java集合

java集合

Java集合框架
Collection接口API
Iterator迭代器接口（遍历集合中的元素）
Collection子接口之一：Set接口
- HashSet LinkedHashSet TreeSet
Collection子接口之二： List接口
- ArrayList LinkedList Vector
Map接口
- HashMap TreeMap Hashtable
Collections工具类

Java 集合概述

一方面，面向对象语言对事物的体现都是以对象的形式，为了方便对多个对象的操作，就要对对象进行存储。另一方面，使用Array存储对象方面具有一些弊端，而Java 集合就像一种容器，可以动态地把多个对象的引用放入容器中。
Java 集合类可以用于存储数量不等的多个对象，还可用于保存具有映射关系的关联数组。
数组的弊端：一旦建立长度不可变。数组中数据类型必须一致，数组中元素个数未知。
Java 集合可分为 Collection 和 Map 两种体系
- Collection接口：
  - Set：元素无序、不可重复的集合 ---类似高中的"集合"
  - List：元素有序，可重复的集合 ---"动态"数组
    - Map接口：具有映射关系"key-value对"的集合 ---类似于高中的"函数"

Map接口继承树

Collection 接口

Collection 接口是 List、Set 和 Queue 接口的父接口，该接口里定义的方法既可用于操作 Set 集合，也可用于操作 List 和 Queue 集合。
JDK不提供此接口的任何直接实现，而是提供更具体的子接口(如：Set和List)实现。
在 Java5 之前，Java 集合会丢失容器中所有对象的数据类型，把所有对象都当成 Object 类型处理；从 Java5 增加了泛型以后，Java 集合可以记住容器中对象的数据类型

Collection 接口的方法

红色部分：集合与数组间转换操作的方法：如下图

使用 Iterator 接口遍历集合元素

Iterator对象称为迭代器(设计模式的一种)，主要用于遍历 Collection 集合中的元素。
所有实现了Collection接口的集合类都有一个iterator()方法，用以返回一个实现了Iterator接口的对象。
Iterator 仅用于遍历集合，Iterator 本身并不提供承装对象的能力。如果需要创建 Iterator 对象，则必须有一个被迭代的集合。

Iterator接口的方法

在调用it.next()方法之前必须要调用it.hasNext()进行检测。若不调用，且下一条记录无效，直接调用it.next()会抛出NoSuchElementException异常

while（it.hasNext()）{

…..it.next();

}

使用 foreach 循环遍历集合元素

Java 5 提供了 foreach 循环迭代访问 Collection

List接口

Java中数组用来存储数据的局限性
List集合类中元素有序、且可重复，集合中的每个元素都有其对应的顺序索引。
List容器中的元素都对应一个整数型的序号记载其在容器中的位置，可以根据序号存取容器中的元素。
JDK API中List接口的实现类常用的有：ArrayList、LinkedList和Vector。
List 集合里添加了一些根据索引来操作集合元素的方法
- void add(int index, Object ele)
- boolean addAll(int index, Collection eles)
- Object get(int index)
- int indexOf(Object obj)
- int lastIndexOf(Object obj)
- Object remove(int index)
- Object set(int index, Object ele)
- List subList(int fromIndex, int toIndex)

List实现类之一：ArrayList

ArrayList 是 List 接口的典型实现类
本质上，ArrayList是对象引用的一个变长数组
ArrayList 是线程不安全的，而 Vector 是线程安全的，即使为保证 List 集合线程安全，也不推荐使用Vector
Arrays.asList(…) 方法返回的 List 集合既不是 ArrayList 实例，也不是 Vector 实例。 Arrays.asList(…) 返回值是一个固定长度的 List 集合

List实现类之二：LinkedList

对于频繁的插入或删除元素的操作，建议使用LinkedList类，效率较高
新增方法：
- void addFirst(Object obj)
- void addLast(Object obj)
- Object getFirst()
- Object getLast()
- Object removeFirst()
- Object removeLast()

