Java知识梳理 | 详析三大集合类（附实用例程 + 实践练习题）

0.提要

• List接口的实现类
  List接口的常用实现类有ArrayList与LinkedList.
  • ArrayList类
    a. 实现了可变的数组，允许保存所有元素，包括null,并可以根据索引位置对集合进行快速的随机访问；
    b. 缺点是向指定的索引位置插入对象或删除对象的速度较慢。
  • LinkedList类
    a.采用链表结构保存对象。
    b.优点是便于向集合中插入和删除对象，需要向集合中插入、删除对象时，使用LinkedList类实现的List集合的效率较高：
    c. 但对于随机访问集合中的对象，使用LinkedList类实现List集合的效率较低。
    
    
• Set集合
  • Set集合中的对象不按特定的方式排序，只是简单地把对象加入集合中；
  • Set集合中不能包含重复对象；
  • Set集合由Set接口和Set接口的实现类组成。
  • Set接口继承了Collection接口，因此包含Collection接口的所有方法。
    
    Set接口常用的实现类有HashSet类与TreeSet类。
  • HashSet类
    a. 实现Set接口，由哈希表（实际上是一个HashMap实例）支持。
    b. 它不保证Set的迭代顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。
    c .此类允许使用null元素。
  • TreeSet类
    a. 不仅实现了Set接口，还实现了java.util.SortedSet接口，
    b. 因此，TreeSet类实现的Set集合在遍历集合时按照自然顺序递增排序；*********%%%%%%%%%%***********
    c. 也可以按照指定比较器递增排序；
    d. 即可以通过比较器对用TreeSet类实现的Set集合中的对象进行排序。
    
    
• Map集合
  • Map集合没有继承Collection接口，其提供的是key到value的映射；
  • Map中不能包含相同的key,每个key只能映射一个value；
  • key还决定了存储对象在映射中的存储位置，
    但不是由key对象本身决定的，而是通过一种“散列技术”进行处理，产生一个散列码的整数值；
  • 散列码通常用作一个偏移量，该偏移量对应分配给映射的内存区域的起始位置，从而确定存储对象在映射中的存储位置；
  • Map集合包括Map接口以及Map接口的所有实现类。
    
    
  • Map接口
    • Map接口提供了将key映射到值的对象。
    • 一个映射不能包含重复的key，每个key最多只能映射到一个值。
    • Map接口中同样提供了集合的常用方法，除此之外还包括如下表所示的常用方法：
      
      
      注意：Map集合中允许值对象是null，而且没有个数限制，例如，可通过“map.put("05",null)”语句向集合中添加对象。
      
      
  • 5.2 Map接口的实现类
    • Map接口常用的实现类有HashMap和TreeMap；
    • 建议使用HashMap类实现Map集合；
    • 由HashMap类实现的Map集合添加和删除映射关系效率更高；
    • HashMap是基于哈希表的Map接口的实现；
    • HashMap通过哈希码对其内部的映射关系进行快速查找；
    • TreeMap中的映射关系存在一定的顺序；
    • 如果希望Map集合中的对象也存在一定的顺序，应该使用TreeMap类实现Map集合。
      
      
  • HashMap类
    a .是基于哈希表的Map接口的实现；
    b. 此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用null值和null键，但必须保证键的唯一性。
    c .HashMap通过哈希表对其内部的映射关系进行快速查找。
    d. 此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。
    
    
  • TreeMap类
    a. 不仅实现了Map接口，还实现了java.util.SortedMap接囗，因此，集合中的映射关系具有一定的顺序。
    b. 但在添加、删除和定位映射关系时，TreeMap类比HashMap类性能稍差。
    c. 由于TreeMap类实现的Map集合中的映射关系是根据键对象按照一定的顺序排列的，因此不允许键对象是null。
    
    
  • **可以通过HashMap类创建Map集合，

当需要顺序输出时，再创建一个完成相同映射关系的TreeMap类实例。如文中综合实例：**

1. 集合类概述

1.1. java.util包中提供了一些集合类，这些集合类又被称为容器。

1.2. 关于容器，集合类与数组的不同之处：

• 数组的长度是固定的，集合的长度是可变的；
• 数组用来存放基本类型的数据，集合用来存放对象的引用。

1.3. 常用的集合有List集合、Set集合和Map集合；
　　List与Set继承了Collection接口，各接口还提供了不同的实现类。

常用集合类的继承关系如下：

---

2. Collection接口

• Collection接口是层次结构中的根接口；
• 构成Collection的单位称为元素；
• Collection接口通常不能直接使用，但该接口提供了添加元素、删除元素、管理数据的方法。

