Java集合：Collection、List、Set、Map、泛型
0.集合的学习思路
层面1：应用层面 √
- 可以掌握重点的集合类的使用步骤
层面2：理解层面【面试前掌握】
- 理解ArrayList的源码
- 理解HashMap的源码
掌握：
- Collection和Map的对比
- List和Set的对比
- ArrayList和Vector的对比
- ArrayList和LinkedList的对比
- HashMap和Hashtable的对比
- Collections和Collection的对比
1.理解
集合：就是一种容器，都是用于保存一组元素
2.集合和数组的对比：
数组的不足：
- 数组的长度必须提前指定，而且一旦指定不能更改
- 数组只能保存相同类型的元素
集合：
- 集合在使用时，长度不用指定，而且可以实现自动扩容或截断
- 集合没有指定泛型之前，默认保存的是任意类型的元素（Object类型）
指定泛型之后，可以保存对应类型 的元素
示例代码：
// 使用数组-------------------- Animal[] animals = new Animal[3]; animals[0] = new Animal(); animals[1] = new Animal(); animals[2] = new Animal(); Animal[] newAni = new Animal[animals.length+1]; //复制数组 //添加新元素 animals=newAni; // 使用集合-------------------- List list= new ArrayList(); list.add(new Animal());
①创建时如果不指定容量初始值，Hashtable 默认的初始大小为11，之后每次扩充，容量变为原来的2n+1。HashMap 默认的初始化大小为16。之后每次扩充，容量变为原来的2倍。②创建时如果给定了容量初始值，那么 Hashtable 会直接使用你给定的大小，而 HashMap 会将其扩充为2的幂次方大小（HashMap 中的tableSizeFor()方法保证，下面给出了源代码）。
总结：
- 数组：比较适合保存基本类型的元素
- 集合：比较适合保存引用类型的元素（对象）
1.特点
里面没有提供直接的实现类，而是提供了子接口，子接口中有具体的实现类
该接口中提供了一系列常见的集合操作的方法：增加、删除、查找
2.常见方法 ★
* add/addAll
* remove/removeAll
* contains/containsAll
* clear
* size
* isEmpty
/** * 此类用于演示Collection接口的常见方法 * @author liyuting * add/addAll * remove/removeAll * contains/containsAll * clear * size * isEmpty * * */ public class TestCollection1 { public static void main(String[] args) { //1.创建Collection接口对象 Collection col = new ArrayList(); //2.调用常见方法 //方法1：add col.add("赵四"); col.add(true); col.add(null); col.add('男'); col.add(180.5); System.out.println(col); //方法2：addAll Collection c = new ArrayList(); c.add("蓝盈莹"); c.add("周一围"); col.addAll(c); System.out.println(col); //方法3：remove col.remove("蓝盈莹2"); System.out.println(col); //方法4：removeAll Collection c1 = new ArrayList(); c1.add(null); c1.add(180.5); col.removeAll(c1); System.out.println(col); //方法5：clear清除 // col.clear(); // System.out.println(col); //方法6：contains查找 boolean contains = col.contains("赵四"); System.out.println(contains?"赵四存在":"赵四没了"); //方法7：containsAll批量查找 Collection c2 = new ArrayList(); c2.add("赵四"); c2.add("蓝盈莹"); c2.add("周一围"); System.out.println(col.containsAll(c2)); //方法8：size 获取实际元素个数 System.out.println(col.size()); //方法9：isEmpty 判断是否为空 System.out.println(col.isEmpty()); } }
对象型元素示例：
