day13 java集合

本章内容

• java集合框架

• Collection接口API

• Iterator接口API

• Collection子接口之一：List接口

  • ArrayList
  • LinkedList
  • Vector

• Collection子接口之二：Set接口

  • HashSet
  • LinkedHashSet
  • TreeSet

• Map接口

  • HashMap
  • LinkedHashMap
  • TreeMap
  • Hashtable

• Collection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数组存储对方具有一些弊端，而java集合就像一种容器，可以动态的把多个对象的引用放入容器中。

• java集合类可以用于数量不等的多个对象，还可以用于保存具有映射关系的关联数组。

• java集合分为Collection和Map两种体系

  • Collection接口
    • Set：元素无序、不可重复的集合
    • List：元素有序，可以重复 -- 动态数组
  • Map接口：具有映射关系"key-value"对的集合

Collection接口继承树

• Collection

  • 方法iterator() 返回对象类型为Iterator ListIterator

  • 实现接口子类(若需要线程安全的，可以用Collections同步方法捷解决)

    • List 元素有序（遍历顺序为添加顺序），可重复
      • ArrayList 元素在内存中连续存储，
        读取性能好，
        线程不安全
      • LinkedList 元素在内存中不连续，通过链表维护元素的插入顺序，
        写删性能好，
        读取性能不错，线程不安全
      • Vector 线程安全，使用方法大体与ArrayList相同，效率低，不建议使用
    • Set 元素无序，不可重复
      • HashSet 元素对象的hashCode()值决定改元素存储的位置，遍历顺序与插入顺序不同，
        判断两个对象是否相同：先通过元素对象的hashCode是否想等、不等不相同，若hashCode值相等，再通过equals比较
        线程不安全，
        • LinkedHashSet 使用链表维护元素插入顺序，遍历顺序为插入顺序。
          元素存储位置、比较两个元素是否相同的方法同HashSet，
          线程不安全
      • SortedSet
        • TreeSet 元素必须为同一个类的，自然排序：有对象的int compareTo(Object o)决定；
          定制排序：创建一个实现了Comparator接口的对象,重写int compare(Object o1, Object o2)方法，把该对象传入TreeSet构造器；
          比较两个元素是否相同的方法同HashSet，
          线程不安全

• 集合API都位于java.util包内

• List、Set元素在添加、修改是都会把类型转为Object，所以获取出来的类型也是Object，如果要操作获取出来的数据，需要进行一次类型强

• 对象排序接口

  • Comparable
  • Comparator

Map接口继承树

• Map key-value键值对，或叫entry，key不能重复，value可以重复
  Set keySet();
  Collection values();
  Set entrySet();

  • HashMap entry顺序由key的int hashCode()决定，遍历顺序与插入顺序不同，与存储顺序相同，

    • LinkedHaspMap 使用链表维护entry插入顺序，遍历顺序为entry插入顺序。

  • Hashtable 线程安全，比较老

    • Properties 处理属性文件

  • SortedMap

    • TreeMap key必须为同一个类的，
      entry存储顺序由Set keySet()决定，同与TreeSet。其实TreeSet可用看成所有value为空的特殊TreeMap

• Map中的key、value在添加、修改是都会把类型转为Object，所以获取出来的类型也是Object，如果要操作获取出来的数据，需要进行一次类型强转

Collection接口

• Collection是List、Set、Queue接口的父类，该接口定义的方法可以操作List、Set、Queue集合
• 该接口不提供任何实现，有具体的子接口实现
• java 5之前，java集合会丢失所有对象的数据类型，把所有对象当成Object类型处理；
  从java 5增加了泛型，java集合可以记住集合中对象的数据类型

Collection接口方法

• int size() 返回集合中元素的个数
• boolean add(E e) 向集合中添加一个元素
• boolean addAll(Collection coll) 将一个集合所有元素添加到当前集合中
• 查看所有元素 System.out.println(Collection实例);
• boolean isEmpty() 判断集合是否为空，是返回true，否则false
• void clear() 清空合集所有元素
• boolean contains(Object obj) 判断集合中是否包含指定的元素obj，如果包含返回true，否则false。

判断方法：用到了类中的equals(Object o)方法。若使用了自定义类要重写equals()方法

• boolean containsAll(Collection coll) 判断当前集合是否包含coll集合中所有的元素。即判断一个集合是否为当前集合的子集
• boolean retainAll(Collectoin coll) 先求集合coll与当前集合的交集，再清空当前集合所有元素，最后把交集集合添加到当前集合中