• 由于List接口与Set接口都继承了Collection接口，因此这些方法对List集合与Set集合是通用的。
  

  常用方法如下表：
  

下面是一个综合实例，把表中的方法都用一遍：

（Ps：

• iterator迭代器有点儿像一个指针一样的东西，指向list对象中的某一个元素；
• it.hasNext()中迭代器的hasNext()第一次用的时候，指向第一个元素，next()同理）

package com.lzw;

import java.util.*;

public class Muster { // 创建类Muster
    public static void main(String args[]) {
        Collection list = new ArrayList<>(); // 实例化集合类对象
        list.add("a"); // 向集合添加数据
        list.add("b");
        list.add("c");
        list.add("d");
        list.add("e");
        System.out.println("Now add a&b&c&d&e to the list , its size is:"+list.size());
        System.out.println("Print out all element of the list:");
        Iterator it = list.iterator(); // 创建迭代器
        while (it.hasNext()) { // 判断是否有下一个元素
            String str = (String) it.next(); // 获取集合中元素
            System.out.println(str);
        }
        System.out.println("------------------------------------------------");
        list.remove("a");
        list.remove("b");
        list.remove("c");
        System.out.println("Now remove a&b&c of the list , its size is:"+list.size());
        System.out.println("Print out all element of the list:");
        Iterator it1 = list.iterator(); 
        while(it1.hasNext()){
            String str = (String)it1.next();
            System.out.println(str);
        }
        System.out.println("Now is the list Empty?   "+list.isEmpty());
        System.out.println("------------------------------------------------");
        list.remove("d");
        list.remove("e");
        System.out.println("Now remove d&e of the list , its size is:"+list.size());
        System.out.println("Now is the list Empty?   "+list.isEmpty());
    }
}

输出结果：

Now add a&b&c&d&e to the list , its size is:5
Print out all element of the list:
a
b
c
d
e
------------------------------------------------
Now remove a&b&c of the list , its size is:2
Print out all element of the list:
d
e
Now is the list Empty?   false
------------------------------------------------
Now remove d&e of the list , its size is:0
Now is the list Empty?   true

---

3. List集合

• List集合包括List接口以及接口的所有实现类。
• List集合中的元素允许重复，各元素的顺序就是对象插入的顺序。
• 类似Java数组，用户可通过使用索引（元素在集合中的位置）来访问集合中的元素。

3.1 List接口

List接口继承了Collection接口，因此包含Collection中的所有方法。

此外，List接口还定义了以下两个非常重要的方法:
get(int index):获得指定索引位置的元素;
set(int index，Object obj)：将集合中指定索引位置的对象修改为指定的对象。

3.2 List接口的实现类

List接口的常用实现类有ArrayList与LinkedList.

ArrayList类
a. 实现了可变的数组，允许保存所有元素，包括null,并可以根据索引位置对集合进行快速的随机访问；
b. 缺点是向指定的索引位置插入对象或删除对象的速度较慢。

LinkedList类
a.采用链表结构保存对象。
b.优点是便于向集合中插入和删除对象，需要向集合中插入、删除对象时，使用LinkedList类实现的List集合的效率较高：
c. 但对于随机访问集合中的对象，使用LinkedList类实现List集合的效率较低。

使用List集合时通常声明为List类型，可通过不同的实现类来实例化集合。
分别通过ArrayList、LinkedList类实例化List集合，代码如下：

List list = new ArrayList<>();
List list2 = new LinkedList<>();

在上面的代码中，E可以是合法的Java数据类型。
例如，如果集合中的元素为字符串类型，那么E可以修改为String。

下面是一个综合实例:

import java.util.*;

public class Gather { // 创建类Gather
    public static void main(String[] args) { // 主方法
        List list = new ArrayList<>(); // 创建集合对象
        list.add("a"); // 向集合添加元素
        list.add("b");
        list.add("c");
        list.add("d");
        list.add("e");
        int i = (int) (Math.random() * (list.size())); // 获得0~4之间的随机数
        System.out.println("随机获取数组中的元素：" + list.get(i));
        list.remove(2); // 将指定索引位置的元素从集合中移除
        System.out.println("将索引是'2'的元素从数组移除后，数组中的元素是：");
        for (int j = 0; j < list.size(); j++) { // 循环遍历集合
            System.out.println(list.get(j));
        }
    }
}

输出结果：

随机获取数组中的元素：c
将索引是'2'的元素从数组移除后，数组中的元素是：
a
b
d
e

---

4. Set集合

• Set集合中的对象不按特定的方式排序，只是简单地把对象加入集合中；
• Set集合中不能包含重复对象；
• Set集合由Set接口和Set接口的实现类组成。
• Set接口继承了Collection接口，因此包含Collection接口的所有方法。

Set接口常用的实现类有HashSet类与TreeSet类。

HashSet类
a. 实现Set接口，由哈希表（实际上是一个HashMap实例）支持。
b. 它不保证Set的迭代顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。
c .此类允许使用null元素。

TreeSet类
a. 不仅实现了Set接口，还实现了java.util.SortedSet接口，
b. 因此，TreeSet类实现的Set集合在遍历集合时按照自然顺序递增排序；*********%%%%%%%%%%***********
c. 也可以按照指定比较器递增排序；
d. 即可以通过比较器对用TreeSet类实现的Set集合中的对象进行排序。

TreeSet类新增的方法如下表：

几个需要注意的地方：

• compareTo()方法中书写的内容正是TreeSet类实现的Set集合在遍历集合时那自然顺序递增排序的依据；
• 使用compareTo()方法的前提是要让使用的类实现Comparable接口；
• Set顺序遍历时，依据compareTo()方法中书写的规则进行自然顺序递增排序，而非add()的顺序；
• headSet()/subSet()/tailSet()三个方法再截取时，所谓的“之前、之后、之间”也是相对于自然顺序递增排序之的Set结合，而非add()的顺序；
• 注意上表中包含和不包含的运用；
  

（可参考下面实例加深了解）

下面是一个综合实例：

import java.util.*;
public class UpdateStu implements Comparable