地址值或者equals（）；如果不同就直接添加到集合中
按照方法的步骤来说：
首先看hashCode值是否相同，
相同：继续走equals方法
返回true：说明元素重复，就不添加
返回false： 说明元素不重复，就添加到集合
不同：就直接吧元素添加到集合
如果类没有重写这2个方法就默认使用Object（）
TreeSet：
特点：排列无序，不可重复 底层使用二叉树 实现排序存储
底层数据结构是红黑树（是一个自平衡的二叉树）
保证元素排序的方式：
自然排序：
让元素所属的类实现Compareable接口
比较器排序：
让集合构造方法接受Comparator的实现类对象
TreeSet（二叉树）
- TreeSet()是使用二叉树的原理对新 add()的对象按照指定的顺序排序（升序、降序），每增加一个对象都会进行排序，将对象插入的二叉树指定的位置。
- Integer 和 String 对象都可以进行默认的 TreeSet 排序，而自定义类的对象是不可以的，自己定义的类必须实现 Comparable 接口，并且覆写相应的 compareTo()函数，才可以正常使用。
- 在覆写 compare()函数时，要返回相应的值才能使 TreeSet 按照一定的规则来排序
- 比较此对象与指定对象的顺序。如果该对象小于、等于或大于指定对象，则分别返回负整数、零或正整数。
LinkHashSet（HashSet+LinkedHashMap）
对于 LinkedHashSet 而言，它继承与 HashSet、又基于 LinkedHashMap 来实现的。LinkedHashSet 底层使用 LinkedHashMap 来保存所有元素，它继承与 HashSet，其所有的方法操作上又与 HashSet 相同，因此 LinkedHashSet 的实现上非常简单，只提供了四个构造方法，并通过传递一个标识参数，调用父类的构造器，底层构造一个 LinkedHashMap 来实现，在相关操作上与父类 HashSet 的操作相同，直接调用父类 HashSet 的方法即可。
Map集合
概述：interface Map<K,V> K：键的类型；V：值的类型
特点：
- 键值对映射关系
- 一个键对应一个值
- 键不能重复，值可以重复
- 元素存取无序
- Map集合的数据结构值针对键有效，跟值无关
Map集合和Collection集合的区别
- Map集合存储元素是成对出现的，Map集合的键是唯一的，值是可重复的。可以理解为夫妻对
- Collection 集合存储元素是单独出现的，Collection的儿子Set是唯一的，List是可重复的。可理解为：光棍
Map集合的基本功能
功能有 添加 删除 判断 获取 长度功能
方法名 | 说明 |
V put(K key,V value) | 添加元素 |
V remove(Object key) | 根据键删除键值对元素 |
void clear() | 移除所有的键值对元素 |
boolean containsKey(Object key) | 判断集合是否包含指定的键 |
boolean containsValue(Object value) | 判断集合是否包含指定的值 |
boolean isEmpty() | 判断集合是否为空 |
V get（Object key) | 根据建获取值 |
Set<k> keySet() | 获取集合中所有键的集合 |
Collection<V> values() | 获取集合中所有值的集合 |
int size() | 集合的长度，也就是集合中键值对的个数 |
map集合获取功能
- 方法介绍
方法名 | 说明 |
V get(Object key) V是返回值 | 根据键获取值 V是返回值类型，返回的是泛型V |
Set<K> keySet() Set<k>是返回值类型 | 获取所有键的集合 Set<String> keySet = map.keySet(); |
Collection<V> values() | 获取所有值的集合 Collection<V>是返回值类型 |
Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() | 获取所有键值对对象的集合 Set<Map.Entry<K,V>>是返回值类型 |
- 示例代码
public class MapDemo03 {
public static void main(String[] args) {
//创建集合对象
Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
//添加元素
map.put("张无忌", "赵敏");
map.put("郭靖", "黄蓉");
map.put("杨过", "小龙女");
//V get(Object key):根据键获取值
System.out.println(map.get("张无忌"));
System.out.println(map.g+et("张三丰"));
//Set<K> keySet():获取所有键的集合
Set<String> keySet = map.keySet();
for(String key : keySet) {//遍历Set
System.out.println(key);
}
//Collection<V> values():获取所有值的集合
Collection<String> values = map.values();
for(String value : values) {
System.out.println(value);
}
}