/** * 此类用于演示使用Collection添加对象类型元素 ★ * */ public class TestCollection2 { public static void main(String[] args) { //1.创建Collection对象 Collection col = new ArrayList(); //2.调用方法 col.add(new Book("红楼梦",98,"曹雪芹")); col.add(new Book("西游记",93,"吴承恩")); col.add(new Book("水浒传",108,"施耐庵")); col.add(new Book("三国演义",88,"罗贯中")); col.add(new Book("西厢记",68,"王师傅")); System.out.println(col); col.remove(new Book("三国演义",88,"罗贯中")); // 这种删除无法删掉，需要按地址删除 System.out.println(col); } }
3.遍历方式 ★
迭代器工作特点：★
1、每次只能下移一位
2、只能下移不能上移！
注意： ★ 不适合做增删改
* ①使用迭代器过程，不适合做增删，容易报异常ConCurrentModificationException
* ②使用迭代器过程，可以做修改，但如果修改地址，没有效果！
* ③使用迭代器过程，如果非要做删除，可以使用迭代器本身的remove方法！
方式1：使用迭代器
迭代器的使用步骤：
① 获取迭代器对象，指针默认在最上方
② 通过调用hasNext判断下一个是否有元素
③ 通过调用next下移一位并获取当前元素
@Test public void test1(){ //3.遍历集合 //①获取迭代器 Iterator iterator = col.iterator(); //②判断,如果返回true，则进行下一步 while(iterator.hasNext()){ //③下移一位，并获取对应元素 System.out.println(iterator.next()); } }
方式二：为了简化Iterator的语法，jdk5.0出现了增强for
增强for的本质就是Iterator，只是语法简化了！
语法：
for(元素类型 元素名:集合或数组名){ //访问元素即可 }
示例：
@Test public void test2() { //3.遍历集合 for(Object o: col){ System.out.println(o);
} }
1.List接口的特点
- 有序（插入和取出的顺序一致的），原因：按一个整数索引记录了插入的位置，可以按索引操作
- 允许重复
2.List接口的特有方法
* add(object)增
* remove(index)按指定索引删
* set(index,object)改
* indexOf(object)查
* add(index,object)插入
* get(index)获取
public static void main(String[] args) { //1.创建List接口的对象 List list = new ArrayList(); //2.调用添加 list.add("john"); list.add("lucy"); list.add(null); list.add("john"); list.add(null); list.add("jack"); System.out.println(list); //特有方法1：add(index,object)插入 list.add(0, "张益达"); System.out.println(list); //特有方法2：remove(index) 删除 /* * 细节：如果元素类型为整型，如果删除的实参为int类型，默认是按索引删除；如果想按指定元素删除，则需要装箱再删除！ */ list.remove(2); //特有方法3：set(index,object)修改 System.out.println(list); // [张益达, john, null, john, null, jack] list.set(2, "虚竹"); //特有方法4：indexOf(object)查找 System.out.println(list.indexOf("张益达")); //特有方法5：get(index)获取 System.out.println(list.get(30)); //3.遍历 System.out.println(list); }
3.List接口的遍历方式
//方式1：使用iterator @Test public void test1() { //3.遍历 Iterator iterator = list.iterator(); while(iterator.hasNext()){ Object book = iterator.next(); System.out.println(book); } } //方式2：使用增强for @Test public void test2() { //3.遍历 for (Object object : list) { System.out.println(object); } } //方式3：使用普通for @Test public void test3() { for(int i=0;i<list.size();i++){ Object object = list.get(i); System.out.println(object); } }
1.ArrayList
底层结构：可变数组
jdk8：
ArrayList中维护了Object[] elementData，初始容量为0.
第一次添加时，将初始elementData的容量为10
再次添加时，如果容量足够，则不用扩容直接将新元素赋值到第一个空位上
如果容量不够，会扩容1.5倍
jdk7:
ArrayList中维护了Object[] elementData，初始容量为10.
