【JAVA进阶】Set集合、Map集合

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热爱编程的小白白 2023-05-20 01:49:46 ©著作权

文章标签 数据结构 System 键值对 java 文章分类 代码人生

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一、Set系列集合

1.HashSet

2.LinkedHashSet

3.TreeSet

二、补充知识

1.可变参数

2.集合工具类Collections

三、Map集合体系

1.Map集合的概述

2.Map集合体系特点

3.Map集合常用API

4.Map集合的遍历方式

1.Map集合的遍历方式一：键找值

2.Map集合的遍历方式二：键值对

3.Map集合的遍历方式三：Lambda

5.Map集合的实现类HashMap

6.Map集合的实现类LinkedHashMap

7.Map集合的实现类TreeMap

一、Set系列集合

Set系列集合特点

无序：存取顺序不一致
不重复：可以去除重复
无索引：没有带索引的方法，所以不能使用普通for循环遍历，也不能通过索引来获取元素。

Set集合实现类特点

HashSet : 无序、不重复、无索引。
LinkedHashSet：有序、不重复、无索引。
TreeSet：可排序、不重复、无索引。

1.HashSet

HashSet集合底层采取哈希表存储的数据。
哈希表是一种对于增删改查数据性能都较好的结构。

HashSet底层原理

HashSet集合底层采取哈希表存储的数据。
哈希表是一种对于增删改查数据性能都较好的结构。

哈希表的组成

JDK8之前的，底层使用数组+链表组成
JDK8开始后，底层采用数组+链表+红黑树组成。

在了解哈希表之前需要先理解哈希值的概念

哈希值

是JDK根据对象的地址，按照某种规则算出来的int类型的数值。

Object类的API

public int hashCode()：返回对象的哈希值

对象的哈希值特点

同一个对象多次调用hashCode()方法返回的哈希值是相同的
默认情况下，不同对象的哈希值是不同的。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String str="123";

        System.out.println(str.hashCode());
        System.out.println(str.hashCode());

        String str2="1234";

        System.out.println(str2.hashCode());
        System.out.println(str2.hashCode());
    }
}

【JAVA进阶】Set集合、Map集合_数据结构

2.LinkedHashSet

有序、不重复、无索引。
这里的有序指的是保证存储和取出的元素顺序一致
原理：底层数据结构是依然哈希表，只是每个元素又额外的多了一个双链表的机制记录存储的顺序。

3.TreeSet

不重复、无索引、可排序
可排序：按照元素的大小默认升序（有小到大）排序。
TreeSet集合底层是基于红黑树的数据结构实现排序的，增删改查性能都较好。
注意：TreeSet集合是一定要排序的，可以将元素按照指定的规则进行排序。

TreeSet集合默认的规则

对于数值类型：Integer , Double，官方默认按照大小进行升序排序。
对于字符串类型：默认按照首字符的编号升序排序。
对于自定义类型如Student对象，TreeSet无法直接排序。

自定义排序规则

TreeSet集合存储对象的的时候有2种方式可以设计自定义比较规则

方式一让自定义的类（如学生类）实现Comparable接口重写里面的compareTo方法来定制比较规则。
方式二 TreeSet集合有参数构造器，可以设置Comparator接口对应的比较器对象，来定制比较规则。

1. 如果希望元素可以重复，又有索引，索引查询要快？
用ArrayList集合，基于数组的。（用的最多）

2. 如果希望元素可以重复，又有索引，增删首尾操作快？
用LinkedList集合，基于链表的。

3. 如果希望增删改查都快，但是元素不重复、无序、无索引。
用HashSet集合，基于哈希表的。

4. 如果希望增删改查都快，但是元素不重复、有序、无索引。
用LinkedHashSet集合，基于哈希表和双链表。

5. 如果要对对象进行排序。
用TreeSet集合，基于红黑树。后续也可以用List集合实现排序。

二、补充知识

1.可变参数

可变参数

可变参数用在形参中可以接收多个数据。
可变参数的格式：数据类型...参数名称

可变参数的作用

接收参数非常灵活，方便。可以不接收参数，可以接收1个或者多个参数，也可以接收一个数组
可变参数在方法内部本质上就是一个数组。

可变参数的注意事项：

1.一个形参列表中可变参数只能有一个

2.可变参数必须放在形参列表的最后面

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
       test(0);
       System.out.println("---------------------");
       test(1,2);
        System.out.println("---------------------");
       test(1,3,5,7);
    }


    public static void test(int... num) {
        for (int i = 0; i < num.length; i++) {
            System.out.println(num[i]);
        }


