java -数据结构 - 集合框架及背后的数据结构

向右看齐 2023-10-08 17:21 10阅读 0赞

### 什么是集合框架 ###

数据结构，我们知道数据结构就是组织数据的一种方式，比如所链表，就是将数据存储在链表的value域中，next域就是存储下一个节点的地址，通过这样的方式将数据组织起来。  
在我们学习中，所知道 的 二叉树，栈，队列等这些，在Java中都被封装起来了。  
也就是说以后用的时候，在Java中不用我们自己去实现栈，列表，顺序表等操作，直接使用Java中写好的。直接拿过来用就对了。  
那么集合框架的集合其实就是Java写好的一些数据结构，所以我们就需要去了解一下每一个集合，它背后的数据结构是么。  
最后框架又是什么：顾名思义，就像是有一个大架子，东西分开摆放，具有层次感。  
结合来说：集合框架 就是 每一种集合，它都是一定关系和关联的。

## 一、介绍 ##

[官方文档][Link 1]

> Java 集合框架 Java Collection Framework ，又被称为容器 container ，是定义在 java.util包下的一组 接口 interfaces 和其实现类 classes 。 其主要表现为将多个元素 element 置于一个单元中，用于对这些元素进行快速、便捷的存储 store 、检索retrieve 、管理 manipulate，即平时我们俗称的增删查改 CRUD 。  
> 例如，一副扑克牌(一组牌的集合)、一个邮箱(一组邮件的集合)、一个通讯录(一组姓名和电话的映射关系)等等

所以我们要使用这些集合框架的时候就要导入这个包 java.util  
![在这里插入图片描述][43f200f07784444790e02785e1e32e5d.png]

### 1.1、类和接口总览 ###

下面这张图并不是将所有的接口，抽象类，具体的实现类都列举出来，只是将部分重要的列举出来  
interface：接口，图中和这个颜色一样的都代表是接口  
abstract class ：抽象类，图中和这个颜色一样的都代表是抽象类  
class：具体的实现类，图中和这个颜色一样的都代表是具体的实现类  
![在这里插入图片描述][fb935127440843398539e557d1bdfa67.png]

下面我们要了解几个问题：  
1、了解清楚，接口和接口之间的关系  
2、了解清楚，接口和类之间的关系  
3、了解清楚，每个类背后的数据结构大概是个啥?  
![在这里插入图片描述][10ddac8985374e73a4b53682824e37ba.png]

### 三个工具 ###

![在这里插入图片描述][5bfb28683f5f4016a92d064afee3e7e6.png]

## 二、学习的意义 ##

### 2.1 Java 集合框架的优点及作用 ###

*  使用成熟的集合框架，有助于我们便捷、快速的写出高效、稳定的代码
 *  学习背后的数据结构知识，有助于我们理解各个集合的优缺点及使用场景

### 2.2 笔试及面试题 ###

> **腾讯-Java后台开发面经**
> 
> 1.  HashMap 了解不，介绍一下，如果一个对象为 key 时，hashCode 和 equals 方法的用法要注意什么？
> 2.  HashSet 和 HashMap 的区别是什么？
> 3.  HashMap 是线程安全的么？那需要线程安全需要用到什么？

> **阿里巴巴-Java后台开发面经**
> 
> 1.  ArrayList 和 LinkedList 的区别是什么？
> 2.  有了解过 HashMap 的具体实现么？
> 3.  HashMap 和 ConcurrentHashMap 哪个效率更高？

> **今日头条-Java后台开发面经**
> 
> 1.  编程题：判断一个链表是否是一个回文链表。
> 2.  Redis 的 zset 类型对应到 java 语言中大致是什么类型？
> 3.  hashCode 主要是用来做什么用的？

## 三、接口 interfaces ##

### 3.1、基本关系说明 ###

1.  Collection ：用来存储管理一组对象 objects ，这些对象一般被成为元素 elements
2.  Set : 元素不能重复，背后隐含着查找/搜索的语义
3.  SortedSet : 一组有序的不能重复的元素
4.  List : 线性结构
5.  Queue : 队列
6.  Deque : 双端队列
7.  Map : 键值对 Key-Value-Pair ，背后隐含着查找/搜索的语义
8.  SortedMap : 一组有序的键值对  
    ![在这里插入图片描述][c07d855ceaf94750995b56d608e41284.png]

### 3.2、Collection 接口说明 ###

[Collection 官方文档 ][Collection _]

### 3.3、Collection 常用方法说明 ###

注意:  
Collection是一个接口，不是一个类，所以不能的直接就去new。只能去new一个实现collection接口的类  
接口是不能实例化的。

![在这里插入图片描述][6867fe8dc1714de7abc57a0298d2979a.png]  
![在这里插入图片描述][a669cd3a20924ee18b1a97e388c74eb8.png]