List 实现类之三：Vector

Vector 是一个古老的集合，JDK1.0就有了。大多数操作与ArrayList相同，区别之处在于Vector是线程安全的。
在各种list中，最好把ArrayList作为缺省选择。当插入、删除频繁时，使用LinkedList；Vector总是比ArrayList慢，所以尽量避免使用。
新增方法：
- void addElement(Object obj)
- void insertElementAt(Object obj,int index)
- void setElementAt(Object obj,int index)
- void removeElement(Object obj)
- void removeAllElements()

ListIterator接口（了解）

List 额外提供了一个 listIterator() 方法，该方法返回一个 ListIterator 对象， ListIterator 接口继承了 Iterator 接口，提供了专门操作 List 的方法：
- void add()
- boolean hasPrevious()
- Object previous()
- Boolean hasNext()
- Object next()

Iterator和ListIterator主要区别(了解)

1、ListIterator和Iterator都有hasNext()和next()方法，可以实现顺序向后遍历。但是ListIterator有hasPrevious()和previous()方法，可以实现逆向（顺序向前）遍历。Iterator就不可以。

2、ListIterator可以定位当前的索引位置，nextIndex()和previousIndex()可以实现。Iterator 没有此功能。

3、ListIterator有add()方法，可以向List中插入对象，而Iterator不能。

4、都可实现删除对象，但是ListIterator可以实现对象的修改，set()方法可以实现。Iterator仅能遍历，不能修改。因为ListIterator的这些功能，可以实现对LinkedList等List数据结构的操作。

Set 接口

Set接口是Collection的子接口，set接口没有提供额外的方法
Set 集合不允许包含相同的元素，如果试把两个相同的元素加入同一个 Set 集合中，则添加操作失败。
Set 判断两个对象是否相同不是使用 == 运算符，而是根据 equals 方法

Set实现类之一：HashSet

HashSet 是 Set 接口的典型实现，大多数时候使用 Set 集合时都使用这个实现类。
HashSet 按 Hash 算法来存储集合中的元素，因此具有很好的存取和查找性能。
HashSet 具有以下特点：
- 不能保证元素的排列顺序
- HashSet 不是线程安全的
- 集合元素可以是 null
当向 HashSet 集合中存入一个元素时，HashSet 会调用该对象的 hashCode() 方法来得到该对象的 hashCode 值，然后根据 hashCode 值决定该对象在 HashSet 中的存储位置。
HashSet 集合判断两个元素相等的标准：两个对象通过 hashCode() 方法比较相等，并且两个对象的 equals() 方法返回值也相等。

hashCode() 方法

如果两个元素的 equals() 方法返回 true，但它们的 hashCode() 返回值不相等，hashSet 将会把它们存储在不同的位置，但依然可以添加成功。
对于存放在Set容器中的对象，对应的类一定要重写equals()和hashCode(Object obj)方法，以实现对象相等规则。
重写 hashCode() 方法的基本原则
- 在程序运行时，同一个对象多次调用 hashCode() 方法应该返回相同的值
- 当两个对象的 equals() 方法比较返回 true 时，这两个对象的 hashCode() 方法的返回值也应相等

对象中用作 equals() 方法比较的 Field，都应该用来计算 hashCode 值

Set实现类之二：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。

Set实现类之三：TreeSet

TreeSet 是 SortedSet 接口的实现类，TreeSet 可以确保集合元素处于排序状态。
- Comparator comparator()
- Object first()
- Object last()
- Object lower(Object e)
- Object higher(Object e)
- SortedSet subSet(fromElement, toElement)
- SortedSet headSet(toElement)
- SortedSet tailSet(fromElement)
TreeSet 两种排序方法：自然排序和定制排序。默认情况下，TreeSet 采用自然排序.