}Map集合的遍历(方式1)
- 键找值
- 获取所有键的集合
- 遍历键的集合，得到每一个键
- 根据键到集合中去找值
- 键值对对象找键和值
- 获取所有的键值对对象的集合
- 遍历键值对对象的集合，获取每一个键值对对象
- 根据键值对对象去获取键和值
- 遍历思路
我们刚才存储的元素都是成对出现的，所以我们把Map看成是一个夫妻对的集合
- 把所有的丈夫给集中起来
- 遍历丈夫的集合，获取到每一个丈夫
- 根据丈夫去找对应的妻子
- 步骤分析
- 获取所有键的集合。用keySet()方法实现
- 遍历键的集合，获取到每一个键。用增强for实现
- 根据键去找值。用get(Object key)方法实现
Map集合的遍历(方式2)
遍历思路
- 我们刚才存储的元素都是成对出现的，所以我们把Map看成是一个夫妻对的集合
- 获取所有结婚证的集合
- 遍历结婚证的集合，得到每一个结婚证
- 根据结婚证获取丈夫和妻子
步骤分析
- 获取所有键值对对象的集合
- Set<Map.Entry<K,V>> entrySet()：获取所有键值对对象的集合
- 遍历键值对对象的集合，得到每一个键值对对象
- 用增强for实现，得到每一个Map.Entry
- 根据键值对对象获取键和值
- 用getKey()得到键
- 用getValue()得到值
Map集合的案例
- HashMap集合练习之键是String值是Student
案例需求
创建一个HashMap集合，键是学号(String)，值是学生对象(Student)。存储三个键值对元素，并遍历
代码实现
//学生类
public class Student {
private String name;
private int age;
}
//测试类
/*
需求：
创建一个HashMap集合，键是学号(String)，值是学生对象(Student)。存储三个键值对元素，并遍历
思路：
1:定义学生类
2:创建HashMap集合对象
3:创建学生对象
4:把学生添加到集合
5:遍历集合
方式1：键找值
方式2：键值对对象找键和值
*/
public class HashMapDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建HashMap集合对象
HashMap<String, Student> hm = new HashMap<String, Student>();
//创建学生对象
Student s1 = new Student("林青霞", 30);
Student s2 = new Student("张曼玉", 35);
Student s3 = new Student("王祖贤", 33);
//把学生添加到集合
hm.put("itheima001", s1);
hm.put("itheima002", s2);
hm.put("itheima003", s3);
//方式1：键找值
Set<String> keySet = hm.keySet();
for (String key : keySet) {
Student value = hm.get(key);
System.out.println(key + "," + value.getName() + "," + value.getAge());
}
System.out.println("--------");
//方式2：键值对对象找键和值
Set<Map.Entry<String, Student>> entrySet = hm.entrySet();
for (Map.Entry<String, Student> me : entrySet) {
String key = me.getKey();
Student value = me.getValue();
System.out.println(key + "," + value.getName() + "," + value.getAge());
}
}
}- HashMap集合练习之键是Student值是String
案例需求
- 创建一个HashMap集合，键是学生对象(Student)，值是居住地 (String)。存储多个元素，并遍历。
- 要求保证键的唯一性：如果学生对象的成员变量值相同，我们就认为是同一个对象
代码实现
//学生类
public class Student {
private String name;
private int age;
}
//测试类
public class HashMapDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建HashMap集合对象
HashMap<Student, String> hm = new HashMap<Student, String>();
//创建学生对象
Student s1 = new Student("林青霞", 30);
Student s2 = new Student("张曼玉", 35);
Student s3 = new Student("王祖贤", 33);
Student s4 = new Student("王祖贤", 33);
//把学生添加到集合
hm.put(s1, "西安");
hm.put(s2, "武汉");
hm.put(s3, "郑州");
hm.put(s4, "北京");
//遍历集合
Set<Student> keySet = hm.keySet();
for (Student key : keySet) {
String value = hm.get(key);
