集合类库

集合的概述（重点）

集合的由来

  • 当需要在Java程序中记录单个数据内容时，则声明一个变量。
  • 当需要在Java程序中记录多个类型相同的数据内容时，声明一个一维数组。
  • 当需要在Java程序中记录多个类型不同的数据内容时，则创建一个对象。
  • 当需要在Java程序中记录多个类型相同的对象数据时，创建一个对象数组。
  • 当需要在Java程序中记录多个类型不同的对象数据时，则准备一个集合。

集合的框架结构

  • Java中集合框架顶层框架是：java.util.Collection集合 和 java.util.Map集合。
  • 其中Collection集合中存取元素的基本单位是：单个元素。
  • 其中Map集合中存取元素的基本单位是：单对元素。

Collection集合（重点）

基本概念

  • java.util.Collection接口是List接口、Queue 接口以及Set接口的父接口，因此该接口里定义的方法既可用于操作List集合，也可用于操作Queue集合和Set集合。

常用的方法（练熟、记住）

方发声明 功能介绍
boolean add(E e); 向集合中添加对象
boolean addAll(Collection<? extends E> c) 用于将参数指定集合c中的所有元素添加到当前集合中
boolean contains(Object o); 判断是否包含指定对象
boolean containsAll(Collection<?> c) 判断是否包含参数指定的所有对象
boolean retainAll(Collection<?> c) 保留当前集合中存在且参数集合中存在的所有对象
boolean remove(Object o); 从集合中删除对象
boolean removeAll(Collection<?> c) 从集合中删除参数指定的所有对象
void clear(); 清空集合
int size(); 返回包含对象的个数
boolean isEmpty(); 判断是否为空
boolean equals(Object o) 判断是否相等
int hashCode() 获取当前集合的哈希码值
Object[] toArray() 将集合转换为数组
Iterator iterator() 获取当前集合的迭代器

Iterator接口（重点）

基本概念

  • java.util.Iterator接口主要用于描述迭代器对象，可以遍历Collection集合中的所有元素。
  • java.util.Collection接口继承Iterator接口，因此所有实现Collection接口的实现类都可以使用该迭代器对象。

常用的方法

方发声明 功能介绍
boolean hasNext() 判断集合中是否有可以迭代/访问的元素
E next() 用于取出一个元素并指向下一个元素
void remove() 用于删除访问到的最后一个元素
  • 案例题目：
    如何使用迭代器实现toString方法的打印效果？

for each循环（重点）

基本概念

  • Java5推出了增强型for循环语句，可以应用数组和集合的遍历。
  • 是经典迭代的“简化版”。

语法格式

for(元素类型  变量名 : 数组/集合名称) { 
循环体;
}

执行流程

  • 不断地从数组/集合中取出一个元素赋值给变量名并执行循环体，直到取完所有元素为止。

List集合（重中之重）

基本概念

  • java.util.List集合是Collection集合的子集合，该集合中允许有重复的元素并且有先后放入次序。
  • 该集合的主要实现类有：ArrayList类、LinkedList类、Stack类、Vector类。
  • 其中ArrayList类的底层是采用动态数组进行数据管理的，支持下标访问，增删元素不方便。
  • 其中LinkedList类的底层是采用双向链表进行数据管理的，访问不方便，增删元素方便。
  • 可以认为ArrayList和LinkedList的方法在逻辑上完全一样，只是在性能上有一定的差别，ArrayList 更适合于随机访问而LinkedList更适合于插入和删除；在性能要求不是特别苛刻的情形下可以忽略这个差别。
  • 其中Stack类的底层是采用动态数组进行数据管理的，该类主要用于描述一种具有后进先出特征的数据结构，叫做栈(last in first out LIFO)。
  • 其中Vector类的底层是采用动态数组进行数据管理的，该类与ArrayList类相比属于线程安全的类，效率比较低，以后开发中基本不用。

常用的方法

方发声明 功能介绍
void add(int index, E element) 向集合中指定位置添加元素
boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) 向集合中添加所有元素
E get(int index) 从集合中获取指定位置元素
int indexOf(Object o) 查找参数指定的对象
int lastIndexOf(Object o) 反向查找参数指定的对象
E set(int index, E element) 修改指定位置的元素
E remove(int index) 删除指定位置的元素
List subList(int fromIndex, int toIndex) 用于获取子List
  • 案例题目
    准备一个Stack集合，将数据11、22、33、44、55依次入栈并打印，然后查看栈顶元素并打印，
    然后将栈中所有数据依次出栈并打印。
    再准备一个Stack对象，将数据从第一个栈中取出来放入第二个栈中，然后再从第二个栈中取出并
    打印。

Queue集合（重点）

基本概念

  • java.util.Queue集合是Collection集合的子集合，与List集合属于平级关系。
  • 该集合的主要用于描述具有先进先出特征的数据结构，叫做队列(first in first out FIFO)。
  • 该集合的主要实现类是LinkedList类，因为该类在增删方面比较有优势。