排序——自然排序 Comparable 接口

自然排序：TreeSet 会调用集合元素的 compareTo(Object obj) 方法来比较元素之间的大小关系，然后将集合元素按升序排列
如果试图把一个对象添加到 TreeSet 时，则该对象的类必须实现 Comparable 接口。
实现 Comparable 的类必须实现 compareTo(Object obj) 方法，两个对象即通过 compareTo(Object obj) 方法的返回值来比较大小。
Comparable 的典型实现：
- BigDecimal、BigInteger 以及所有的数值型对应的包装类：按它们对应的数值大小进行比较
- Character：按字符的 unicode值来进行比较
- Boolean：true 对应的包装类实例大于 false 对应的包装类实例
- String：按字符串中字符的 unicode 值进行比较
- Date、Time：后边的时间、日期比前面的时间、日期大
向 TreeSet 中添加元素时，只有第一个元素无须比较compareTo()方法，后面添加的所有元素都会调用compareTo()方法进行比较。
因为只有相同类的两个实例才会比较大小，所以向 TreeSet 中添加的应该是同一个类的对象
对于 TreeSet 集合而言，它判断两个对象是否相等的唯一标准是：两个对象通过 compareTo(Object obj) 方法比较返回值
当需要把一个对象放入 TreeSet 中，重写该对象对应的 equals() 方法时，应保证该方法与 compareTo(Object obj) 方法有一致的结果：如果两个对象通过 equals() 方法比较返回 true，则通过 compareTo(Object obj) 方法比较应返回 0

排序——定制排序 comparator接口

TreeSet的自然排序是根据集合元素的大小，进行元素升序排列。如果需要定制排序，比如降序排列，可通过Comparator接口的帮助。需要重写compare(T o1,T o2)方法。
利用int compare(T o1,T o2)方法，比较o1和o2的大小：如果方法返回正整数，则表示o1大于o2；如果返回0，表示相等；返回负整数，表示o1小于o2。
要实现定制排序，需要将实现Comparator接口的实例作为形参传递给TreeSet的构造器。
此时，仍然只能向TreeSet中添加类型相同的对象。否则发生ClassCastException异常。
使用定制排序判断两个元素相等的标准是：通过Comparator比较两个元素返回了0。

Map接口

Map与Collection并列存在。用于保存具有映射关系的数据:Key-Value
Map 中的 key 和 value 都可以是任何引用类型的数据
Map 中的 key 用Set来存放，不允许重复，即同一个 Map 对象所对应的类，须重写hashCode()和equals()方法。
常用String类作为Map的"键"。
key 和 value 之间存在单向一对一关系，即通过指定的 key 总能找到唯一的、确定的 value。

Map实现类之一：HashMap

Map接口的常用实现类：HashMap、TreeMap和Properties。
HashMap是 Map 接口使用频率最高的实现类。
允许使用null键和null值，与HashSet一样，不保证映射的顺序。
HashMap 判断两个 key 相等的标准是：两个 key 通过 equals() 方法返回 true，hashCode 值也相等。
HashMap 判断两个 value相等的标准是：两个 value 通过 equals() 方法返回 true。

Map实现类之二：LinkedHashMap

LinkedHashMap 是 HashMap 的子类
与LinkedHashSet类似，LinkedHashMap 可以维护 Map 的迭代顺序：迭代顺序与 Key-Value 对的插入顺序一致

Map实现类之三：TreeMap

TreeMap存储 Key-Value 对时，需要根据 key-value 对进行排序。TreeMap 可以保证所有的 Key-Value 对处于有序状态。
TreeMap 的 Key 的排序：
- 自然排序：TreeMap 的所有的 Key 必须实现 Comparable 接口，而且所有的 Key 应该是同一个类的对象，否则将会抛出 ClasssCastException
- 定制排序：创建 TreeMap 时，传入一个 Comparator 对象，该对象负责对 TreeMap 中的所有 key 进行排序。此时不需要 Map 的 Key 实现 Comparable 接口
TreeMap判断两个key相等的标准：两个key通过compareTo()方法或者compare()方法返回0。

若使用自定义类作为TreeMap的key，所属类需要重写equals()和hashCode()方法，且equals()方法返回true时，compareTo()方法应返回0

Map实现类之四：Hashtable

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实现类之五：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);

