Java学习笔记(十五)--集合

浅浅的花香味﹌ 2022-05-27 13:05 277阅读 0赞

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# 一、集合和数组的区别 #

>  
> 
>  *  **长度: **数组长度固定,集合长度不固定
>  *  **内容: **数组必须存储同一种类型,集合可存储多种不同类型的数据
>  *  **数据类型: **数组可存储基本数据类型和引用数据类型,集合只能存储引用数据类型

# 二、集合 #

>  因为需要存储变长数据,所以集合应运而生,Java集合主要由两个接口派生而出:Collection和Map.(本图来自网络)
> 
> ![70][]
> 
> Collection是Set,List,Queue的父类,因此Collection有的方法,子类则可直接拥有,Collection常用的方法如下:
> 
>  
> 
> <table style="width:200px;"> 
>  <tbody> 
>   <tr> 
>    <td>方法名称</td> 
>    <td>方法作用</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>boolean add(Object o)</td> 
>    <td>向集合中添加一个 元素,添加成功返回true</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>boolean addAll(Collection c)</td> 
>    <td>将集合c中的所有元素添加到集合中,成功则返回true</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>void clear()</td> 
>    <td>清除集合中的所有元素</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>boolean contains(Object o)</td> 
>    <td>返回集合中是否包含指定元素</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>boolean containsAll(Collection c)</td> 
>    <td>集合中是否包含集合c中所有的元素</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>boolean isEmpty()</td> 
>    <td>返回集合是否为空,空:true,否则返回false</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>Iterator iterator()</td> 
>    <td>用于遍历集合中元素</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>boolean remove(Object o)</td> 
>    <td>删除集合中指定元素</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>boolean removeAll(Collection c)</td> 
>    <td>删除与集合c相同的元素,即求差集,删除一个元素及以上则返回true</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>boolean retainAll(Collection c)</td> 
>    <td>从集合中删除与集合c不同的元素,即求交集</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>int size()</td> 
>    <td>集合所包含元素个数</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>Object[] toArray()</td> 
>    <td>集合转换为数组</td> 
>   </tr> 
>  </tbody> 
> </table>

**1.Set集合**

>  
> 
>  
> 
>  *  **特点:**存储的元素不能重复

**1.1HashSet类**

>  
> 
>  
> 
>  *  **特点:**能够快速查找被检索的对象,不能保证元素的排列顺序,不是线程安全的,集合元素可以为null
>  *  **原理:**根据hashCode值计算存储位置,查找的时候也是根据hashCode值,所以效率很快,由于添加和查询都是根据数据本身进行的操作,所以数据不能重复,否则就无法准确定位是哪个数据。HashSet中每个存储元素的位置叫"桶",如果多个元素的hashCode值相同,但他们通过equals方法返回false,则可在同一个桶内放多个数据,这样就会引起性能下降。

**    ****1.1.1 LinkedHashSet类**

>  
> 
>  *   **原理:**是HashSet的子集,依然使用hashCode值计算存储位置,同时使用链表维护元素次序使得元素看起来是以插入的顺序保存的,但它依旧不允许元素重复。