添加时，如果容量足够，则不用扩容直接将新元素赋值到第一个空位上
如果容量不够，会扩容1.5倍
jdk7和jdk8区别：
jdk7 相当于饿汉式，创建对象时，则初始容量为10
jdk8 相当于懒汉式，创建对象时，并没有初始容量为10，而在添加时才去初始容量为10
2.Vector、LinkedList
1）List接口的实现类：Vector
底层结构：可变数组，和ArrayList很像
2）List接口的实现类：LinkedList
底层结构：双向链表
LinkedList中维护了两个重要的属性 first和last，分别指向首节点和尾节点。
每个节点（Node类型）里面又维护了三个属性item、next、prev，分别指向当前元素、下一个、上一个元素。最终实现手拉手的链表结构！
3.总结：实现类对比
1）ArrayList和Vector的对比
| 底层结构 | 版本 | 线程安全（同步） | 效率 | 扩容的倍数 | |
| ArrayList | 可变数组 | 新 | 不安全（不同步） | 较高 | 1.5倍 |
| Vector | 可变数组 | 老 | 安全（同步） | 较低 | 2倍 |
2）ArrayList和LinkedList的对比
| 底层结构 | 线程安全（同步） | 增删的效率 | 改查的效率 | |
| ArrayList | 可变数组 | 不安全（不同步） | 前面和中间的增删，较低 | 较高 |
| LinkedList | 双向链表 | 不安全（不同步） | 前面和中间的增删，较高 | 较低 |
3）总结：
- 如果考虑线程安全问题：Vector
- 不考虑线程安全问题：
- 查找较多：ArrayList
- 增删较多：LinkedList
1.Set接口的特点
- 不允许重复，至多一个null
- 无序（插入和取出的顺序不一致），没有索引
2.Set接口的特有方法：没有特有方法，都是从Collection继承来的
3.Set接口的遍历方式：和Collection的遍历方式同
4.Set接口的实现类：HashSet
底层结构：维护了一个HashMap对象，也就是和HashMap的底层一样，基于哈希表结构的
如何实现去重【重点】
底层通过调用hashCode方法和equals方法实现去重
先调用hashCode，获取一个整数索引index（要存放在数组的位置， (n - 1) & hash 判断当前元素存放的位置（这里的 n 指的是数组的长度）），如果该索引处没有元素，则直接可以添加；
如果该索引处有其他元素则进行equals判断，如果不相等，则以链表形式追加到已有元素后面；（不同数据的哈希值肯定不同，但计算出的索引可能相同；相同的数据哈希值和索引肯定相等）
如果相等，则直接覆盖，返回false
应用：通过HashSet添加元素时，如果认为内容相等的为重复元素，则需要重写该元素的hashCode和equals方法（引用型）
hashCode和equals重写示例：
public class Book{ private String name; private double price; private String author; /** * 原则： * 1、和属性值相关 * 2、属性一样的话，要求哈希值肯定一样 * 属性不一样的，尽最大的限度让哈希值不一样！ */ // // 简单方式 // @Override // public int hashCode() { // return name.hashCode()+(int)price+author.hashCode()*31; // } // @Override // public boolean equals(Object obj) { // System.out.println(this.name+" pk "+((Book)obj).name); // // if(this==obj) // return true; // if(!(obj instanceof Book)) // return false; // Book b = (Book) obj; // // return this.name.equals(b.name)&&this.price==b.price&&this.author.equals(b.author); // } public String getName() { return name; } // 推荐的重写 @Override public int hashCode() { final int prime = 31; int result = 1; result = prime * result + ((author == null) ? 0 : author.hashCode()); result = prime * result + ((name == null) ? 