操作集合的工具类：Collections

Collections 是一个操作 Set、List 和 Map 等集合的工具类
Collections 中提供了一系列静态的方法对集合元素进行排序、查询和修改等操作，还提供了对集合对象设置不可变、对集合对象实现同步控制等方法
排序操作：（均为static方法）
- reverse(List)：反转 List 中元素的顺序
- shuffle(List)：对 List 集合元素进行随机排序
- sort(List)：根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素按升序排序
- sort(List，Comparator)：根据指定的 Comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序
- swap(List，int， int)：将指定 list 集合中的 i 处元素和 j 处元素进行交换

查找、替换

Object max(Collection)：根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最大元素
Object max(Collection，Comparator)：根据 Comparator 指定的顺序，返回给定集合中的最大元素
Object min(Collection)
Object min(Collection，Comparator)
int frequency(Collection，Object)：返回指定集合中指定元素的出现次数
void copy(List dest,List src)：将src中的内容复制到dest中
boolean replaceAll(List list，Object oldVal，Object newVal)：使用新值替换 List 对象的所有旧值

同步控制

Collections 类中提供了多个 synchronizedXxx() 方法，该方法可使将指定集合包装成线程同步的集合，从而可以解决多线程并发访问集合时的线程安全问题

Enumeration（了解）

Enumeration 接口是 Iterator 迭代器的 "古老版本"

Enumeration stringEnum = new StringTokenizer("a-b*c-d-e-g", "-");

while(stringEnum.hasMoreElements()){

Object obj = stringEnum.nextElement();

System.out.println(obj);

}

集合部分面试题

1 Collection 和 Collections的区别

答：Collection是集合类的上级接口，继承与他的接口主要有Set 和List.

Collections是针对集合类的一个帮助类，他提供一系列静态方法实现对各种集合的搜索、排序、线程安全化等操作

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2 Set里的元素是不能重复的，那么用什么方法来区分重复与否呢? 是用==还是equals()? 它们有何区别

答：Set里的元素是不能重复的，那么用iterator()方法来区分重复与否。equals()是判读两个Set是否相等

equals()和==方法决定引用值是否指向同一对象equals()在类中被覆盖，为的是当两个分离的对象的内容

和类型相配的话，返回真值

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3 List, Set, Map是否继承自Collection接口

答： List，Set是，Map不是

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4 两个对象值相同(x.equals(y) == true)，但却可有不同的hash code，这句话对不对

答：不对，有相同的hash code

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5 说出ArrayList,Vector, LinkedList的存储性能和特性

答：ArrayList和Vector都是使用数组方式存储数据，此数组元素数大于实际存储的数据以便增加和插入元素，它们都允许直接按序号索引元素，但是插入元素要涉及数组元素移动等内存操作，所以索引数据快而插入数据慢，Vector由于使用了synchronized方法（线程安全），通常性能上较ArrayList差，而LinkedList使用双向链表实现存储，按序号索引数据需要进行前向或后向遍历，但是插入数据时只需要记录本项的前后项即可，所以插入速度较快。

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6 HashMap和Hashtable的区别

答：HashMap是Hashtable的轻量级实现（非线程安全的实现），他们都完成了Map接口，主要区别在于

HashMap允许空（null）键值（key）,由于非线程安全，效率上可能高于Hashtable。

HashMap允许将null作为一个entry的key或者value，而Hashtable不允许。

HashMap把Hashtable的contains方法去掉了，改成containsvalue和containsKey。因为contains方法容易让人引起误解。

Hashtable继承自Dictionary类，而HashMap是Java1.2引进的Map interface的一个实现。

最大的不同是，Hashtable的方法是Synchronize的，而HashMap不是，在多个线程访问Hashtable时，不需要自己为它的方法实现同步，而HashMap 就必须为之提供外同步。

Hashtable和HashMap采用的hash/rehash算法都大概一样，所以性能不会有很大的差异。

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7 ArrayList和Vector的区别,HashMap和Hashtable的区别

答：就ArrayList与Vector主要从二方面来说.