    }

}

【JAVA进阶】Set集合、Map集合_java_02

2.集合工具类Collections

Collections集合工具类

java.utils.Collections:是集合工具类
作用：Collections并不属于集合，是用来操作集合的工具类。

Collections常用的API

方法名称	说明
public static <T> boolean addAll(Collection<? super T> c, T... elements)	给集合对象批量添加元素
public static void shuffle(List<?> list)	打乱List集合元素的顺序

Collections排序相关API

使用范围：只能对于List集合的排序。

排序方式1：

方法名称	说明
public static <T> void sort(List<T> list)	将集合中元素按照默认规则排序

注意：本方式不可以直接对自定义类型的List集合排序，除非自定义类型实现了比较规则Comparable接口。

public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        Collections.addAll(list,"98","5","2","7","3","1");
        System.out.println(list);
        Collections.sort(list);
        System.out.println(list);

    }

【JAVA进阶】Set集合、Map集合_java_03

排序方式2：

方法名称	说明
public static <T> void sort(List<T> list，Comparator<? super T> c)	将集合中元素按照指定规则排序

三、Map集合体系

1.Map集合的概述

Map集合概述和使用

Map集合是一种双列集合，每个元素包含两个数据。
Map集合的每个元素的格式：key=value(键值对元素)。
Map集合也被称为“键值对集合”。

Map集合整体格式：

Collection集合的格式: [元素1,元素2,元素3..]
Map集合的完整格式：{key1=value1 , key2=value2 , key3=value3 , ...}

2.Map集合体系特点

Map集合体系

【JAVA进阶】Set集合、Map集合_java_04

说明

使用最多的Map集合是HashMap。
重点掌握HashMap , LinkedHashMap , TreeMap。其他的后续理解。

【JAVA进阶】Set集合、Map集合_键值对_05

Map集合体系特点

Map集合的特点都是由键决定的。
Map集合的键是无序,不重复的，无索引的，值不做要求（可以重复）。
Map集合后面重复的键对应的值会覆盖前面重复键的值。
Map集合的键值对都可以为null。

Map集合实现类特点

HashMap:元素按照键是无序，不重复，无索引，值不做要求。（与Map体系一致）
LinkedHashMap:元素按照键是有序，不重复，无索引，值不做要求。
TreeMap：元素按照建是排序，不重复，无索引的，值不做要求。

3.Map集合常用API

Map集合

Map是双列集合的祖宗接口，它的功能是全部双列集合都可以继承使用的。

Map API如下:

方法名称	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
int size()	集合的长度，也就是集合中键值对的个数

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
        //1.V put(K key,V value) 添加元素
        map.put("java",1);
        map.put("html",12);
        map.put("css",21);
        map.put("rust",3);
        map.put("js",9);
        System.out.println(map);
        System.out.println("-------------------------");
        //2.V remove(Object key)	根据键删除键值对元素
        map.remove("java");
        System.out.println(map);
        System.out.println("-------------------------");
        //3.void clear()	移除所有的键值对元素
//        map.clear();
//        System.out.println(map);
//        System.out.println("-------------------------");
        //4. boolean containsKey(Object key)	判断集合是否包含指定的键
        System.out.println(map.containsKey("java"));
        System.out.println(map.containsKey("js"));
        System.out.println("-------------------------");
        //5.boolean containsValue(Object value)	判断集合是否包含指定的值
        System.out.println(map.containsValue(12));
        System.out.println("-------------------------");
        //6. boolean isEmpty()	判断集合是否为空
        System.out.println(map.isEmpty());
        System.out.println("-------------------------");
        //7. int size()	集合的长度，也就是集合中键值对的个数
        System.out.println(map.size());


    }




}

4.Map集合的遍历方式

Map集合的遍历方式有：3种。

方式一：键找值的方式遍历：先获取Map集合全部的键，再根据遍历键找值。
方式二：键值对的方式遍历，把“键值对“看成一个整体，难度较大。
方式三：JDK 1.8开始之后的新技术：Lambda表达式。