0 : name.hashCode()); long temp; temp = Double.doubleToLongBits(price); result = prime * result + (int) (temp ^ (temp >>> 32)); return result; } @Override public boolean equals(Object obj) { if (this == obj) return true; if (obj == null) return false; if (getClass() != obj.getClass()) return false; Book other = (Book) obj; if (author == null) { if (other.author != null) return false; } else if (!author.equals(other.author)) return false; if (name == null) { if (other.name != null) return false; } else if (!name.equals(other.name)) return false; if (Double.doubleToLongBits(price) != Double.doubleToLongBits(other.price)) return false; return true; } public void setName(String name) { this.name = name; } public double getPrice() { return price; } public void setPrice(double price) { this.price = price; } public String getAuthor() { return author; } public void setAuthor(String author) { this.author = author; } public Book(String name, double price, String author) { super(); this.name = name; this.price = price; this.author = author; } public String toString(){ /* * %s：字符串 * %c：字符 * %f：浮点 * %d：整数 */ return String.format("名称：%s 价格：%.2f 作者：%s",name,price,author); } }
【问题】为什么用eclipse复写hashCode方法，有31这个数字？
- 选择系数的时候要选择尽量大的系数。因为如果计算出来的hash地址越大，所谓的“冲突”就越少，查找起来效率也会提高。（减少冲突）
- 并且31只占用5bits，相乘造成数据溢出的概率较小。
- 31可以 由i*31== (i<<5)-1来表示,现在很多虚拟机里面都有做相关优化。（提高算法效率）
- 31是一个素数，素数作用就是如果我用一个数字来乘以这个素数，那么最终的出来的结果只能被素数本身和被乘数还有1来整除！(减少冲突)
5.Set接口实现类：LinkedHashSet
LinkedHashSet 是 HashSet 的子类
LinkedHashSet 根据元素的 hashCode 值来决定元素的存储位置，但它同时使用链表维护元素的次序，这使得元素看起来是以插入顺序保存的。
LinkedHashSet插入性能略低于 HashSet，但在迭代访问 Set 里的全部元素时有很好的性能。
LinkedHashSet 不允许集合元素重复。
6.Set接口的实现类：TreeSet
特点：
- 不允许重复，里面不允许null
- 可以实现对里面元素进行排序
自然排序、定制排序
底层结构：底层维护了一个TreeMap，而TreeMap底层是红黑树结构，可以实现对元素进行排序
应用：
方式一：自然排序
要求：必须让添加元素的类型实现Comparable接口，实现里面的compareTo方法
方式二：定制排序
要求：创建TreeSet对象时，传入一个Comparator接口的对象，并实现里面的compare方法
示例：
public class TestTreeSet { //使用自然排序 @Test public void test1(){ //1.创建TreeSet对象 TreeSet set = new TreeSet(); //2.添加 set.add(new Book("百年孤独",100,"马尔克斯")); set.add(new Book("春风十里不如你",80,"冯唐")); set.add(new Book("多情剑客无情剑",60,"古龙")); set.add(new Book("春风十里不如你",80,"冯唐")); //3.遍历 CollectionUtils.print1(set); } //使用定制排序 @Test public void test2(){ //1.创建TreeSet对象 TreeSet set = new TreeSet(new Comparator(){ @Override public int compare(Object o1, Object o2) { Book b1 = (Book) o1; Book b2 = (Book) o2; return Double.compare(b2.getPrice(),b1.getPrice()); } }); //2.添加 set.add(new Book("百年孤独",100,"马尔克斯")); set.add(new Book("春风十里不如你",80,"冯唐")); set.add(new Book("多情剑客无情剑",60,"古龙")); set.add(new Book("春风十里不如你",80,"冯唐")); //3.遍历 CollectionUtils.print1(set); } }
