集合简介
- 集合(Collection)就是“由若干个确定的元素所构成的整体”。为了便于处理一组类似的数据，在计算机中引入集合。
- 在Java中，如果一个Java对象可以在内部持有若干其他Java对象，并对外提供访问接口，我们把这种Java对象称为集合。显然，Java的数组可以看作是一种集合：
String[] ss = new String[10]; // 可以持有10个String对象
ss[0] = "Hello"; // 可以放入String对象
String first = ss[0]; // 可以获取String对象- 数组有如下限制：1）数组初始化后大小不可变；2）数组只能按索引顺序存取。因此，我们需要各种不同类型的集合类来处理不同的数据。
- Java标准库自带的
java.util包提供了集合类：Collection，它是除Map外所有其他集合类的根接口。Java的java.util包主要提供了以下三种类型的集合：
- List：一种有序列表的集合，例如，按索引排列的Student的List；
- Set：一种保证没有重复元素的集合，例如，所有无重复名称的Student的Set；
- Map：一种通过键值（key-value）查找的映射表集合，例如，根据Student的name查找对应Student的Map。
- Java集合的设计有几个特点：一是实现了接口和实现类相分离，二是支持泛型，我们可以限制在一个集合中只能放入同一种数据类型的元素。
- Java访问集合总是通过统一的方式——迭代器（Iterator）来实现，它最明显的好处在于无需知道集合内部元素是按什么方式存储的。
注意：有一小部分集合类是遗留类，不应该继续使用：
-
Hashtable：一种线程安全的Map实现； -
Vector：一种线程安全的List实现； -
Stack：基于Vector实现的LIFO的栈； -
Enumeration<E>：已被Iterator<E>取代。
使用List
- 在集合类中，
List是最基础的一种集合：它是一种有序列表。List的行为和数组几乎完全相同，在添加和删除元素的时候，会非常不方便。因此，在实际应用中，需要增删元素的有序列表，我们使用最多的是ArrayList。实际上，ArrayList在内部使用了数组来存储所有元素。 -
ArrayList把添加和删除的操作封装起来，让我们操作List类似于操作数组，却不用关心内部元素如何移动。 - 我们考察
List<E>接口，可以看到几个主要的接口方法：
- 在末尾添加一个元素：
boolean add(E e) - 在指定索引添加一个元素：
boolean add(int index, E e) - 删除指定索引的元素：
int remove(int index) - 删除某个元素：
int remove(Object e) - 获取指定索引的元素：
E get(int index) - 获取链表大小（包含元素的个数）：
int size()
- 实现
List接口并非只能通过数组（即ArrayList的实现方式）来实现，另一种LinkedList通过“链表”也实现了List接口。在LinkedList中，它的内部每个元素都指向下一个元素：
- 我们来比较一下
ArrayList和LinkedList：
ArrayList | LinkedList | |
获取指定元素 | 速度很快 | 需要从头开始查找元素 |
添加元素到末尾 | 速度很快 | 速度很快 |
在指定位置添加/删除 | 需要移动元素 | 不需要移动元素 |
内存占用 | 少 | 较大 |
通常情况下，我们总是优先使用ArrayList。
- List的特点
- 允许添加重复的元素
- 允许添加null
public class ListTest {
public static void main(String[] args) {
List<String> list=new ArrayList<>();
list.add("apple");//size=1
list.add("pear"); //size=2
list.add("apple"); //size=3
list.add(null); //size=4
System.out.println(list.size());
System.out.println(list);
}
}- 创建LIst的方法
- 使用
ArrayList和LinkedList - 通过
List接口提供的of()方法(JDK9新特性)
List<Integer> list = List.of(1, 2, 5);
//但是List.of()方法不接受null值，如果传入null，会抛出NullPointerException异常。- 遍历List的方法
- for循环+索引
public class Main {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("apple");//size=1
list.add("pear"); //size=2
list.add("banana"); //size=3
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
String s = list.get(i);
System.out.println(s);
}
}
}但这种方式并不推荐，一是代码复杂，二是因为get(int)方法只有ArrayList的实现是高效的，换成LinkedList后，索引越大，访问速度越慢。
- 使用迭代器
Iterator来访问List
Iterator对象有两个方法：boolean hasNext()判断是否有下一个元素，E next()返回下一个元素。
public class Main {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("apple");//size=1
list.add("pear"); //size=2