  即 当前集合 = 当前集合 ∩ coll集合

• boolean remove(Object obj) 删除集合中的obj元素。若删除成功返回true,否则返回false
• booeanl removeAll(Collection coll) 从当前集合中删除与另外一个集合coll的交集所有元素。即 当前集合 - coll集合的差集。
• boolean equals(Object obj) 判断一个集合obj与当前集合两者所有的元素是否都相等。
• int hashCode() 获取当前集合的hash值
• Object[] toArray() 将集合转化成数组
• Iterator iterator() 返回一个Iterator接口实现类对象，可用于遍历集合。该方法返回的对象类型为Iterator，有boolean hasNext()、Object next()方法

实例
Collection Test

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，该对象有boolean hasNext()，E next()、void remove()方法，E格式泛型
• Iterator仅用于遍历集合，Iterator本身并没有提供承装对象的能力。如果需要创建Iterator对象， 必须有一个别迭代的集合

示例
用Iterator对象遍历集合

Iterator接口方法

方法	方法描述
boolean hasNext()	iteration迭代器中还有元素则返回true,否则false
E next()	返回iteration迭代器中的下一个元素
void remove()	从集合中移除迭代器返回的最后一个元素（可选操作）

• 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

for增强版遍历集合元素--foreach

• java 5提供了foreach迭代访问集合，同时也可用遍历数组

遍历集合示例
CollectionErgodic test4

List接口

• 用数组存储数据有局限性，数组长度不可变，存放数据个数不确定

• List集合类中元素 有序、不可重复，集合中的每个 元素都有一个对应的顺序索引

• List容器中的元素都有一个整数的索引记录在容器中的位置，可根据索引获取该元素

• JDK API中List接口的实现类常用的有：ArrayList、LinkedList、Vector

• 在集合Collection类的基础上添加下面的方法

  • Object get(int index) // 获取指定下标元素
  • void add(int index, Object ele) // 指定下标插入一个元素
  • boolean addAll(int index, Collection eles) // 把一个集合所有元素插入指定下标处
  • Object remove(int index) // 移除指定下标的元素
  • Object set(int index, Object ele) // 重置指定下标元素值(更新)
  • int indexOf(Object obj) // 给定对象首次出现的下标位置，没有则返回 -1
  • int lastIndexOf(Object obj) // 给定对象最后一次出现的下标位置，没有则返回 -1
  • List subList(int fromIndex, int toIndex) // List切片处理，截取[开始下标，结束下标)为新的List，注意是左闭右开，相当于取一个子集

示例
List接口方法测试

List接口实现类之一：ArrayList

• ArrayList时List接口的典型实现类
• ArrayList本质上是对象引用的一个变长数组
• ArrayList时线程不安全的，Vector时线程安全的（不推荐使用，效率低）
• Arrays.asList(Object...) 方法返回的List集合既不是ArrayList实例也不是Vector实例。
  Arrays.asList(Object...) 返回值是一个固定长度的List集合

示例
ArrayList测试

List实现类之二：LinkedList

• 对于频繁插入或删除元素操作的List，建议使用LinkedList，效率高，遍历时也有不错的效率
• 基于Collectoin接口新的增方法
  • boolean add(E e) // 在最后一个位置插入一个元素，成功则返回true,否则返回false
  • void add(int index, E element) // 在指定位置插入给定元素
  • void addFirst(E e) // 在第一个位置插入一个元素
  • void addLast(E e) // 在最后一个位置插入一个元素
  • E remove(int index) // 移除指定下标的元素，并返回该元素
  • E removeFirst() // 移除第一个元素，并返回该元素
  • E removeLast() // 移除最后一个元素，并返回该元素
  • E set(int index, E element) // 更新指定位置的元素，并返回该元素(未更新之前的)
  • E get(int index) // 获取下标元素
  • E getFirst() // 获取第一个元素
  • E getLast() // 获取最后一个元素
  • Object clone() // 深度克隆当前集合，但集合元素的内部并未克隆，Returns a shallow copy of this {@code LinkedList}. (The elements themselves are not cloned.)

示例
LinkedList Test

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，区别之处就是Vector是线程线程安全的，但效率低
• 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比ArrayList慢很多，尽量避免使用
• 基于Collectoin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

• List额外提供了一个listIterato()方法，该方法返回一个ListItera对象，ListIte继承了Iterator接口，提供专门操作List的方法
  • void add()
  • boolean hasPrevios()
  • Object prevois()
  • boolean hasNext()
  • Object next()
  • int nextIndex()
  • int previousIndex()
  • void remove()
  • void set(E e)
  • void add(E e)