### 3.4、Collection代码示例 ###

#### 代码示例1：在集合里面添加元素 ####

![在这里插入图片描述][9118a5c4842d4f52894f570966db617f.png]

#### 代码示例2：将集合中所有元素删除 ####

public static void main(String[] args) {
        
            Collection<Integer> collection = new ArrayList<Integer>();
            collection.add(123);
            collection.add(100);
            collection.add(200);
            System.out.println(collection);
            collection.clear();
            System.out.println(collection);
        }

![在这里插入图片描述][cf194c5774594739a67cf0f2ced2ed2b.png]

#### 代码示例3：判断集合中是否有元素，有返回false，没有返回true ####

public static void main(String[] args) {
        
            Collection<Integer> collection = new ArrayList<Integer>();
            collection.add(123);
            collection.add(100);
            collection.add(200);
            System.out.println(collection);
            boolean bool = collection.isEmpty();
            System.out.println(bool);
        }

![在这里插入图片描述][640ffdba396f40d2916f50c6d5928c8c.png]

#### 代码示例4：如果元素 e 出现在集合中，删除其中一个 ####

public static void main(String[] args) {
        
            Collection<Integer> collection = new ArrayList<Integer>();
            collection.add(123);
            collection.add(100);
            collection.add(200);
            System.out.println(collection);
            collection.remove(100);
            System.out.println(collection);
        }

![在这里插入图片描述][cc13012751a540e7987b14ed385e6826.png]

#### 代码示例5：返回集合中的元素个数 ####

public static void main(String[] args) {
        
            Collection<Integer> collection = new ArrayList<Integer>();
            collection.add(123);
            collection.add(100);
            collection.add(200);
            System.out.println(collection);
            int ret = collection.size();
            System.out.println(ret);
        }

![在这里插入图片描述][f5aecb1817934ade9e1073f6f87255f4.png]

#### 代码示例6：返回一个装有所有集合中元素的数组 ####

public static void main(String[] args) {
        
            Collection<Integer> collection = new ArrayList<Integer>();
            collection.add(123);
            collection.add(100);
            collection.add(200);
            System.out.println(collection);
            Object[] str = collection.toArray();
            System.out.println(str);
            System.out.println(Arrays.toString(str));
        }

![在这里插入图片描述][800e11b45e0f4327971d8f207fd87719.png]

#### 不建议将数组整体进行强制类型转换 ####

如果我们将Object类型的数组强制转换成Sting类型的数组就会报错  
![在这里插入图片描述][cb2b88ff916442559b1bbfef05cc08cd.png]

但是如果我们将Sting类型的数组强制转换成Object类型的数组就不会报错  
![在这里插入图片描述][e5e71815f0644d7fa8e6eec1a93a882f.png]

可以去看看[在 Java 中创建泛型数组][Java]，这上面有详细的的说明

### 3.5、Map，接口说明 ###

[Map官方文档][Map]

### 3.6、Map 常用方法说明 ###

![在这里插入图片描述][7ac71280043d48b6828d3d21ba9d0de1.png]  
![在这里插入图片描述][920e8e34e039474f95bd5c5507c3edc1.png]

#### 代码示例7：将指定的k-v放入Map中 ####

public static void main(String[] args) {
        
            Map<Integer,String> map = new HashMap<>();
            map.put(1,"aaa");
            map.put(2,"bbb");
            map.put(3,"ccc");
            System.out.println(map);
        }

![在这里插入图片描述][1586fcfbdc744a3a988851a57494fea9.png]

#### 代码示例8：根据指定的 k 查找对应的 v ####

![在这里插入图片描述][ab4698e0b8a54d5896fcd0b656cdfc03.png]

#### 代码示例9：根据指定的 k 查找对应的 v，没有找到用默认值代替 ####

public static void main(String[] args) {
        
            Map<Integer,String> map = new HashMap<>();
            map.put(1,"aaa");
            map.put(2,"bbb");
            map.put(3,"ccc");
            System.out.println(map);
            System.out.println("----------");
            System.out.println(map.getOrDefault(5,"默认值"));
        }

![在这里插入图片描述][c1f90df41cd543cab796d3342c108653.png]

#### 代码示例10：将指定的 k-v 放入 Map ####

public static void main(String[] args) {
        
            Map<Integer,String> map = new HashMap<>();
            map.put(1,"aaa");
            map.put(2,"bbb");
            map.put(3,"ccc");
            System.out.println(map);
            System.out.println("----------");
            map.put(8,"eeee");
            map.put(4,"asddf");
            System.out.println(map);
        }

![在这里插入图片描述][f7b4d3a2c8f84968a8c5d95c4681e9cb.png]