一.同步性:Vector是线程安全的，也就是说是同步的，而ArrayList是线程序不安全的，不是同步的

二.数据增长:当需要增长时,Vector默认增长为原来一培，而ArrayList却是原来的一半

就HashMap与HashTable主要从三方面来说。

一.历史原因:Hashtable是基于陈旧的Dictionary类的，HashMap是Java 1.2引进的Map接口的一个实现

二.同步性:Hashtable是线程安全的，也就是说是同步的，而HashMap是线程序不安全的，不是同步的

三.值：只有HashMap可以让你将空值作为一个表的条目的key或value

8 如何高效地判断数组中是否包含某特定值

如何检查一个未排序的数组中是否包含某个特定值，这是一个在Java中非常实用并且频繁使用的操作。检查数组中是否包含特定值可以用多种不同的方式实现，但是时间复杂度差别很大。下面，将为大家展示各种方法及其需要花费的时间。

1.检查数组中是否包含特定值的四种不同方法

1）使用List：

public static boolean useList(String[] arr, String targetValue) {

return Arrays.asList(arr).contains(targetValue);

}

2）使用Set：

public static boolean useSet(String[] arr, String targetValue) {

Set<String> set = new HashSet<String>(Arrays.asList(arr));

return set.contains(targetValue);

}

3）使用一个简单循环：

public static boolean useLoop(String[] arr, String targetValue) {

for(String s: arr){

if(s.equals(targetValue))

return true;

}

return false;

}

4）使用Arrays.binarySearch()：

注：下面的代码是错误的，这样写出来仅仅为了理解方便。binarySearch()只能用于已排好序的数组中。所以，你会发现下面结果很奇怪。

public static boolean useArraysBinarySearch(String[] arr, String targetValue) {

int a = Arrays.binarySearch(arr, targetValue);

if(a > 0)

return true;

else

return false;

}

2.时间复杂度

通过下面的这段代码可以近似比较几个方法的时间复杂度。虽然分别搜索一个大小为5、1K、10K的数组是不够精确的，但是思路是清晰的。

public static void main(String[] args) {

String[] arr = new String[] { "CD", "BC", "EF", "DE", "AB"};

//use list

long startTime = System.nanoTime();

for (int i = 0; i < 100000; i++) {

useList(arr, "A");

}

long endTime = System.nanoTime();

long duration = endTime - startTime;

System.out.println("useList: " + duration / 1000000);

//use set

startTime = System.nanoTime();

for (int i = 0; i < 100000; i++) {

useSet(arr, "A");

}

endTime = System.nanoTime();

duration = endTime - startTime;

System.out.println("useSet: " + duration / 1000000);

//use loop

startTime = System.nanoTime();

for (int i = 0; i < 100000; i++) {

useLoop(arr, "A");

}

endTime = System.nanoTime();

duration = endTime - startTime;

System.out.println("useLoop: " + duration / 1000000);

//use Arrays.binarySearch()

startTime = System.nanoTime();

for (int i = 0; i < 100000; i++) {

useArraysBinarySearch(arr, "A");

}

endTime = System.nanoTime();

duration = endTime - startTime;

System.out.println("useArrayBinary: " + duration / 1000000);

}

结果：

useList: 13

useSet: 72

useLoop: 5

useArraysBinarySearch: 9

对于长度为1K的数组：

String[] arr = new String[1000];

Random s = new Random();

for(int i=0; i< 1000; i++){

arr[i] = String.valueOf(s.nextInt());

}

结果：

useList: 112

useSet: 2055

useLoop: 99

useArrayBinary: 12

对于长度为10K的数组：

String[] arr = new String[10000];

Random s = new Random();

for(int i=0; i< 10000; i++){

arr[i] = String.valueOf(s.nextInt());

}

结果：

useList: 1590

useSet: 23819

useLoop: 1526

useArrayBinary: 12

很明显，使用简单循环的方法比使用其他任何集合效率更高。许多开发者会使用第一种方法，但是它并不是高效的。将数组压入Collection类型中，需要首先将数组元素遍历一遍，然后再使用集合类做其他操作。

如果使用Arrays.binarySearch()方法，数组必须是已排序的。由于上面的数组并没有进行排序，所以该方法不可使用。

实际上，如果你需要借助数组或者集合类高效地检查数组中是否包含特定值，一个已排序的列表或树可以做到时间复杂度为O(log(n))，hashset可以达到O(1)。