**1.2TreeSet类**

>  
> 
>  
> 
>  *    **原理:**是SortedSet接口的实现类,依旧不能添加重复的数据,通过Comparator对象比较两个集合元素,比较结果返回0表示两个元素相等
>  *  常用方法及作用如下:
> 
> ## ##
> 
> <table style="width:200px;"> 
>  <tbody> 
>   <tr> 
>    <td>方法名称</td> 
>    <td>方法作用</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>comparator()</td> 
>    <td>若TreeSet采用定制排序,则返回使用的Comparator,若采用自然排序,则返回null</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>Object first()</td> 
>    <td>返回集合中的第一个元素</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>Object last()</td> 
>    <td>返回集合中的最后一个元素</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>Object lower(Object e)</td> 
>    <td>返回集合中位于指定元素之前的元素</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>Object higher(Object e)</td> 
>    <td>返回集合中位于指定元素之后的元素</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>SortedSet subSet(Object from,Object to)</td> 
>    <td>返回此区间内的元素</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>SortedSet headSet(Object to)</td> 
>    <td>返回子集,元素由第一个元素到to组成</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>SortedSet tailSet(Object o)</td> 
>    <td>返回子集,由大于或等于o的元素组成</td> 
>   </tr> 
>  </tbody> 
> </table>
> 
> ## ##
> 
>  
> 
>  *  自然排序:TreeSet调用Comparable(object obj)方法来比较两个元素之间的大小关系,按照升序排列,举例:
> 
>     public static void main(String[] args) {
>             TreeSet nums = new TreeSet();
>             nums.add(5);
>             nums.add(2);
>             nums.add(10);
>             nums.add(-9);
>             System.out.println(nums.add(-9));   //不能重复添加相同的数据
>             System.out.println(nums);
>             System.out.println(nums.first());
>             System.out.println(nums.last());
>             System.out.println(nums.headSet(4));
>             System.out.println(nums.tailSet(5));
>             System.out.println(nums.subSet(-3, 4));
>         }
> 
>  
> 
>  *  **定制排序: **使用Lambda表达式代替Comparator对象实现,举例:
> 
>     public class TreeSetDemo2 {
>         public static void main(String[] args) {
>             TreeSet treeSet = new TreeSet(((o1, o2) -> {
>                 M m1 = (M)o1;
>                 M m2 = (M)o2;
>                 return m1.age   >m2.age?-1:m1.age<m2.age?1:0;
>             }));
>     
>             treeSet.add(new M(5));
>             treeSet.add(new M(-3));
>             treeSet.add(new M(9));
>             System.out.println(treeSet);
>         }
>     }
>     
>     class M{
>         int age;
>     
>         public M(int age) {
>             this.age = age;
>         }
>     
>         @Override
>         public String toString() {
>             return "M{" +
>                     "age=" + age +
>                     '}';
>         }
>     }

**1.3EnumSet类**

>  
> 
>  
> 
>  *  **概述:**专门为枚举定义的集合,其中的元素必须是指定枚举类型的枚举值
>  *  常用的方法及作用:
> 
> <table style="width:200px;"> 
>  <tbody> 
>   <tr> 
>    <td>方法名称</td> 
>    <td>方法作用</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>EnumSet allOf(Class elementType)</td> 
>    <td>创建一个包含指定枚举类里所有值的EnumSet集合</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>EnumSet complementOf(EnumSet s)</td> 
>    <td>创建一个新的与指定枚举集合类型相同的枚举集合,两个集合并集是该枚举类的所有枚举值</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>EnumSet copyOf(Collection c)</td> 
>    <td>使用一个普通集合创建枚举集合</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>EnumSet copyOf(EnumSet s)</td> 
>    <td>创建一个与指定EnumSet具有相同元素,类型的EnumSet集合</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>EnumSet noneOf(Class elementType)</td> 
>    <td>创建一个空集合,类型为指定枚举类型</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>EnumSet of(elemtnt1,element2,element3...)</td> 
>    <td>创建包含多个枚举值的枚举集合</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>EnumSet range(E from , E to)</td> 
>    <td>创建一个包含从from到to范围的所有枚举值的枚举集合</td> 
>   </tr> 
>  </tbody> 
> </table>
> 
> ## ##
> 
>  
> 
>  *  举例
> 
>     public class EnumSetDemo {
>         public static void main(String[] args) {
>     //        创建一个EnumSet集合,集合元素就是Season枚举类的全部枚举值
>             EnumSet es1 = EnumSet.allOf(Season.class);
>             System.out.println(es1);
>     //        创建一个EnumSet空集合,指定其集合元素是Season类的枚举值
>             EnumSet es2 = EnumSet.noneOf(Season.class);
>             System.out.println(es2);
>     //        手动添加两个元素
>             es2.add(Season.WINTER);
>             es2.add(Season.SPRING);
>             System.out.println(es2);
>     //        以指定枚举值创建EnumSet集合
>             EnumSet es3 = EnumSet.of(Season.SUMMER,Season.WINTER);
>             System.out.println(es3);
>             EnumSet es4 = EnumSet.of(Season.SUMMER,Season.WINTER);
>             System.out.println(es4);
>     //        es5的元素类型与es4的元素类型相同,这两个元素之和为整个Season类的枚举值
>             EnumSet es5 = EnumSet.complementOf(es4);
>             System.out.println(es5);
>         }
>     }
>     
>     enum Season{
>         SPRING,SUMMER,FALL,WINTER
>     }

