Java开发（二） 常用接口解析——Collection

如果你是一个初学者，相信看到Java Documentation 是懵逼的，说实话这点还是比较想吐槽的，如果接触的教材不好，有一些接口和包可能即使做了课程设计也还是懵的。

想来这也是博客存在的意义，教材本应因人而异，但这又办不到，博客虽不能当教材，但也权当补充，毕竟很多人就是想找一句点通问题的话。所以感谢《Data Structure and Algorithm Analysis in Java》这本书，紧接上次谈的泛型，继续看看常用的类和包及其对应的数据结构，或是相关的用途。

Java作为一门语言，说实话执行并不高效，但好在灵活，有很多现成的东西能用，互联网具有时效性，经不起数年的慢慢开发，灵活是要优先于效率的，这点取舍大家相比清楚。比如如果想写爬虫，优先选择肯定是Python而不是C，爬虫可能有想法了今晚就要用，经不起慢慢来。Java的灵活性靠的便是现有的类、包和一堆框架，可谓不学不行。

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Collection 接口的常用程度应该是最高的，作为Java Collection Framework的主要部分，其所包含的Set和List类是最为常用的。

但是在谈Collection之前，还需要了解下Iterable接口，这个接口又称为迭代器，它和Java的foreach遍历有关，实现这个接口的类才能使用foreach实现遍历输出，实现了Iterable的类还需要在内部实现实现自己的迭代器，一般来讲实现Iterator接口的都是集合，除非你自己写个数据结构，否则用到这个接口的概率还真不大。

public class Testclass implements Iterable{

	@Override
	public Iterator iterator() {
		return new TestIterator();
	}
	private class TestIterator implements Iterator{

		@Override
		public boolean hasNext() {
			return false;
		}

		@Override
		public T next() {
			return null;
		}
		
	}
}

当然数组默认也支持foreach遍历，跟你往里面塞什么东西没关系，但是也别轻易用，经测试，foreach输出数组比for循环要慢。 

public class testProgram {
	class Boy{
	}
	public static void main(String[] args) {
		//TODO
		Boy[] a=new Boy[10];
		for (Boy b : a) {//数组类型默认支持foreach
			System.out.println(b);
		}
	}
}

 

而还有一点需要说明的是，关于Collection接口的重要方法——hashCode()，它的作用就是用来判断两个集合是否相等

The hash code of a set is defined to be the sum of the hash codes of the elements in the set, where the hash code of a nullelement is defined to be zero. This ensures that s1.equals(s2) implies that s1.hashCode()==s2.hashCode() for any two sets s1 and s2, as required by the general contract of Object.hashCode().

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（一）Set——集合 

Set，是不包含重复元素的集合，可以包含null值，但是只能有一个null值（视具体情况而定），这点和数学上的定义一致。一个Set禁止包含对自身的引用。集合的一些实现类可能禁止空值，可能限定了能装进去的元素。以下是最常用的

(1)HashSet——哈希表相关

没有排序过就存起来的Set，无序。源码中可以看到，它基于HashMap类实现，也就是说当你创建一个HashSet实例，实际上创建了也个HashMap，不过别担心浪费空间，当你向其中添加值的时候，是添加了HashMap的key，而key所对应的value都是指向同一个Object类。

public class TreeSet extends AbstractSet
    implements NavigableSet, Cloneable, java.io.Serializable
{
    private transient HashMap map;
    private static final Object PRESENT = new Object();

...
    public HashSet() {
        map = new HashMap<>();
    }
    public boolean add(E e) {
        return map.put(e, PRESENT)==null;
    }
...
}

具体：

基于哈希表的 Map 接口的NavigableMap实现。此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用 null值和 null 键。（除了非同步和允许使用 null 之外，HashMap 类与 Hashtable 大致相同。）此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。

此类为基本操作提供了稳定性能，这些基本操作包括 add、remove、contains 和 size

(2)TreeSet——红黑树相关

排序过的集合，有序。顾名思义，此集合实现方式应该为树，学过数据结构可以知道，使用树可以实现查找的log(n)时间开销，而通过查看源代码可以发现，类似HashSet，TreeSet是利用TreeMap实现的，而TreeMap则使用了红黑树（source）。

public class TreeSet extends AbstractSet
    implements NavigableSet, Cloneable, java.io.Serializable
{
    /**
     * The backing map.
     */
    private transient NavigableMap m;
    // Dummy value to associate with an Object in the backing Map
    private static final Object PRESENT = new Object();

    TreeSet(NavigableMap m) {
        this.m = m;
    }

    public TreeSet() {
        this(new TreeMap());
    }
...
}

具体： 

基于 TreeSet 的 NavigableSet实现。

此实现为基本操作（add、remove 和 contains）提供受保证的 log(n) 时间开销。

（二）List——数据结构：表（有序集合）

List，又名列表，又称为有序集合，实现了这个接口的类都有一个特点，就是有序，这个有序指的是，你放进去的顺序，但和Set不同的是，列表通常允许重复元素。

(1)ArrayList——表

内部实现是数组，以及对数组的操作，所以经常需要访问它时，它的效率优于LinkedList，与之相对的，它对随机大规模删除、指定位置的插入等并不上心（因为要对数组整体进行移动，而不是单单修改一下引用）。

public class ArrayList extends AbstractList
        implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
    ...
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

    private int size;

    public ArrayList(int initialCapacity) {
        if (initialCapacity > 0) {
            this.elementData = new Object[initialCapacity];
        } else if (initialCapacity == 0) {
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        } else {
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        }
    }
    public E remove(int index) {
        rangeCheck(index);

        modCount++;
        E oldValue = elementData(index);

        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

        return oldValue;
    }
}

(2)LinkedList——双链表

内部实现是许多个Node，然后通过对下一个以及上一个Node的引用来链接起来，形如：Root-->Node2-->Node3，所以可以知道，LinkedList在具体取出一个项目时，要不断地寻址，所以访问速度不如ArrayList，但是优在灵活，add,remove操作较快。

Node内部类，first和last分别指向上一个和下一个Node

插入时检查是否是新表，如果是，last必为null，则头（first）为新元素，size++。

public class LinkedList
    extends AbstractSequentialList
    implements List, Deque, Cloneable, java.io.Serializable
{
    transient int size = 0;

    /**
     * Pointer to first node.
     */
    transient Node first;

    /**
     * Pointer to last node.
     */
    transient Node last;


    public LinkedList() {
    }
    void linkLast(E e) {
        final Node l = last;
        final Node newNode = new Node<>(l, e, null);
        last = newNode;
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }
    public boolean add(E e) {
        linkLast(e);
        return true;
    }
}