System.out.println(key.getName() + "," + key.getAge() + "," + value);
}
}
}- 集合嵌套之ArrayList嵌套HashMap
案例需求
- 创建一个ArrayList集合，存储三个元素，每一个元素都是HashMap
- 每一个HashMap的键和值都是String，并遍历。
代码实现
public class ArrayListIncludeHashMapDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建ArrayList集合
ArrayList<HashMap<String, String>> array = new ArrayList<HashMap<String, String>>();
//创建HashMap集合，并添加键值对元素
HashMap<String, String> hm1 = new HashMap<String, String>();
hm1.put("孙策", "大乔");
hm1.put("周瑜", "小乔");
//把HashMap作为元素添加到ArrayList集合
array.add(hm1);
HashMap<String, String> hm2 = new HashMap<String, String>();
hm2.put("郭靖", "黄蓉");
hm2.put("杨过", "小龙女");
//把HashMap作为元素添加到ArrayList集合
array.add(hm2);
HashMap<String, String> hm3 = new HashMap<String, String>();
hm3.put("令狐冲", "任盈盈");
hm3.put("林平之", "岳灵珊");
//把HashMap作为元素添加到ArrayList集合
array.add(hm3);
//遍历ArrayList集合
for (HashMap<String, String> hm : array) {
Set<String> keySet = hm.keySet();
for (String key : keySet) {
String value = hm.get(key);
System.out.println(key + "," + value);
}
}
}
}- 集合嵌套之HashMap嵌套ArrayList
案例需求
- 创建一个HashMap集合，存储三个键值对元素，每一个键值对元素的键是String，值是ArrayList
- 每一个ArrayList的元素是String，并遍历。
代码实现
public class HashMapIncludeArrayListDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建HashMap集合
HashMap<String, ArrayList<String>> hm = new HashMap<String, ArrayList<String>>();
//创建ArrayList集合，并添加元素
ArrayList<String> sgyy = new ArrayList<String>();
sgyy.add("诸葛亮");
sgyy.add("赵云");
//把ArrayList作为元素添加到HashMap集合
hm.put("三国演义",sgyy);
ArrayList<String> xyj = new ArrayList<String>();
xyj.add("唐僧");
xyj.add("孙悟空");
//把ArrayList作为元素添加到HashMap集合
hm.put("西游记",xyj);
ArrayList<String> shz = new ArrayList<String>();
shz.add("武松");
shz.add("鲁智深");
//把ArrayList作为元素添加到HashMap集合
hm.put("水浒传",shz);
//遍历HashMap集合
Set<String> keySet = hm.keySet();
for(String key : keySet) {
System.out.println(key);
ArrayList<String> value = hm.get(key);
for(String s : value) {
System.out.println("\t" + s);
}
}
}
}- 统计字符串中每个字符出现的次数‘
案例需求
- 键盘录入一个字符串，要求统计字符串中每个字符串出现的次数。
- 举例：键盘录入“aababcabcdabcde” 在控制台输出：“a(5)b(4)c(3)d(2)e(1)”
代码实现
public class HashMapDemo {
public static void main(String[] args) {
//键盘录入一个字符串
Scanner sc = new Scanner(System.in);
System.out.println("请输入一个字符串：");
String line = sc.nextLine();
//创建HashMap集合，键是Character，值是Integer
// HashMap<Character, Integer> hm = new HashMap<Character, Integer>();
TreeMap<Character, Integer> hm = new TreeMap<Character, Integer>();