常用的方法

方发声明 功能介绍
boolean offer(E e) 将一个对象添加至队尾，若添加成功则返回true
E poll() 从队首删除并返回一个元素
E peek() 返回队首的元素（但并不删除）
  • 案例题目
    准备一个Queue集合，将数据11、22、33、44、55依次入队并打印，然后查看队首元素并打印，
    然后将队列中所有数据依次出队并打印。

泛型机制（熟悉）

基本概念

  • 通常情况下集合中可以存放不同类型的对象，是因为将所有对象都看做Object类型放入的，因此从集合中取出元素时也是Object类型，为了表达该元素真实的数据类型，则需要强制类型转换， 而强制类型转换可能会引发类型转换异常。
  • 为了避免上述错误的发生，从Java5开始增加泛型机制，也就是在集合名称的右侧使用<数据类型>的方式来明确要求该集合中可以存放的元素类型，若放入其它类型的元素则编译报错。
  • 泛型只在编译时期有效，在运行时期不区分是什么类型。

底层原理

  • 泛型的本质就是参数化类型，也就是让数据类型作为参数传递，其中E相当于形式参数负责占位， 而使用集合时<>中的数据类型相当于实际参数，用于给形式参数E进行初始化，从而使得集合中所 有的E被实际参数替换，由于实际参数可以传递各种各样广泛的数据类型，因此得名为泛型。
  • 如：
    //其中i叫做形式参数，负责占位
    其中E叫做形式参数，负责占位
    //int i = 10; E = String;
    //int i = 20; E = Integer;
    public static void show(int i) { public interface List {
    … …
    } }
    //其中10叫做实际参数，负责给形式参数初始化 //其中String叫做实际参数
    show(10); List lt1 = …;
    show(20); List lt2 = …;

自定义泛型接口

  • 泛型接口和普通接口的区别就是后面添加了类型参数列表，可以有多个类型参数，如：<E, T, .. > 等。

自定义泛型类

  • 泛型类和普通类的区别就是类名后面添加了类型参数列表，可以有多个类型参数，如：<E, T, .. > 等。
  • 实例化泛型类时应该指定具体的数据类型，并且是引用数据类型而不是基本数据类型。
  • 父类有泛型，子类可以选择保留泛型也可以选择指定泛型类型。
  • 子类必须是“富二代”，子类除了指定或保留父类的泛型，还可以增加自己的泛型。

自定义泛型方法

  • 泛型方法就是我们输入参数的时候，输入的是泛型参数，而不是具体的参数。我们在调用这个泛型 方法的时需要对泛型参数进行实例化。
  • 泛型方法的格式：
    [访问权限] <泛型> 返回值类型 方法名([泛型标识 参数名称]) { 方法体; }
  • 在静态方法中使用泛型参数的时候，需要我们把静态方法定义为泛型方法。

泛型在继承上的体现

  • 如果B是A的一个子类或子接口，而G是具有泛型声明的类或接口，则G并不是G的子类型！
    比如：String是Object的子类，但是List并不是List的子类。

通配符的使用

  • 有时候我们希望传入的类型在一个指定的范围内，此时就可以使用泛型通配符了。
  • 如：之前传入的类型要求为Integer类型，但是后来业务需要Integer的父类Number类也可以传
    入。
  • 泛型中有三种通配符形式： 无限制通配符：表示我们可以传入任意类型的参数。 表示类型的上界是E，只能是E或者是E的子类。 表示类型的下界是E，只能是E或者是E的父类。

Set集合（熟悉）

基本概念

  • java.util.Set集合是Collection集合的子集合，与List集合平级。
  • 该集合中元素没有先后放入次序，且不允许重复。
  • 该集合的主要实现类是：HashSet类 和 TreeSet类以及LinkedHashSet类。
  • 其中HashSet类的底层是采用哈希表进行数据管理的。
  • 其中TreeSet类的底层是采用红黑树进行数据管理的。其中LinkedHashSet类与HashSet类的不同之处在于内部维护了一个双向链表，链表中记录了元
    素的迭代顺序，也就是元素插入集合中的先后顺序，因此便于迭代。

常用的方法

  • 参考Collection集合中的方法即可！
  • 案例题目
    准备一个Set集合指向HashSet对象，向该集合中添加元素”two”并打印，再向集合中添加元
    素”one”并打印，再向集合中添加元素”three”并打印，再向集合中添加”one”并打印。

元素放入HashSet集合的原理

  • 使用元素调用hashCode方法获取对应的哈希码值，再由某种哈希算法计算出该元素在数组中的索引位置。

  • 若该位置没有元素，则将该元素直接放入即可。

  • 若该位置有元素，则使用新元素与已有元素依次比较哈希值，若哈希值不相同，则将该元素直接放入。

  • 若新元素与已有元素的哈希值相同，则使用新元素调用equals方法与已有元素依次比较。

  • 若相等则添加元素失败，否则将元素直接放入即可。
    思考：为什么要求重写equals方法后要重写hashCode方法呢?