1.Map集合的遍历方式一：键找值

先获取Map集合的全部键的Set集合。
遍历键的Set集合，然后通过键提取对应值。

键找值涉及到的API:

方法名称	说明
Set<K> keySet()	获取所有键的集合
V get(Object key)	根据键获取值

public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
        //1.V put(K key,V value) 添加元素
        map.put("java",1);
        map.put("html",12);
        map.put("css",21);
        map.put("rust",3);
        map.put("js",9);
        System.out.println(map);

        Set<String> keys = map.keySet();
        for (String key : keys) {
            Integer value = map.get(key);
            System.out.println(key+"----->"+value);
        }

    }

【JAVA进阶】Set集合、Map集合_java_06

2.Map集合的遍历方式二：键值对

先把Map集合转换成Set集合，Set集合中每个元素都是键值对实体类型了。
遍历Set集合，然后提取键以及提取值。

键值对涉及到的API:

方法名称	说明
Set<Map.Entry<K,V>> entrySet()	获取所有键值对对象的集合
K getKey()	获得键
V getValue()	获取值

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Set;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
        //1.V put(K key,V value) 添加元素
        map.put("java", 1);
        map.put("html", 12);
        map.put("css", 21);
        map.put("rust", 3);
        map.put("js", 9);
        System.out.println(map);

        Set<Map.Entry<String, Integer>> entries = map.entrySet();
        for (Map.Entry<String, Integer> entry : entries) {
            String key = entry.getKey();
            Integer value = entry.getValue();
            System.out.println(key+"----->"+value);
        }
        }

    }

【JAVA进阶】Set集合、Map集合_java_07

3.Map集合的遍历方式三：Lambda

得益于JDK 8开始的新技术Lambda表达式，提供了一种更简单、更直接的遍历集合的方式。

Map结合Lambda遍历的API

方法名称	说明
default void forEach(BiConsumer<? super K, ? super V> action)	结合lambda遍历Map集合

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
        //1.V put(K key,V value) 添加元素
        map.put("java", 1);
        map.put("html", 12);
        map.put("css", 21);
        map.put("rust", 3);
        map.put("js", 9);
        System.out.println(map);

        map.forEach(new BiConsumer<String, Integer>() {
            @Override
            public void accept(String key, Integer value) {
                System.out.println(key+"----->"+value);
            }
        });


}

 }

代码简化一下：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
        //1.V put(K key,V value) 添加元素
        map.put("java", 1);
        map.put("html", 12);
        map.put("css", 21);
        map.put("rust", 3);
        map.put("js", 9);
        System.out.println(map);

        map.forEach( (key,  value) ->{
                System.out.println(key+"----->"+value);
        });


}

 }

【JAVA进阶】Set集合、Map集合_数据结构_08

5.Map集合的实现类HashMap

【JAVA进阶】Set集合、Map集合_System_09

说明

使用最多的Map集合是HashMap。
重点掌握HashMap , LinkedHashMap , TreeMap。其他的后续理解。

HashMap的特点

HashMap是Map里面的一个实现类。特点都是由键决定的：无序、不重复、无索引
没有额外需要学习的特有方法，直接使用Map里面的方法就可以了。
HashMap跟HashSet底层原理是一模一样的，都是哈希表结构，只是HashMap的每个元素包含两个值而已。

实际上：Set系列集合的底层就是Map实现的，只是Set集合中的元素只要键数据，不要值数据而已。

HashMap 是 Java 中的一个集合类，它用来存储键值对。它实现了 Map 接口，可以存储不同类型的键和值，并且允许 null 值。在 HashMap 中，键是唯一的，值可以重复。

HashMap 中最常用的方法包括：

put(key, value)：将键值对添加到 HashMap 中。
get(key)：获取指定键对应的值。
remove(key)：删除指定键对应的键值对。
containsKey(key)：判断 HashMap 是否包含指定的键。
keySet()：返回 HashMap 中所有键组成的 Set 集合。

public static void main(String[] args) {
        // 创建一个名为capitalCities的HashMap对象
        HashMap<String, String> capitalCities = new HashMap<String, String>();