list.add("banana"); //size=3
for (Iterator<String> it = list.iterator(); it.hasNext(); ) {
String s = it.next();
System.out.println(s);
}
}
}由于Iterator遍历是如此常用，所以，Java的for each循环本身就可以帮我们使用Iterator遍历。
for (String s : list) {
System.out.println(s);
}- List和Array的转换
a. List–>Array
i. 调用toArray()方法直接返回一个Object[]数组，这种方法会丢失类型信息，所以实际应用很少。
Object[] array=list.toArray();
for (Object s:array){
System.out.println(s);
}ii. 给toArray(T[])传入一个类型相同的Array，List内部自动把元素复制到传入的Array中。
public class Main {
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list = List.of(12, 34, 56);
Integer[] array = list.toArray(new Integer[3]);
for (Integer n : array) {
System.out.println(n);
}
}
}注意：如果传入的数组不够大，那么List内部会创建一个新的刚好够大的数组，填充后返回；如果传入的数组比List元素还要多，那么填充完元素后，剩下的数组元素一律填充null。
b. Array–>List
i. 通过List.of(T...)方法（JDK9）
ii. 对于JDK 11之前的版本，可以使用Arrays.asList(T...)方法把数组转换成List
Integer[] array1 = { 1, 2, 3 };
List<Integer> list2 = Arrays.asList(array);
System.out.println(list2);注意，如果我们调用List.of()，它返回的是一个只读List，对只读List调用add()、remove()方法会抛出UnsupportedOperationException。
编写equals方法
- 要正确使用
List的contains()、indexOf()这些方法，放入的实例必须正确覆写equals()方法，否则，放进去的实例，查找不到。我们之所以能正常放入String、Integer这些对象，是因为Java标准库定义的这些类已经正确实现了equals()方法。 - 如何正确编写
equals()方法？equals()方法要求我们必须满足以下条件：
- 自反性（Reflexive）：对于非
null的x来说，x.equals(x)必须返回true； - 对称性（Symmetric）：对于非
null的x和y来说，如果x.equals(y)为true，则y.equals(x)也必须为true； - 传递性（Transitive）：对于非
null的x、y和z来说，如果x.equals(y)为true，y.equals(z)也为true，那么x.equals(z)也必须为true； - 一致性（Consistent）：对于非
null的x和y来说，只要x和y状态不变，则x.equals(y)总是一致地返回true或者false； - 对
null的比较：即x.equals(null)永远返回false。
- 以Person为例，定义“相等”的逻辑含义。对于
Person类，如果name相等，并且age相等，我们就认为两个Person实例相等。
public class Main {
public static void main(String[] args) {
List<Person> list = List.of(
new Person("Xiao Ming"),
new Person("Xiao Hong"),
new Person("Bob")
);
System.out.println(list.contains(new Person("Bob"))); // TRUE
}
}
class Person {
public String name;
public int age;
public Person(String name) {
this.name = name;
}
public boolean equals(Object o) {
if (o instanceof Person) {
Person p = (Person) o;
boolean nameEquals = false;
if (this.name == null && p.name == null) {
nameEquals = true;
}
if (this.name != null) {
nameEquals = this.name.equals(p.name);
}
return nameEquals && this.age == p.age;
}
return false;
}
}如果Person有好几个引用类型的字段，上面的写法就太复杂了。要简化引用类型的比较，我们使用Objects.equals()静态方法：
public boolean equals(Object o) {
if (o instanceof Person) {
Person p = (Person) o;
return Objects.equals(this.name, p.name) && this.age == p.age;
}
return false;
}使用Objects.equals()比较两个引用类型是否相等的目的是省去了判断null的麻烦。两个引用类型都是null时它们也是相等的。