  • 解析：
    当两个元素调用equals方法相等时证明这两个元素相同，重写hashCode方法后保证这两个元
    素得到的哈希码值相同，由同一个哈希算法生成的索引位置相同，此时只需要与该索引位置已有元
    素比较即可，从而提高效率并避免重复元素的出现。

TreeSet集合的概念

  • 二叉树主要指每个节点最多只有两个子节点的树形结构。
  • 满足以下3个特征的二叉树叫做有序二叉树。
    a.左子树中的任意节点元素都小于根节点元素值；
    b.右子树中的任意节点元素都大于根节点元素值；
    c.左子树和右子树的内部也遵守上述规则；
  • 由于TreeSet集合的底层采用红黑树进行数据的管理，当有新元素插入到TreeSet集合时，需要使
    用新元素与集合中已有的元素依次比较来确定新元素的合理位置。
  • 比较元素大小的规则有两种方式：
    使用元素的自然排序规则进行比较并排序，让元素类型实现java.lang.Comparable接口；
    使用比较器规则进行比较并排序，构造TreeSet集合时传入java.util.Comparator接口；
  • 自然排序的规则比较单一，而比较器的规则比较多元化，而且比较器优先于自然排序；

Map集合（重点）

基本概念

  • java.util.Map<K,V>集合中存取元素的基本单位是：单对元素，其中类型参数如下：
    K - 此映射所维护的键(Key)的类型，相当于目录。
    V - 映射值(Value)的类型，相当于内容。
  • 该集合中key是不允许重复的，而且一个key只能对应一个value。
  • 该集合的主要实现类有：HashMap类、TreeMap类、LinkedHashMap类、Hashtable类、Properties类。
  • 其中HashMap类的底层是采用哈希表进行数据管理的。
  • 其中TreeMap类的底层是采用红黑树进行数据管理的。
  • 其中LinkedHashMap类与HashMap类的不同之处在于内部维护了一个双向链表，链表中记录了元素的迭代顺序，也就是元素插入集合中的先后顺序，因此便于迭代。
  • 其中Hashtable类是古老的Map实现类，与HashMap类相比属于线程安全的类，且不允许null作为key或者value的数值。
  • 其中Properties类是Hashtable类的子类，该对象用于处理属性文件，key和value都是String类型的。
  • Map集合是面向查询优化的数据结构, 在大数据量情况下有着优良的查询性能。经常用于根据key检索value的业务场景。

常用的方法

方发声明 功能介绍
V put(K key, V value) 将Key-Value对存入Map，若集合中已经包含该Key，则替换该Key所对应的Value，返回值为该Key原来所对应的Value，若没有则返回null
V get(Object key) 返回与参数Key所对应的Value对象，如果不存在则返回null
boolean containsKey(Object key); 判断集合中是否包含指定的Key
boolean containsValue (Object value); 判断集合中是否包含指定的Value
V remove(Object key) 根据参数指定的key进行删除
Set keySet() 返回此映射中包含的键的Set视图
Collection values() 返回此映射中包含的值的Set视图
Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() 返回此映射中包含的映射的Set视图

元素放入HashMap集合的原理

  • 使用元素的key调用hashCode方法获取对应的哈希码值，再由某种哈希算法计算在数组中的索引位置。
  • 若该位置没有元素，则将该键值对直接放入即可。
  • 若该位置有元素，则使用key与已有元素依次比较哈希值，若哈希值不相同，则将该元素直接放入。
  • 若key与已有元素的哈希值相同，则使用key调用equals方法与已有元素依次比较。
  • 若相等则将对应的value修改，否则将键值对直接放入即可。

相关的常量

  • DEFAULT_INITIAL_CAPACITY : HashMap的默认容量是16。
  • DEFAULT_LOAD_FACTOR：HashMap的默认加载因子是0.75。
  • threshold：扩容的临界值，该数值为：容量*填充因子，也就是12。
  • TREEIFY_THRESHOLD：若Bucket中链表长度大于该默认值则转化为红黑树存储，该数值是8。
  • MIN_TREEIFY_CAPACITY：桶中的Node被树化时最小的hash表容量，该数值是64。

Collections类

基本概念

  • java.util.Collections类主要提供了对集合操作或者返回集合的静态方法。

常用的方法

方发声明 功能介绍
static <T extends Object & Comparable<? super T>> T max(Collection<? extends T> coll) 根据元素的自然顺序返回给定集合的最大元素
static T max(Collection<? extends T> coll, Comparator<? super T> comp) 根据指定比较器引发的顺序返回给定集合的最大元素
static <T extends Object & Comparable<?super T>> T min(Collection<? extends T> coll) 根据元素的自然顺序返回给定集合的最小元素
static T min(Collection<? extends T> coll, Comparator<? super T> comp) 根据指定比较器引发的顺序返回给定集合的最小元素
static void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) 将一个列表中的所有元素复制到另一个列表中
方发声明 功能介绍
static void reverse(List<?> list) 反转指定列表中元素的顺序
static void shuffle(List<?> list) 使用默认的随机源随机置换指定的列表
static <T extends Comparable<? super T>> void sort(List list) 根据其元素的自然顺序将指定列表按升序排序
static void sort(List list, Comparator<? super T> c) 根据指定比较器指定的顺序对指定列表进行排序
static void swap(List<?> list, int i, int j) 交换指定列表中指定位置的元素