Iterator与ListIterator主要区别

• 都有hasNext()、next()方法，可以实现顺序遍历。但ListIterator有boolean hasPrevios()、Object prevois() 可以实现逆向遍历。
• ListIterator可以定位当前元素的索引尾椎，方法int nextIndex()、int previousIndex()，Iterator无此功能
• ListIterator有add()方法，可以向List中插入元素，Iterator无此方法
• 都可以删除元素，当ListIterator可以用 set(Object e) 修改元素对象，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
• 存储的元素是无序,不可重复的.
• 无序性:不是随机性,是指元素在底层存储的位置是无序,按照一定的方法来确定顺序的.
• 不可重复性:不能像Set中添加相同的元素,也添加不进去
• Set判断两个对象是否相同，不是使用==运算符，而是根据对象的boolean equals()方法判断

Set要求

包括HashSet、LinkedHashSet、TreeSet

• 添加到Set中的元素所在类,一定要重写equals()、hashCode()方法
• 当向Set添加元素时,首先调用此对象所在类的hashCode()方法,计算此对象的哈希值,此哈希值决定了此对象在Set中的存储位置. 若此位置还没有存储对象,则此对象直接存储到这个位置. 若这个位置有存储了对象,那么在通过调用该对象的equals()方法比较这两个对象是否相同,如果equals()返回false则添加后面这个元素到Set中,否则不添加
• hashCode()方法与equals()方法返回值方向要求一致.即返回表示相同或是不相同

Set实现类之一：HashSet

• HashSet时Set接口的主要实现类，大多数时候都是使用这种
• 使用Hash算法来存储集合中的元素，具有较好的存取、查找性能
• 存储顺序、遍历顺序与元素插入顺序不同
• 线程不安全
• 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int hashCode()方法比较相等，并且两个对象的boolean equals() 方法返回值也相等

示例
HashSet Test

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

适用场景：频繁的遍历，较少的插入、删除

• 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
• addAll(Set obj) 在当前集合最后添加obj集合中的元素,添加顺序按照obj集合的顺序

示例
LinkedHashSet Test

Set实现类之三：TreeSet

• TreeSet是SortedSet接口的实现类，TreeSet可以确保集合中元素处于排序状态
• 向TreeSet集合中添加的元素必须是同一种类型的数据,不包含自动转换的过来的数据
• 常用方法
  • Comparator comparator() 返回对象的comparator方法
  • Object first() 获取第一个元素
  • Object last() 获取最后一个元素
  • Object lower(Object e) 返回此 set 中严格小于给定元素的最大元素；如果不存在这样的元素，则返回null。
  • Object higher(Object e) 返回此 set 中严格大于给定元素的最小元素；如果不存在这样的元素，则返回null
  • SortedSet subSet(fromElement, toElement) 返回此 set 的部分视图，其元素从fromElement（包括）到toElement（不包括），范围：[fromElement, toElement)
  • SortedSet headSet(toElement) 返回此 set 的部分视图，其元素严格小于toElement
  • SortedSet tailSet(fromElement) 返回此 set 的部分视图，其元素大于等于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
• 自然排序(使用compareTo方法进行比较是否相同)
  • 如果试图把一个对象添加到使用自然排序的 TreeSet 时，则该对象的类必须实现 Comparable 接口，
  • String、int、float、long等已经重写int compareTo(Object o)方法,这些类型数据组成的TreeSet默认从小到大排序
  • 自定义的来要 实现java.lang.Comparable接口并重写int compareTo(Object o)方法,compareTo()方法返回值为0时,表示这两个对象相同 在此方法中,指定该类按照哪些属性排序.
  • 向TreeSet集合中添加元素时,首先调用对象的int compareTo(Object o)方法进行比较,若返回值为0,则认为这两个对象是相同的. 这通情况下该元素就添加不进来
  • 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
  • int compareTo(Object o)、int hashCode()、boolean equals()三个方法取值方向要求同时一致,
• 定制排序(使用与不能更改类的场景)
  • set1:创建一个实现了Comparator接口的对象,重写int compare(Object o1, Object 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。
  • int compare(Object o1, Object o2)、int hashCode()、boolean equals()三个方法取值方向要求同时一致
  • set2:把set1中创建的comparator实例以形参传入TreeSet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
  • 使用定制排序是不需要实现自定义类的Comparable接口,如果有实现,则定制排序优先
  • 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

示例
TreeSet Test

Set交集、并集、差集运算

Set接口是Collection的子接口，Set接口没有提供额外的方法，
而Collection也没有提供直接取交集、并集、差集的方法，
这里就用Collection原有的方法来组合出交集、并集、差集的效果

示例
Set交集、并集、差集运算

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，称为entry
• 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常用方法

### 添加、删除操作方法
Object put(Object key, Object value)  添加、或更新一个元素到HashMap中
Object remove(Object key) 删除指定key的元素
void putAll(Map t) 把Map t中所有元素添加到当前Map中
void clear() 清除当前map中所有元素


