java集合

java集合

基本概念

结构

整个集合框架就围绕一组标准接口而设计。你可以直接使用这些接口的标准实现，诸如： LinkedList, HashSet, 和 TreeSet 等,除此之外你也可以通过这些接口实现自己的集合。

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分成了两大类：Collection类和Map类

Collection 接口又有 3 种子类型，List、Set 和 Queue，再下面是一些抽象类，最后是具体实现类，常用的有 ArrayList、LinkedList、HashSet、LinkedHashSet、HashMap、LinkedHashMap

尽管 Map 不是集合，但是它们完全整合在集合中

内容：

  • 接口：是代表集合的抽象数据类型。例如 Collection、List、Set、Map 等。之所以定义多个接口，是为了以不同的方式操作集合对象

  • 实现（类）：是集合接口的具体实现。从本质上讲，它们是可重复使用的数据结构，例如：ArrayList、LinkedList、HashSet、HashMap。

  • 算法：是实现集合接口的对象里的方法执行的一些有用的计算，例如：搜索和排序。这些算法被称为多态，那是因为相同的方法可以在相似的接口上有着不同的实现。

集合框架体系如图所示

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接口

集合框架定义了一些接口。本节提供了每个接口的概述：

序号接口描述
1 Collection 接口 Collection 是最基本的集合接口，一个 Collection 代表一组 Object，即 Collection 的元素, Java不提供直接继承自Collection的类，只提供继承于的子接口(如List和set)。Collection 接口存储一组不唯一，无序的对象。
2 List 接口 List接口是一个有序的 Collection，使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置，能够通过索引(元素在List中位置，类似于数组的下标)来访问List中的元素，第一个元素的索引为 0，而且允许有相同的元素。List 接口存储一组不唯一，有序（插入顺序）的对象。
3 Set Set 具有与 Collection 完全一样的接口，只是行为上不同，Set 不保存重复的元素。Set 接口存储一组唯一，无序的对象。
4 SortedSet 继承于Set保存有序的集合。
5 Map Map 接口存储一组键值对象，提供key（键）到value（值）的映射。
6 Map.Entry 描述在一个Map中的一个元素（键/值对）。是一个Map的内部类。
7 SortedMap 继承于 Map，使 Key 保持在升序排列。
8 Enumeration 这是一个传统的接口和定义的方法，通过它可以枚举（一次获得一个）对象集合中的元素。这个传统接口已被迭代器取代。
Set和List的区别

  • Set 接口实例存储的是无序的，不重复的数据。List 接口实例存储的是有序的，可以重复的元素。

  • Set检索效率低下，删除和插入效率高，插入和删除不会引起元素位置改变 <实现类有HashSet,TreeSet>。

  • List和数组类似，可以动态增长，根据实际存储的数据的长度自动增长List的长度。查找元素效率高，插入删除效率低，因为会引起其他元素位置改变 <实现类有ArrayList,LinkedList,Vector> 。

实现类（集合类）

Java提供了一套实现了Collection接口的标准集合类。其中一些是具体类，这些类可以直接拿来使用，而另外一些是抽象类，提供了接口的部分实现。

标准集合类汇总于下表：

序号类描述
1 AbstractCollection 实现了大部分的集合接口。
2 AbstractList 继承于AbstractCollection 并且实现了大部分List接口。
3 AbstractSequentialList 继承于 AbstractList ，提供了对数据元素的链式访问而不是随机访问。
4 LinkedList 该类实现了List接口，允许有null（空）元素。主要用于创建链表数据结构，该类没有同步方法，如果多个线程同时访问一个List，则必须自己实现访问同步，解决方法就是在创建List时候构造一个同步的List。例如：List list=Collections.synchronizedList(newLinkedList(...));LinkedList 查找效率低。
5 ArrayList 该类也是实现了List的接口，实现了可变大小的数组，随机访问和遍历元素时，提供更好的性能。该类也是非同步的,在多线程的情况下不要使用。ArrayList 增长当前长度的50%，插入删除效率低。
6 AbstractSet 继承于AbstractCollection 并且实现了大部分Set接口。
7 HashSet 该类实现了Set接口，不允许出现重复元素，不保证集合中元素的顺序，允许包含值为null的元素，但最多只能一个。
8 LinkedHashSet 具有可预知迭代顺序的 Set 接口的哈希表和链接列表实现。
9 TreeSet 该类实现了Set接口，可以实现排序等功能。
10 AbstractMap 实现了大部分的Map接口。
11 HashMap 是一个散列表，它存储的内容是键值对(key-value)映射。 该类实现了Map接口，根据键的HashCode值存储数据，具有很快的访问速度，最多允许一条记录的键为null，不支持线程同步。
12 TreeMap 继承了AbstractMap，并且使用一颗树。
13 WeakHashMap 继承AbstractMap类，使用弱密钥的哈希表。
14 LinkedHashMap 继承于HashMap，使用元素的自然顺序对元素进行排序.
15 IdentityHashMap 继承AbstractMap类，比较文档时使用引用相等。