        // 添加键和值（国家，城市）
        capitalCities.put("England", "London");
        capitalCities.put("Germany", "Berlin");
        capitalCities.put("Norway", "Oslo");
        capitalCities.put("USA", "Washington DC");

        // 通过使用键访问值
        System.out.println("英格兰的首都是 " + capitalCities.get("England"));

        // 删除一个键和值
        capitalCities.remove("Norway");

        // 打印键
        System.out.println("键: " + capitalCities.keySet());

        // 检查一个键是否在HashMap中
        System.out.println("capitalCities是否包含Norway作为键？ " + capitalCities.containsKey("Norway"));
    }

英格兰的首都是 London
键: [USA, England, Germany]
capitalCities是否包含Norway作为键？ false

6.Map集合的实现类LinkedHashMap

LinkedHashMap是Java集合框架中的一种Map实现，它继承自 HashMap 类，底层使用双向链表维护元素的顺序。特点是能够保持插入顺序，即遍历顺序与插入顺序相同，同时也支持按照访问顺序排序，即根据元素最近被访问的时间排序。其键值对是唯一的，键和值都可以为null。对于访问顺序，可以通过构造函数或调用 afterNodeAccess、beforeNodeInsertion 等访问方法来配置。此外，LinkedHashMap 还实现了 removeEldestEntry 方法，它的作用是当元素个数超过指定阈值时，删除最不常访问的元素。

LinkedHashMap类实现了Map接口，使用双向链表维护插入顺序。具有如下主要方法：

void clear()：从此映射中删除所有映射关系。
boolean containsKey(Object key)：如果此映射包含指定键的映射关系，则返回true。
boolean containsValue(Object value)：如果此映射将一个或多个键映射到指定值，则返回true。
Set<Entry<K,V>> entrySet()：返回此映射中所包含的映射关系的Set视图。
V get(Object key)：返回指定键所映射的值；如果此映射不包含该键的映射关系，则返回null。
boolean isEmpty()：如果此映射未包含键-值映射关系，则返回true。
Set<K> keySet()：返回此映射中包含的键的Set视图。
V put(K key, V value)：将指定的值与此映射中的指定键关联。
void putAll(Map<? extends K,? extends V> m)：将指定映射中的所有映射关系复制到此映射中。
V remove(Object key)：从此映射中移除指定键的映射关系（如果存在）。
int size()：返回此映射中的键-值映射关系数。
Collection<V> values()：返回此映射中包含的值的Collection视图。

注意：LinkedHashMap是非线程安全的。

LinkedHashMap集合可以保持插入顺序，如果已经存在的键再次被放入，那么会把原来对应的值覆盖掉。以下是一个简单的例子：

import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Map;

public class LinkedHashMapDemo {

    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> map = new LinkedHashMap<>(); // 创建 LinkedHashMap 对象
        map.put("apple", 1); // 插入数据
        map.put("banana", 2);
        map.put("orange", 3);
        map.put("apple", 4); // 覆盖相同键的值
        for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) { // 遍历输出
            System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());
        }
    }
}

apple: 4
banana: 2
orange: 3

7.Map集合的实现类TreeMap

TreeMap 是 Java 中的一种有序的数据结构，基于红黑树实现，可以根据键值进行排序。TreeMap 中存储的元素都是键值对(key-value)，其中键是唯一的。

TreeMap集合概述和特点:

由键决定特性：不重复、无索引、可排序
可排序：按照键数据的大小默认升序（有小到大）排序。只能对键排序。
注意：TreeMap集合是一定要排序的，可以默认排序，也可以将键按照指定的规则进行排序
TreeMap跟TreeSet一样底层原理是一样的。

TreeMap集合自定义排序规则有2种

类实现Comparable接口，重写比较规则。
集合自定义Comparator比较器对象，重写比较规则。

import java.util.TreeMap;

public class TreeMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个TreeMap对象，指定键的类型为String，值的类型为Integer
        TreeMap<String, Integer> map = new TreeMap<>();

        // put()方法向TreeMap中添加元素
        map.put("apple", 1);
        map.put("banana", 2);
        map.put("orange", 3);

        // 通过遍历TreeMap来获取元素
        for (String key : map.keySet()) {
            System.out.println(key + ": " + map.get(key));
        }
    }
}

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