使用Map
-
Map这种键值（key-value）映射表的数据结构，作用就是能高效通过key快速查找value（元素）。 -
Map<K, V>是一种键-值映射表，当我们调用put(K key, V value)方法时，就把key和value做了映射并放入Map。当我们调用V get(K key)时，就可以通过key获取到对应的value。如果key不存在，则返回null。和List类似，Map也是一个接口，最常用的实现类是HashMap。 - 如果只是想查询某个
key是否存在，可以调用boolean containsKey(K key)方法。 - Map中不存在重复的key，value可重复，因为放入相同的key，只会把原有的key-value对应的value给替换掉。
public class MapTest {
public static void main(String[] args) {
Person p = new Person("liu", 22);
Map<String, Person> map = new HashMap<>();
map.put("liu", p);//将“liu”和Person实例映射并关联
Person target = map.get("liu"); //通过key查找并返回映射的Person实例
System.out.println(target == p); //true，同一个实例
System.out.println(target.age); //22
Person another=map.get("Bob");
System.out.println(another); //未找到，返回null
System.out.println(map.containsKey("liu"));
}
}- 遍历Map
- 键找值方式：要遍历
key可以使用for each循环遍历Map实例的keySet()方法返回的Set集合，它包含不重复的key的集合
public static void main(String[] args) {
Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
map.put("apple", 123);
map.put("pear", 456);
map.put("banana", 789);
for (String key : map.keySet()) {
Integer value = map.get(key);
System.out.println(key + " = " + value);
}
}- 键值对方式：同时遍历
key和value可以使用for each循环遍历Map对象的entrySet()集合，它包含每一个key-value映射
public static void main(String[] args) {
Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
map.put("apple", 123);
map.put("pear", 456);
map.put("banana", 789);
for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {
String key = entry.getKey();
Integer value = entry.getValue();
System.out.println(key + " = " + value);
}
}-
Map和List不同的是，Map存储的是key-value的映射关系，并且，它不保证顺序。在遍历的时候，遍历的顺序既不一定是put()时放入的key的顺序，也不一定是key的排序顺序。
HashMap&HashCOde
-
HashMap之所以能根据key直接拿到value，原因是它内部通过空间换时间的方法，用一个大数组存储所有value，并根据key直接计算出value应该存储在哪个索引。 - HashMap<K,V>：存储数据采用的哈希表结构，元素的存取顺序不能保证一致。由于要保证键的唯一、不重复，需要重写键的hashCode()方法、equals()方法。
- 在
Map的内部，对key做比较是通过equals()实现的，正确使用Map必须保证：作为key的对象必须正确覆写equals()方法。通过key计算索引的方式就是调用key对象的hashCode()方法，它返回一个int整数。HashMap正是通过这个方法直接定位key对应的value的索引，继而直接返回value。 - 正确使用
Map必须保证：
a. 作为key的对象必须正确覆写equals()方法，相等的两个key实例调用equals()必须返回true；
b. 作为key的对象还必须正确覆写hashCode()方法，且hashCode()方法要严格遵循以下规范：
- 如果两个对象相等，则两个对象的
hashCode()必须相等； - 如果两个对象不相等，则两个对象的
hashCode()尽量不要相等。
即对应两个实例a和b：
- 如果
a和b相等，那么a.equals(b)一定为true，则a.hashCode()必须等于b.hashCode()； - 如果
a和b不相等，那么a.equals(b)一定为false，则a.hashCode()和b.hashCode()尽量不要相等。
- 我们把不同的
key具有相同的hashCode()的情况称之为哈希冲突。在冲突的时候，一种最简单的解决办法是用List存储hashCode()相同的key-value。显然，如果冲突的概率越大，这个List就越长，Map的get()方法效率就越低。
使用EnumMap
- 因为HashMap是一种通过对key计算hashCode()，通过空间换时间的方式，直接定位到value所在的内部数组的索引，因此，查找效率非常高。