**Set类对比总结**

>  
> 
>  *   特点:凡是set集合,都不可以添加重复的数据
>  *  对比分析:
> 
>     ①Set集合都是线程不安全的
> 
>     ②HashSet对比TreeSet:前者对基本的添加操作,查询操作比较快,因为不需要维护顺序,可直接根据hashCode计算位置,后者只有当需要保持排序的Set时,才应该使用TreeSet
> 
>     ③HashSet对比LinkedHashSet:前者对于普通的插入,删除操作效率较高,因为不需要去维护顺序开销,遍历时后者更快,因为后者是有顺序的
> 
>    ④EnumSet是所有Set集合中性能最好的,但是只能保存同一个枚举类的枚举值作为集合元素

## 2.List集合 ##

>  List集合代表一个元素有序 ,可重复的集合,集合中每个元素都有其对应的顺序索引,其典型的子类有两个,ArrayList和Vector类,Vector类是java1.0就有了,其方法名很长,ArrayList是线程不安全的,Vector是线程安全的,及时如此,也很少推荐使用Vector,ArrayList可通过多种其他方式实现线程安全。
> 
> List常用方法及作用如下:
> 
>  
> 
> <table style="width:200px;"> 
>  <tbody> 
>   <tr> 
>    <td>方法名称</td> 
>    <td>方法作用</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>void add(int index, Object element)</td> 
>    <td>将element插入到集合的index处</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>boolean addAll(int index,Collection c)</td> 
>    <td>将集合c所包含的所有元素都插入到index处</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>Object get(int index)</td> 
>    <td>返回集合index索引处的元素</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>int indexOf(Object o)</td> 
>    <td>返回对象o在集合中第一次出现的位置</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>int lastIndexOf(Object o)</td> 
>    <td>返回对象o在集合中最后出现的位置</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>List subList(int fromindex,int toindex)</td> 
>    <td>子集合</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>Object remove(int index)</td> 
>    <td>删除并返回index索引处的元素</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>Object set(int index,Object element)</td> 
>    <td>替换旧元素</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>void replaceAll(operator)</td> 
>    <td>根据一定规则重新设置list集合中的所有元素</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>void sort(Comparator c)</td> 
>    <td>根据一定规则对list集合元素排序</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>boolean hasPrevious()</td> 
>    <td>返回该迭代器关联的集合是否还有上一个元素</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>Object previous()</td> 
>    <td>返回该迭代器的上一个元素</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>void add(Object o)</td> 
>    <td>在指定位置插入一个元素</td> 
>   </tr> 
>  </tbody> 
> </table>

## 3.Queue集合 ##

>  先进先出的特点,对比之前的集合类型,队列集合会有队列头和队列尾之说,所以会有取队列头元素和队列尾元素的方法,如add,element,offer,peek,poll,remove等具体不再赘述。