如何实现去重：
通过比较方法的返回值是否为0来判断是否重复
1.Map接口的特点
用于保存一组键值对映射关系的
其中键不可以重复，值可以重复。而且一个键只能映射一个值
2.Map接口的常见方法
put 添加
remove删除
containsKey查找键
containsValue查找值
get根据键获取值
size获取键值对的个数
isEmpty判断元素是否为空
clear清除
entrySet 获取所有的关系
keySet获取所有的键
values获取所有的值
3.Map接口的遍历方式
方式1：通过调用entrySet
@Test public void test1() { //步骤1 ：获取所有的关系 Set entrys = map.entrySet(); //步骤2：遍历所有的关系 Iterator iterator = entrys.iterator(); while(iterator.hasNext()){ //获取每一对关系 Map.Entry entry = (Entry)iterator.next(); //根据关系，获取对应的键 //根据关系，获取对应的值 System.out.println(entry.getKey()+":"+entry.getValue()); } }
方式2：通过调用keySet
@Test public void test2() { //步骤1：获取所有的键 Set keys = map.keySet(); //步骤2：遍历所有的键 for (Object key : keys) { System.out.println(key+":"+map.get(key)); } }
HashMap
1.底层分析
底层结构：哈希表
jdk7:数组+链表
jdk8:数组+链表+红黑树
JDK1.8 以后的 HashMap 在解决哈希冲突时有了较大的变化，当链表长度大于阈值（默认为8）时，将链表转化为红黑树，以减少搜索时间。Hashtable 没有这样的机制。
源码分析：
jdk8： HashMap中维护了Node类型的数组table，当HashMap创建对象时，只是对loadFactor初始化为0.75；table还是保持默认值null
当第一次添加时，将初始table容量为16，临界值为12
每次添加调用putVal方法：
①先获取key的二次哈希值并进行取与运算，得出存放的位置， (n - 1) & hash 判断当前元素存放的位置（这里的 n 指的是数组的长度）
②判断该存放位置上是否有元素，如果没有直接存放
如果该存放位置上已有元素，则进行继续判断：
如果和当前元素直接相等，则覆盖
如果不相等，则继续判断是否是链表结构还是树状结构，按照对应结构的判断方式判断相等
③将size更新，判断是否超过了临界值，如果超过了，则需要重新resize()进行2倍扩容，并打乱原来的顺序，重新排列
④当一个桶中的链表的节点数>=8 && 桶的总个数（table的容量）>=64时，会将链表结构变成红黑树结构
jdk7和jdk8的区别
1.jdk7:创建HashMap对象时，则初始table容量为16
jdk8:创建HashMap对象时，没有初始table，仅仅只是初始加载因子。只有当第一次添加时才会初始table容量为16.
2.jdk7:table的类型为Entry
jdk8:table的类型为Node
3.jdk7:哈希表为数组+链表，不管链表的总结点数是多少都不会变成树结构
jdk8：哈希表为数组+链表+红黑树，当链表的节点数>=8 && 桶的总个数（table的容量）>=64时，会将链表结构变成红黑树结构
【问题】HashMap 的长度为什么是2的幂次方
为了能让 HashMap 存取高效，尽量较少碰撞，也就是要尽量把数据分配均匀。我们上面也讲到了过了，Hash 值的范围值-2147483648到2147483647，前后加起来大概40亿的映射空间，只要哈希函数映射得比较均匀松散，一般应用是很难出现碰撞的。但问题是一个40亿长度的数组，内存是放不下的。所以这个散列值是不能直接拿来用的。用之前还要先做对数组的长度取模运算，得到的余数才能用来要存放的位置也就是对应的数组下标。这个数组下标的计算方法是“ (n - 1) & hash”。（n代表数组长度）。这也就解释了 HashMap 的长度为什么是2的幂次方。
取余(%)操作中如果除数是2的幂次则等价于与其除数减一的与(&)操作（也就是说 hash%length==hash&(length-1)的前提是 length 是2的 n 次方；）。” 并且 采用二进制位操作 &，相对于%能够提高运算效率，这就解释了 HashMap 的长度为什么是2的幂次方。
2.应用层面：
要求添加元素的key重写hashCode和equals方法
Map接口的实现类:Hashtable
底层结构：哈希表 ，同HashMap
Hashtable是个古老的 Map 实现类，线程安全。
与HashMap不同，Hashtable 不允许使用 null 作为 key 和 value