//遍历字符串，得到每一个字符
for (int i = 0; i < line.length(); i++) {
char key = line.charAt(i);
//拿得到的每一个字符作为键到HashMap集合中去找对应的值，看其返回值
Integer value = hm.get(key);
if (value == null) {
//如果返回值是null：说明该字符在HashMap集合中不存在，就把该字符作为键，1作为值存储
hm.put(key,1);
} else {
//如果返回值不是null：说明该字符在HashMap集合中存在，把该值加1，然后重新存储该字符和对应的值
value++;
hm.put(key,value);
}
}
//遍历HashMap集合，得到键和值，按照要求进行拼接
StringBuilder sb = new StringBuilder();
Set<Character> keySet = hm.keySet();
for(Character key : keySet) {
Integer value = hm.get(key);
sb.append(key).append("(").append(value).append(")");
}
String result = sb.toString();
//输出结果
System.out.println(result);
}
}Map集合子类
HashMap
- 键不可重复，值可重复
- 底层是哈希表，线程不安全
- 允许key值为null，value也可以为null
- HashMap:是基于哈希表的Map接口实现
- 哈希表的作用是用来保证键的唯一性的
- HashMap<String,String> 键：String 值： String
HashMap 根据键的 hashCode 值存储数据，大多数情况下可以直接定位到它的值，因而具有很快的访问速度，但遍历顺序却是不确定的。 HashMap 最多只允许一条记录的键为 null，允许多条记录的值为 null。HashMap 非线程安全，即任一时刻可以有多个线程同时写 HashMap，可能会导致数据的不一致。如果需要满足线程安全，可以用 Collections 的 synchronizedMap 方法使HashMap 具有线程安全的能力，或者使用 ConcurrentHashMap。我们用下面这张图来介绍HashMap 的结构。
大方向上，HashMap 里面是一个数组，然后数组中每个元素是一个单向链表。上图中，每个绿色的实体是嵌套类 Entry 的 实例，Entry 包含四个属性：key, value, hash 值和用于单向链表的 next。
1.capacity：当前数组容量，始终保持 2^n，可以扩容，扩容后数组大小为当前的 2 倍。
2.loadFactor：负载因子，默认为 0.75。
Java8 对 HashMap 进行了一些修改，最大的不同就是利用了红黑树，所以其由 数组+链表+红黑树 组成。
根据 Java7 HashMap 的介绍，我们知道，查找的时候，根据 hash 值我们能够快速定位到数组的具体下标，但是之后的话，需要顺着链表一个个比较下去才能找到我们需要的，时间复杂度取决于链表的长度，为 O(n)。为了降低这部分的开销，在 Java8 中，当链表中的元素超过了 8 个以后，会将链表转换为红黑树，在这些位置进行查找的时候可以降低时间复杂度为 O(logN)。
Hashtable
- 键不可重复值可重复
- 底层是哈希表
- 线程安全
- key和value不允许为null
Hashtable 是遗留类，很多映射的常用功能与 HashMap 类似，不同的是它承自 Dictionary 类，并且是线程安全的，任一时间只有一个线程能写 Hashtable，并发性不如 ConcurrentHashMap，因为 ConcurrentHashMap 引入了分段锁。Hashtable 不建议在新代码中使用，不需要线程安全的场合可以用 HashMap 替换，需要线程安全的场合可以用 ConcurrentHashMap 替换。
LinkedHashMap
- LinkedHashMap：是Map接口的哈希表和链表列表的实现，具有可预知的迭代顺序
有哈希表保证键的唯一性
Hashtable和HashMap的区别?
Hashtable :线程安全，效率低，不允许null键和null值
HashMap：线程不安全，效率低，允许null键和null值
3.4.4. TreeMap（可排序）
TreeMap 实现 SortedMap 接口，能够把它保存的记录根据键排序，默认是按键值的升序排序，
也可以指定排序的比较器，当用 Iterator 遍历 TreeMap 时，得到的记录是排过序的。
如果使用排序的映射，建议使用 TreeMap。
在使用 TreeMap 时，key 必须实现 Comparable 接口或者在构造 TreeMap 传入自定义的
Comparator，否则会在运行时抛出 java.lang.ClassCastException 类型的异常。
参考：https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-tree/index.html
3.4.5. LinkHashMap（记录插入顺序）
LinkedHashMap 是 HashMap 的一个子类，保存了记录的插入顺序，在用 Iterator 遍历
LinkedHashMap 时，先得到的记录肯定是先插入的，也可以在构造时带参数，按照访问次序排序。