## 4.Map集合 ##

>   Map存储的是key-value对（具有映射关系的数据），key和value都可以是任何类型的数据，Map集合的key值是不允许重复的，该集合中的key和value之间是一一对应的，通过一个key只能找到一个唯一的value值。在Set中有HashSet,LinkedHashSet,SortedSet,TreeSet,EnumSet等子接口和实现类，Map的接口下有HashMap,LinkedHashMap,SortedMap,TreeMap,EnumMap等子接口和实现类，其常用的方法及作用如下:
> 
>  
> 
> <table style="width:200px;"> 
>  <tbody> 
>   <tr> 
>    <td>方法名称</td> 
>    <td>方法作用</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>void clear()</td> 
>    <td>删除该Map对象中的所有key-value对</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>boolean containsKey()</td> 
>    <td>是否包含指定的key</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>boolean containsValue(Object value)</td> 
>    <td>是否包含一个或者多个value</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>Set entrySet()</td> 
>    <td>返回Map中的key-value对所组成的Set集合</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>Object get(Object key)</td> 
>    <td>根据指定key返回value,若不包含此key,则返回null</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>boolean isEmpty()</td> 
>    <td>是否为空,为空则返回true</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>Set keySet()</td> 
>    <td>返回Map中所有key组成的Set集合</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>Object put(Object key,Object value)</td> 
>    <td>添加一个key-value对</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>void putAll)Map m)</td> 
>    <td>将指定map中的key-value对复制到本map中</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>Object remove(Object key)</td> 
>    <td>删除指定key对应的key-value对</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>int size()</td> 
>    <td>Map中所包含的key-value对个数</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>Collection values()</td> 
>    <td>返回该Map所有value组成的Collection</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>Object getKey()</td> 
>    <td>返回Entry里包含的key值</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>Object getValue()</td> 
>    <td>返回Entry里包含的value值</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>Object setValue(V value)</td> 
>    <td>设置该Entry里包含的value值</td> 
>   </tr> 
>   <tr> 
>    <td>&nbsp;</td> 
>    <td>&nbsp;</td> 
>   </tr> 
>  </tbody> 
> </table>

>  
> 
>  *  像SortedMap就类似于SortedSet,SortedMap又派生出TreeMap子类,TreeMap是有顺序的,所以会有第一个,前一个,上一个,后一个的方法,同样类似于TreeSet有两种排序方式,自然排序和定制排序,TreeMap的所有key都必须实现Comparable接口。采用定制排序不要求key实现Comparable接口,需要传入一个Comparator对象。
>  *   WeakHashMap实现类:与HashMap的区别是,前者的key只保留了对实际对象的弱引用,后者的key保留了对实际对象的强引用。意味着HashMap对象不被销毁,该HashMap对象的key所引用的对象就不会被垃圾回收。
> 
>     public class WeakHashMapTest {
>         public static void main(String[] args) {
>             WeakHashMap whm = new WeakHashMap();
>             whm.put(new String("语文"),new String("良好"));
>             whm.put(new String("数学"),new String("及格"));
>             whm.put(new String("英文"),new String("中等"));
>     
>             whm.put("java",new String("中等"));
>     
>             System.out.println(whm);
>             System.gc();
>             System.runFinalization();
>             System.out.println(whm);
>         }
>     }
> 
> 运行结果:
> 
>     {英文=中等, java=中等, 数学=及格, 语文=良好}
>     {java=中等}
> 
> 前三个key-value对的key是匿名对象,WeakHashMap保留了他们的弱引用,所以就垃圾回收了,最后一个是一个字符串直接量,WeakHashMap会保留强引用,所以没有被垃圾回收。
> 
>  
> 
>  *  IdentityHashMap实现类比较特殊,HashMap比较两个key相等的条件是通过equals方法比较返回true,且它们的hashCode值相等即可。而IdentityHashMap的两个key严格相等时才认为是同一个key(key1==key2)。
> 
>     public class IdentityHashMapTest {
>         public static void main(String[] args) {
>             IdentityHashMap ihm = new IdentityHashMap();
>             ihm.put(new String("语文"),89);
>             ihm.put(new String("语文"),78);
>             ihm.put("java",93);
>             ihm.put("java",98);
>     
>             System.out.println(ihm);
>         }
>     }
> 
> 运行结果:
> 
>     {语文=89, 语文=78, java=98}
> 
>  *  EnumMap:创建时必须显示或隐式的指定对应的枚举类,不允许null为key,但允许null为value,,根据key的自然顺序维护key-value对的顺序。
>  *  Map的性能分析总结:EnumMap>HashMap>Hashtable(古老,线程安全)>TreeMap

## 5.操作集合工具类Collections ##

>  该工具类提供了很多方法操作Set,List,Map集合。
> 
>  
> 
>  *  排序操作:reverse,shuffle,sort,swap,rotate
>  *  查找、替换:binarySearch,max,min,fill,frequency,indexOfSubList,lastIndexOfSubList,replaceAll
>  *  同步控制:synchronizedXXX()

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