与HashMap一样，Hashtable 也不能保证其中 Key-Value 对的顺序
Hashtable判断两个key相等、两个value相等的标准，与hashMap一致。
Map接口的实现类:TreeMap
底层结构：红黑树，可以实现对添加元素的key进行排序
应用：
自然排序:要求key的元素类型实现Comparable，并实现里面的compareTo方法
定制排序：要求创建TreeMap对象时，传入Comparator比较器对象，并实现里面的compare方法
Map接口的实现类的对比
HashMap和Hashtable的对比
| 底层结构 | 版本 | 线程安全（同步） | 允许null键null值 | |
| HashMap | 哈希表 | 1.2 | 不安全 | 允许 |
| Hashtable | 哈希表 | 1.0 | 安全 | 不允许 |
①创建时如果不指定容量初始值，Hashtable 默认的初始大小为11，之后每次扩充，容量变为原来的2n+1。HashMap 默认的初始化大小为16。之后每次扩充，容量变为原来的2倍。
②创建时如果给定了容量初始值，那么 Hashtable 会直接使用你给定的大小，而 HashMap 会将其扩充为2的幂次方大小（HashMap 中的tableSizeFor()方法保证，下面给出了源代码）。
HashMap 多线程操作导致死循环问题 主要原因在于 并发下的Rehash 会造成元素之间会形成一个循环链表。不过，jdk 1.8 后解决了这个问题，但是还是不建议在多线程下使用 HashMap,因为多线程下使用 HashMap 还是会存在其他问题比如数据丢失。并发环境下推荐使用 ConcurrentHashMap 。 详情请查看：https://coolshell.cn/articles/9606.html
Map接口的实现类Properties
Properties 类是 Hashtable 的子类，该对象用于处理属性文件
由于属性文件里的 key、value 都是字符串类型，所以 Properties 里的 key 和 value 都是字符串类型
存取数据时，建议使用setProperty(String key,String value)方法和getProperty(String key)方法
Properties pros = new Properties(); pros.load(new FileInputStream("jdbc.properties")); String user = pros.getProperty("user"); System.out.println(user);
九、Collections工具类的学习
- 常见方法
reverse反转
sort排序
swap两各索引处元素的交换
shuffle随机打乱顺序
max获取最大值
min获取最小值
frequency 查找指定元素出现的次数
replaceAll替换旧值为新值
copy 复制，注意：新集合的size>旧集合的size
1.泛型的理解
泛型：jdk5.0出现的新特性；参数化的类型。可以将某个类型当做参数传递给类、接口或方法中
联想：
A a = new A();
class A<T>{
T t;
}
method("john");
public void method(String s){
//访问s
}
区别：
方法的参数：传递的是值，必须传参,只能用在方法中
泛型：传递的是类型，可以不用传参，默认为Object，可以用在方法、类、接口中
2.好处
- 编译时检查待添加的元素类型，提高了类型的安全性
- 减少了类型转换的次数，提高了效率
没有使用泛型：
String——>Object——>String
使用泛型：
String——>String——>String
- 减少了编译警告
3.泛型的语法和使用 ★
语法：
类型<指定的泛型> 名 = new 类型<>();
表示形式如下：
Set<Integer> set = new HashSet<Integer>(); Set<Integer> set2 = new HashSet<>();//jdk7.0 类型推断 Set<Integer> set3 = new HashSet();//为了新老版本兼容性，不推荐使用 Set set4 = new HashSet<Integer>();//为了新老版本兼容性，不推荐使用
注意：
①泛型的类型只支持引用类型
②编译类型和运行类型的泛型必须一致
4.自定义泛型类、泛型方法、泛型接口【了解】
- 自定义泛型类
定义语法：
class MyClass<T>{ T name; publci void setName(T t){} }
注意：里面可以定义使用泛型的属性、方法也可以定义不使用泛型的普通属性和普通方法
但不能定义使用泛型的静态方法和使用泛型的数组初始化！
什么时候确定泛型类的具体类型？
答：创建对象时
语法：
MyClass<String> m = new MyClass<>();
- 自定义泛型接口
定义语法：
interface MyInter<T,U>{ U method(T t); }
什么时候确定泛型接口的具体类型？
答：被继承或实现时，可以确定，如果不确定，则默认是Object类型。如果想延续泛型，则需要将子接口或实现类设计成泛型形式！