在前面的教程中已经讨论通过java.util包中定义的类，如下所示：

序号类描述
1 Vector 该类和ArrayList非常相似，但是该类是同步的，可以用在多线程的情况，该类允许设置默认的增长长度，默认扩容方式为原来的2倍。
2 Stack 栈是Vector的一个子类，它实现了一个标准的后进先出的栈。
3 Dictionary Dictionary 类是一个抽象类，用来存储键/值对，作用和Map类相似。
4 Hashtable Hashtable 是 Dictionary(字典) 类的子类，位于 java.util 包中。
5 Properties Properties 继承于 Hashtable，表示一个持久的属性集，属性列表中每个键及其对应值都是一个字符串。
6 BitSet 一个Bitset类创建一种特殊类型的数组来保存位值。BitSet中数组大小会随需要增加。

算法

集合框架定义了几种算法，可用于集合和映射。这些算法被定义为集合类的静态方法。

在尝试比较不兼容的类型时，一些方法能够抛出 ClassCastException异常。当试图修改一个不可修改的集合时，抛出UnsupportedOperationException异常。

集合定义三个静态的变量：EMPTY_SET，EMPTY_LIST，EMPTY_MAP的。这些变量都不可改变。

 

序号算法描述
1 Collection Algorithms 这里是一个列表中的所有算法实现。

迭代器

通常情况下，你会希望遍历一个集合中的元素。例如，显示集合中的每个元素。

一般遍历数组都是采用for循环或者增强for，这两个方法也可以用在集合框架，但是还有一种方法是采用迭代器遍历集合框架，它是一个对象，实现了Iterator 接口或ListIterator接口。

迭代器，使你能够通过循环来得到或删除集合的元素。ListIterator 继承了Iterator，以允许双向遍历列表和修改元素。

序号迭代器方法描述
1 使用 Java Iterator 这里通过实例列出Iterator和listIterator接口提供的所有方法。

遍历 ArrayList

实例
import java.util.*;
 
public class Test{
 public static void main(String[] args) {
     List<String> list=new ArrayList<String>();
     list.add("Hello");
     list.add("World");
     list.add("HAHAHAHA");
     //第一种遍历方法使用 For-Each 遍历 List
     for (String str : list) {            //也可以改写 for(int i=0;i<list.size();i++) 这种形式
        System.out.println(str);
     }
 
     //第二种遍历，把链表变为数组相关的内容进行遍历
     String[] strArray=new String[list.size()];
     list.toArray(strArray);
     for(int i=0;i<strArray.length;i++) //这里也可以改写为  for(String str:strArray) 这种形式
     {
        System.out.println(strArray[i]);
     }
     
    //第三种遍历 使用迭代器进行相关遍历
     
     Iterator<String> ite=list.iterator();
     while(ite.hasNext())//判断下一个元素之后有值
     {
         System.out.println(ite.next());
     }
 }
}

 

解析：

三种方法都是用来遍历ArrayList集合，第三种方法是采用迭代器的方法，该方法可以不用担心在遍历的过程中会超出集合的长度。

遍历 Map

实例
import java.util.*;
 
public class Test{
     public static void main(String[] args) {
      Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
      map.put("1", "value1");
      map.put("2", "value2");
      map.put("3", "value3");
      
      //第一种：普遍使用，二次取值
      System.out.println("通过Map.keySet遍历key和value：");
      for (String key : map.keySet()) {
       System.out.println("key= "+ key + " and value= " + map.get(key));
      }
      