### 元素查询操作方法
Object get(Object key) 获取指定key的元素，若key不存在则返回null
boolean containsKey(Object key) 当前map所有的key中是否包含指定key，是返回true,否则false
boolean containsValue(Object value) 当前map所有的value中是否包含指定的value，是返回true,否则false
int size() 返回map元素个数
boolean isEmpty() 当前map是否为空，是返回true,否则false
boolean equals(Object obj) 当前map与指定的obj map是否相等，即所有entry相等


### 元视图操作方法
Set keySet() 获取当前map所有的key，值为Set
Collection values() 获取当前map所有的value，值为Collection
Set entrySet() 获取当前map所有的entry，值为Set

Map特点

• Map的key、value都可以为null
• key、entry使用Set存储，不可重复，value使用Collection存储，可以重复
• put()添加元素到map时，如果前面已经存在一个相同的key，那么新的key对应的value将覆盖旧的value
• Map接口的常用实现类：HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、Properties

Map接口实现类之一：HashMap

HashMap特点

• entry顺序存储顺序与key的hash值有关，与put添加的顺序无关
• 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创建对象时指定初始值

// 其他类型的Map类也类似

HashMap hmap = new HashMap() {
    { // 匿名内部类
        put("type", "支出");
        put("price", price);
        put("item", item);
    }
};

注意： 慎用， 非静态内部类/ 匿名内部类包含了外围实例的引用， 如果拥有比外部类更长的生命周期，有内存泄露隐患

HashMap Test

Map接口实现类之二：LinkedHashMap

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

示例

• LinkedHashMap Test

• LinkedHashMap reverse反转排序

Map接口实现类之三：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、定制排序
  • 自然排序：TreeMap 的所有的 Key 必须实现 Comparable 接口并重写int compareTo(Object obj)方法，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，要求重写Comparator接口中的int compare(Object o1, Object o2)，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
• 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
• 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

示例
TreeMap Test

Map接口实现类之四：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接口实现类之五：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

示例
Properties Test

操作集合的工具类：Collections

• Collections时一个操作List、Set、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
• Collections常用方法（均为static方法）

## 排序操作
reverse(List l) 反转List l中元素的顺序
shuffle(List l) 对List l集合元素进行随机排序
sort(List l) 根据元素的自然顺序对指定List l集合元素按升序排序
sort(List l, Comparator c) 根据指定的Comparator c生产的顺序对List l集合元素进行排序
swap(List l, int i, int j) 将指定List l集合中i与j处的元素进行交换

## 查找、替换
Object max(Collection c) 根据元素的自然顺序，返回给定集合中位置最大的元素
Object max(Collection c, Comparator com) 根据Comparator com指定的顺序，返回给定集合中位置最大的元素
Object min(Collection) 根据元素的自然顺序返，回给定集合中位置最小的元素
Object min(Collection c, Comparator com) 根据Comparator com指定的顺序，返回给定集合中位置最小的元素
int frequency(Collection c, Object o) 返回指定命令中指定元素出现的次数
void copy(List dest, List src) 将List src中的元素复制到 List dest中，dest的长度必须>= src的长度
boolean replaceAll(List l, Object oldVal, Object newVal) 使用新值newVal替换List l中所旧值oldVal

## 同步控制，可以解决多线程并发访问集合时的线程安全问题
static<T> Collection<> synchronizedCollection(Collection<T> c)
static<T> List<> synchronizedList(List<T> l)
static<T> Map<K,V> synchronizedMap(Map<K,V> m)
static<T> Set<T> synchronizedSet(Set<T> s)
static<T> SortedMap<K,V> synchronizedSortedMap(SortedMap<K,V> m)
static<T> SortedSet<T> synchronizedSortedSet(SortedSet<T> s)

示例
Collections Test

Enumeration迭代器

是Iterator迭代器的古老版本

示例
Enumeration Test

其他

Scanner异常处理

示例
InputInteger save to List Test

List中元素为对象，通过对象中的指定属性进行排序

示例
姓名、成绩保存到Map，并按成绩排序

List、Set、Map在创建对象时指定初始值

示例
List、Set、Map在创建对象时指定初始值 示例

List与Set互转

因为List和Set都实现了Collection接口，且addAll(Collection<? extends E> c);方法，
因此可以采用addAll()方法将List和Set互相转换；

另外，List和Set也提供了Collection<? extends E> c作为参数的构造函数，
因此通常采用构造函数的形式完成互相转化。

//List转Set
Set<String> set = new HashSet<>(list);

//Set转List
List<String> list1 = new ArrayList<>(set);

Array与Set互转

//array转set
String[] s = new String[]{"A", "B", "C", "D","E"};
Set<String> set = new HashSet<>(Arrays.asList(s));
System.out.println("set: " + set);

//set转array
String[] sArr = set.toArray();

上述列出的互相转换离不开Arrays.asList()和Collection.toArray()两个重要的方法