#### 代码示例11：判断是否包含 key ####

![在这里插入图片描述][a689140e67f447f4b7c218680b17fb96.png]

#### 代码示例12：判断是否包含 value ####

![在这里插入图片描述][cd8ea3fdb32a4f20b2610856be6535bc.png]

#### 代码示例13：判断是否为空 ####

![在这里插入图片描述][9ccf055782374e2d8d14edf3575b8d59.png]

#### 代码示例14：返回键值对的数量 ####

![在这里插入图片描述][098cefeb9e65442c84a52d210f91dac7.png]

#### 代码示例15：将所有键值对返回 ####

public static void main(String[] args) {
        
            Map<Integer,String> map = new HashMap<>();
            map.put(1,"aaa");
            map.put(2,"bbb");
            map.put(3,"ccc");
            System.out.println(map);
            System.out.println("----------");
    
            Set<Map.Entry<Integer, String>> entrySet = map.entrySet();
    
            for (Map.Entry<Integer, String> entry: entrySet) {
        
                System.out.println(entry);
            }
        }

![在这里插入图片描述][9e438cf203e74a8596c04f31f733c8ea.png]

## 四、实现 classes ##

![在这里插入图片描述][dcc6bef7acb047ba88c31241b04b8c89.png]

![在这里插入图片描述][cc31b9600b0b4926875b3a8bfa5c7e86.png]

[Link 1]: https://docs.oracle.com/javase/tutorial/collections/index.html
[43f200f07784444790e02785e1e32e5d.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/43f200f07784444790e02785e1e32e5d.png
[fb935127440843398539e557d1bdfa67.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/fb935127440843398539e557d1bdfa67.png
[10ddac8985374e73a4b53682824e37ba.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/10ddac8985374e73a4b53682824e37ba.png
[5bfb28683f5f4016a92d064afee3e7e6.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/5bfb28683f5f4016a92d064afee3e7e6.png
[c07d855ceaf94750995b56d608e41284.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/c07d855ceaf94750995b56d608e41284.png
[Collection _]: https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/Collection.html
[6867fe8dc1714de7abc57a0298d2979a.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/6867fe8dc1714de7abc57a0298d2979a.png
[a669cd3a20924ee18b1a97e388c74eb8.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/a669cd3a20924ee18b1a97e388c74eb8.png
[9118a5c4842d4f52894f570966db617f.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/9118a5c4842d4f52894f570966db617f.png
[cf194c5774594739a67cf0f2ced2ed2b.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/cf194c5774594739a67cf0f2ced2ed2b.png
[640ffdba396f40d2916f50c6d5928c8c.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/640ffdba396f40d2916f50c6d5928c8c.png
[cc13012751a540e7987b14ed385e6826.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/cc13012751a540e7987b14ed385e6826.png
[f5aecb1817934ade9e1073f6f87255f4.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/f5aecb1817934ade9e1073f6f87255f4.png
[800e11b45e0f4327971d8f207fd87719.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/800e11b45e0f4327971d8f207fd87719.png
[cb2b88ff916442559b1bbfef05cc08cd.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/cb2b88ff916442559b1bbfef05cc08cd.png
[e5e71815f0644d7fa8e6eec1a93a882f.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/e5e71815f0644d7fa8e6eec1a93a882f.png
[Java]: https://www.baeldung.com/java-generic-array
[Map]: https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/Map.html
[7ac71280043d48b6828d3d21ba9d0de1.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/7ac71280043d48b6828d3d21ba9d0de1.png
[920e8e34e039474f95bd5c5507c3edc1.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/920e8e34e039474f95bd5c5507c3edc1.png
[1586fcfbdc744a3a988851a57494fea9.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/1586fcfbdc744a3a988851a57494fea9.png
[ab4698e0b8a54d5896fcd0b656cdfc03.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/ab4698e0b8a54d5896fcd0b656cdfc03.png
[c1f90df41cd543cab796d3342c108653.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/c1f90df41cd543cab796d3342c108653.png
[f7b4d3a2c8f84968a8c5d95c4681e9cb.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/f7b4d3a2c8f84968a8c5d95c4681e9cb.png
[a689140e67f447f4b7c218680b17fb96.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/a689140e67f447f4b7c218680b17fb96.png
[cd8ea3fdb32a4f20b2610856be6535bc.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/cd8ea3fdb32a4f20b2610856be6535bc.png
[9ccf055782374e2d8d14edf3575b8d59.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/9ccf055782374e2d8d14edf3575b8d59.png
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[9e438cf203e74a8596c04f31f733c8ea.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/9e438cf203e74a8596c04f31f733c8ea.png
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[cc31b9600b0b4926875b3a8bfa5c7e86.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/cc31b9600b0b4926875b3a8bfa5c7e86.png