      //第二种
      System.out.println("通过Map.entrySet使用iterator遍历key和value：");
      Iterator<Map.Entry<String, String>> it = map.entrySet().iterator();
      while (it.hasNext()) {
       Map.Entry<String, String> entry = it.next();
       System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue());
      }
      
      //第三种：推荐，尤其是容量大时
      System.out.println("通过Map.entrySet遍历key和value");
      for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
       System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue());
      }
    
      //第四种
      System.out.println("通过Map.values()遍历所有的value，但不能遍历key");
      for (String v : map.values()) {
       System.out.println("value= " + v);
      }
     }
}

 

比较器

TreeSet和TreeMap的按照排序顺序来存储元素. 然而，这是通过比较器来精确定义按照什么样的排序顺序。

这个接口可以让我们以不同的方式来排序一个集合。

序号比较器方法描述
1 使用 Java Comparator 这里通过实例列出Comparator接口提供的所有方法

总结

Java集合框架为程序员提供了预先包装的数据结构和算法来操纵他们。

集合是一个对象，可容纳其他对象的引用。集合接口声明对每一种类型的集合可以执行的操作。

集合框架的类和接口均在java.util包中。

任何对象加入集合类后，自动转变为Object类型，所以在取出的时候，需要进行强制类型转换。

Java Map 接口

Map接口中键和值一一映射. 可以通过键来获取值。

  • 给定一个键和一个值，你可以将该值存储在一个Map对象. 之后，你可以通过键来访问对应的值。

  • 当访问的值不存在的时候，方法就会抛出一个NoSuchElementException异常.

  • 当对象的类型和Map里元素类型不兼容的时候，就会抛出一个 ClassCastException异常。

  • 当在不允许使用Null对象的Map中使用Null对象，会抛出一个NullPointerException 异常。

  • 当尝试修改一个只读的Map时，会抛出一个UnsupportedOperationException异常。

1void clear( ) 从此映射中移除所有映射关系（可选操作）。
2 boolean containsKey(Object k)如果此映射包含指定键的映射关系，则返回 true。
3 boolean containsValue(Object v)如果此映射将一个或多个键映射到指定值，则返回 true。
4 Set entrySet( )返回此映射中包含的映射关系的 Set 视图。
5 boolean equals(Object obj)比较指定的对象与此映射是否相等。
6 Object get(Object k)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。
7 int hashCode( )返回此映射的哈希码值。
8 boolean isEmpty( )如果此映射未包含键-值映射关系，则返回 true。
9 Set keySet( )返回此映射中包含的键的 Set 视图。
10 Object put(Object k, Object v)将指定的值与此映射中的指定键关联（可选操作）。
11 void putAll(Map m)从指定映射中将所有映射关系复制到此映射中（可选操作）。
12 Object remove(Object k)如果存在一个键的映射关系，则将其从此映射中移除（可选操作）。
13 int size( )返回此映射中的键-值映射关系数。
14 Collection values( )返回此映射中包含的值的 Collection 视图。

Collection一个对象存储方式是add

Map 两个对象存储方式 put()

Map集合中，不能出现重复键，每一个键最多只能映射一个值，但是不同键可以有相同值

实例

//实例化一个hashmap对象 public void hashMapTest() { Map<String, Integer> map=new HashMap<String, Integer>(); map.put("1",1); map.put("2", 2); System.out.println(map); }//{1=1, 2=2} }

map的分类和常见的情况

HashMap Hashtable LinkedHashMap 和TreeMap.

Hashmap 是一个最常用的Map,它根据键的HashCode值存储数据,根据键可以直接获取它的值，具有很快的访问速度，遍历时，取得数据的顺序是完全随机的。 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不支持线程的同步，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。如果需要同步，可以用 Collections的synchronizedMap方法使HashMap具有同步的能力，或者使用ConcurrentHashMap。

public class MapTest { //实例化一个hashmap对象 public void hashMapTest() { Map<String, Integer> map=new HashMap<String, Integer>(); map.put("1",1); map.put("2", 3); map.put("0",2); map.put("3",4); map.put("4",0); System.out.println(map); //结果：{0=2, 1=1, 2=3, 3=4, 4=0} } }