- 如果作为key的对象是enum类型，那么，还可以使用Java集合库提供的一种EnumMap，它在内部以一个非常紧凑的数组存储value，并且根据enum类型的key直接定位到内部数组的索引，并不需要计算hashCode()，不但效率最高，而且没有额外的空间浪费。
- 以DayOfWeek这个枚举类型为例，为它做一个“翻译”功能：
public class EnumMapTest {
public static void main(String[] args) {
Map<DayOfWeek, String> map = new EnumMap<>(DayOfWeek.class);
map.put(DayOfWeek.MONDAY,"星期一");
map.put(DayOfWeek.TUESDAY, "星期二");
map.put(DayOfWeek.WEDNESDAY, "星期三");
map.put(DayOfWeek.THURSDAY, "星期四");
map.put(DayOfWeek.FRIDAY, "星期五");
map.put(DayOfWeek.SATURDAY, "星期六");
map.put(DayOfWeek.SUNDAY, "星期日");
System.out.println(map);
System.out.println(map.get(DayOfWeek.MONDAY));
}
}使用TreeMap
- 还有一种
Map，它在内部会对Key进行排序，这种Map就是SortedMap。注意到SortedMap是接口，它的实现类是TreeMap。
-
SortedMap保证遍历时以Key的顺序来进行排序。例如，放入的Key是"apple"、"pear"、"orange"，遍历的顺序一定是"apple"、"orange"、"pear"，因为String默认按字母排序：
public class TreeMapTest {
public static void main(String[] args) {
Map<String, Integer> map = new TreeMap<>();
map.put("orange", 1);
map.put("apple", 2);
map.put("pear", 3);
for (String key:map.keySet()){
System.out.println(key);
}
}
}- 使用
TreeMap时，放入的Key必须实现Comparable接口。如果作为Key的class没有实现Comparable接口，那么，必须在创建TreeMap时同时指定一个自定义排序算法：
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Map<Person, Integer> map = new TreeMap<>(new Comparator<Person>() {
public int compare(Person p1, Person p2) {
return p1.name.compareTo(p2.name);
}
});
map.put(new Person("Tom"), 1);
map.put(new Person("Bob"), 2);
map.put(new Person("Lily"), 3);
for (Person key : map.keySet()) {
System.out.println(key);
}
// {Person: Bob}, {Person: Lily}, {Person: Tom}
System.out.println(map.get(new Person("Bob"))); // 2
}
}
class Person {
public String name;
Person(String name) {
this.name = name;
}
public String toString() {
return "{Person: " + name + "}";
}
}注意到Person类并未覆写equals()和hashCode()，因为TreeMap不使用equals()和hashCode()。
使用Set
- 如果我们只需要存储不重复的key，并不需要存储映射的value，那么就可以使用
Set。 -
Set用于存储不重复的元素集合，它主要提供以下几个方法：
- 将元素添加进
Set<E>：boolean add(E e) - 将元素从
Set<E>删除：boolean remove(Object e) - 判断是否包含元素：
boolean contains(Object e)
- 因为放入
Set的元素和Map的key类似，都要正确实现equals()和hashCode()方法，否则该元素无法正确地放入Set。 - 最常用的
Set实现类是HashSet，实际上，HashSet仅仅是对HashMap的一个简单封装。Set接口并不保证有序，而SortedSet接口则保证元素是有序的：
-
HashSet是无序的，因为它实现了Set接口，并没有实现SortedSet接口； -
TreeSet是有序的，因为它实现了SortedSet接口。
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Set<String> set = new TreeSet<>();
set.add("apple");
set.add("banana");
set.add("pear");
set.add("orange");
for (String s : set) {
System.out.println(s);
}
}
}使用TreeSet和使用TreeMap的要求一样，添加的元素必须正确实现Comparable接口，如果没有实现Comparable接口，那么创建TreeSet时必须传入一个Comparator对象。
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