观察上面的结果发现，输出map时，是按照key的顺序输出的。即根据建的hashcode值存储数据的。

Hashtable与 HashMap类似,它继承自Dictionary类，不同的是:它不允许记录的键或者值为空;它支持线程的同步，即任一时刻只有一个线程能写Hashtable,因此也导致了 Hashtable在写入时会比较慢。

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.也可以在构造时用带参数，按照应用次数排序。在遍历的时候会比HashMap慢，不过有种情况例外，当HashMap容量很大，实际数据较少时，遍历起来可能会比 LinkedHashMap慢，因为LinkedHashMap的遍历速度只和实际数据有关，和容量无关，而HashMap的遍历速度和他的容量有关。

TreeMap实现SortMap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。

适用情况

一般情况下，我们用的最多的是HashMap,在Map 中插入、删除和定位元素

HashMap 是最好的选择。

要按自然顺序或自定义顺序遍历键，那么TreeMap会更好。

如果需要输出的顺序和输入的相同,那么用LinkedHashMap 可以实现,它还可以按读取顺序来排列.

LinkedHashMap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。在遍历的时候会比HashMap慢

TreeMap能够把它保存的记录根据键排序，默认是按升序排序，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。

 

Java List 接口

List接口扩展了集合，并声明存储元素的序列集合的行为。

  • 元素可以插入或访问他们的列表中的位置，使用从零开始的索引。

  • 列表可以包含重复的元素。

  • 除了由集合中定义的方法列表定义了一些它自己的，其它总结如下表。

  • 如果集合不能被修改将抛出一个UnsupportedOperationException，当一个对象与另一个不兼容时产生ClassCastException。

List接口总结于下表的方法：

序号方法描述
1 void add(int index, Object obj) Inserts obj 插入到调用列表中的索引通过索引处。达到或超出插入点任何预先存在的要素被上移。因此，不会有元素被覆盖。
2 boolean addAll(int index, Collection c) 插入c的所有元素入索引通过索引处的调用列表。等于或超出插入点任何预先存在的要素被上移。因此，没有任何元素被覆盖。如果调用列表更改并返回true，否则返回false。
3 Object get(int index) 返回存储调用集合中指定索引处的对象。
4 int indexOf(Object obj) 返回调用列表obj的第一个实例的索引。如果obj不是列表中的一个元素，则返回-1。
5 int lastIndexOf(Object obj) 返回调用列表obj的最后一个实例的索引。如果obj不是列表中的一个元素，则返回-1。
6 ListIterator listIterator( ) 返回一个迭代器调用列表的开始。
7 ListIterator listIterator(int index) 返回一个迭代器调用列表开头的在指定索引处。
8 Object remove(int index) 从调用列表删除index位置的元素，并返回被删除的元素。结果列表中被压缩。也就是说，随后的元素的索引减一。
9 Object set(int index, Object obj) 赋予obj转换通过索引调用列表中指定的位置。
10 List subList(int start, int end) 返回一个列表，其中包括在调用列表，从开始元素end-1。在返回列表中的元素也被调用对象的引用。

实例

以下是表示List接口如何使用的示例：

import java.util.*;
​
public class CollectionsDemo {
​
   public static void main(String[] args) {
      List a1 = new ArrayList();
      a1.add("Zara");
      a1.add("Mahnaz");
      a1.add("Ayan");
      System.out.println(" ArrayList Elements");
      System.out.print("    " + a1);
​
      List l1 = new LinkedList();
      l1.add("Zara");
      l1.add("Mahnaz");
      l1.add("Ayan");
      System.out.println();
      System.out.println(" LinkedList Elements");
      System.out.print("    " + l1);
   }
}

以上实例编译运行结果如下：

 ArrayList Elements
        [Zara, Mahnaz, Ayan]
 LinkedList Elements
        [Zara, Mahnaz, Ayan]

Java Set集合

Set 表示唯一对象的集合。集合中元素的排序是不相关的。

集合框架提供三种类型的集合:

  • 数学集

  • 排序集

  • 导航集

数学集

  1. Set接口对数学中的一组进行建模。集合是唯一元素的集合。

  2. Java最多允许一个Set中的一个空元素。Set中元素的排序并不重要。

  3. Java不保证Set中元素的排序。

  4. 当循环遍历Set的所有元素时，你得到Set中的每个元素一次。

  5. 集合框架提供HashSet类作为实现为设置接口。

    无序、不重复、一个可为空

    以下代码显示了如何创建一个Set并向其添加元素。 当向集合添加重复元素时，它们将被忽略。

如果比较它们，则在集合中的两个元素被认为是相等的使用equals()方法返回true。

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
​
public class Main {
  public static void main(String[] args) {
​
    Set<String> s1 = new HashSet<>();
​
    // Add a few elements
    s1.add("HTML");
    s1.add("CSS");
    s1.add("XML");
    s1.add("XML"); // Duplicate
​
    // Create another set by copying s1
    Set<String> s2 = new HashSet<>(s1);
    // Add a few more elements 
    s2.add("Java"); 
    s2.add("SQL");
    s2.add(null); // one null is fine
    s2.add(null); // Duplicate
​
    System.out.println("s1: " + s1);
    System.out.println("s1.size(): " + s1.size());
​
    System.out.println("s2: " + s2);
    System.out.println("s2.size(): " + s2.size());
  }
}

上面的代码生成以下结果。

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LinkedHashSet

集合框架提供LinkedHashSet类作为Set接口的另一个实现类。

HashSet不保证顺序元素。LinkedHashSet在插入元素时保持元素顺序。

import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.Set;
​
public class Main {
  public static void main(String[] args) {
​
    Set<String> s1 = new LinkedHashSet<>();
    s1.add("A");
    s1.add("B");
    s1.add("C");
    s1.add("D");
    System.out.println("LinkedHashSet: " + s1);
​
​
  }
}

上面的代码生成以下结果。

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集合操作

我们可以对集合执行并集，交集和差分运算。

// Union  of  s1  and  s2  will be  stored in s1 
s1.add(s2);
​
// Intersection of  s1  and  s2  will be  stored in s1 
s1.retainAll(s2);
​
// Difference of  s1  and  s2  will be  stored in s1 
s1.removeAll(s2);

在集合操作期间，修改s1。要保持原始设置不变，请在操作之前复制：

Set  s1Unions2  = new HashSet(s1); // Make a  copy  of  s1
s1Unions2.addAll(s2);

要测试集合s1是否是另一个集合s2的子集，请使用s2.containsAll（s1）方法。

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
​
public class Main {
  public static void main(String[] args) {
    Set<String> s1 = new HashSet<>();
    s1.add("HTML");
    s1.add("CSS");
    s1.add("XML");
​
    Set<String> s2 = new HashSet<>();
    s2.add("Java");
    s2.add("Javascript");
    s2.add("CSS");
​
    System.out.println("s1: " + s1);
    System.out.println("s2: " + s2);
​
    performUnion(s1, s2);
    performIntersection(s1, s2);
    performDifference(s1, s2);
    testForSubset(s1, s2);
  }
​
  public static void performUnion(Set<String> s1, Set<String> s2) {
    Set<String> s1Unions2 = new HashSet<>(s1);
    s1Unions2.addAll(s2);
    System.out.println("s1 union  s2: " + s1Unions2);
  }
​
  public static void performIntersection(Set<String> s1, Set<String> s2) {
    Set<String> s1Intersections2 = new HashSet<>(s1);
    s1Intersections2.retainAll(s2);
    System.out.println("s1 intersection  s2: " + s1Intersections2);
  }
​
  public static void performDifference(Set<String> s1, Set<String> s2) {
    Set<String> s1Differences2 = new HashSet<>(s1);
    s1Differences2.removeAll(s2);
​
    Set<String> s2Differences1 = new HashSet<>(s2);
    s2Differences1.removeAll(s1);
​
    System.out.println("s1 difference s2: " + s1Differences2);
    System.out.println("s2 difference s1: " + s2Differences1);
  }
​
  public static void testForSubset(Set<String> s1, Set<String> s2) {
    System.out.println("s2 is  subset s1: " + s1.containsAll(s2));
    System.out.println("s1 is  subset s2: " + s2.containsAll(s1));
  }
​
}

上面的代码生成以下结果。

 

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