Java高级特性之集合

Java集合框架

一、Java集合框架概述

1、数组与集合的区别：

1）数组长度不可变化而且无法保存具有映射关系的数据；集合类用于保存数量不确定的数据，以及保存具有映射关系的数据。

2）数组元素既可以是基本类型的值，也可以是对象；集合只能保存对象。

2、Java集合类主要由两个根接口Collection和Map派生出来的，Collection派生出了三个子接口：List、Set、Queue（Java5新增的队列），因此Java集合大致也可分成List（有序、可重复集合、可直接根据元素的索引来访问）、Set（无序、不可重复集合、只能根据元素本身来访问）、Queue（队列集合）、Map（存储key-value对的集合，可根据元素的key来访问value）这四种。

二、Java集合常见接口及实现类

1、Collection接口常见方法

2、List集合

实现List接口的集合主要有：ArrayList、LinkedList、Vector、Stack。

它们都可以容纳所有类型的对象，包括 null，允许重复，并且都保证元素的存储顺序。（可重复，有顺序）

1）ArrayList

 ArrayList 对数组进行了封装，实现了长度可变的数组（动态数组），和数组采用相同存储方式，在内存中分配连续的空间，它的优点在于遍历元素和随即访问元素的效率比较高。

ArrayList特点：线程不安全，查询速度快；底层数据结构是数组结构；扩容增量：原容量的 1.5倍， 如 ArrayList的容量为10，一次扩容后是容量为15。

2）LinkedList

LinkedList是List接口的另一个实现，除了可以根据索引访问集合元素外，LinkedList还实现了Deque接口，可以当作双端队列来使用，也就是说，既可以当作“栈”使用，又可以当作队列使用。

 LinkedList 采用链表存储方式，优点在于插入、删除元素时效率比较高，它提供了额外的 addFirst()、addLast()、removeFirst()和 removeLast()等方法，可以在LinkedList 的首部或尾部进行插入或者删除操作。 

3)Vector

与ArrayList相似，但是Vector是同步的。所以说Vector是线程安全的动态数组。它的操作与ArrayList几乎一样。

3、Set集合

实现Set集合的接口主要有：HashSet、TreeSet、LinkedHashSet；

Set集合与Collection的方法相同，由于Set集合不允许存储相同的元素，所以如果把两个相同元素添加到同一个Set集合，则添加操作失败，新元素不会被加入，add()方法返回false。（无序、不重复）

1）HashSet

HashSet是按照hash算法来存储元素的，因此具有很好的存取和查找性能。

 HashSet存储原理如下：

　　当向HashSet集合存储一个元素时，HashSet会调用该对象的hashCode()方法得到其hashCode值，然后根据hashCode值决定该对象的存储位置。HashSet集合判断两个元素相等的标准是(1)两个对象通过equals()方法比较返回true；(2)两个对象的hashCode()方法返回值相等。因此，如果(1)和(2)有一个不满足条件，则认为这两个对象不相等，可以添加成功。如果两个对象的hashCode()方法返回值相等，但是两个对象通过equals()方法比较返回false，HashSet会以链式结构将两个对象保存在同一位置，这将导致性能下降，因此在编码时应避免出现这种情况。

HashSet查找原理如下：

　　基于HashSet以上的存储原理，在查找元素时，HashSet先计算元素的HashCode值（也就是调用对象的hashCode方法的返回值），然后直接到hashCode值对应的位置去取出元素即可，这就是HashSet速度很快的原因。

HashSet特点：

       不能保证元素的顺序；集合元素值可以是null；线程不安全，存取速度快；底层实现是一个HashMap（保存数据），实现Set接口；默认初始容量为16；加载因子为0.75：即当 元素个数 超过 容量长度的0.75倍 时，进行扩容；扩容增量：原容量的 1 倍；如 HashSet的容量为16，一次扩容后是容量为32。

2）LinkedHashSet

LinkedHashSet是HashSet的一个子类，具有HashSet的特性，也是根据元素的hashCode值来决定元素的存储位置。但它使用链表维护元素的次序，元素的顺序与添加顺序一致。由于LinkedHashSet需要维护元素的插入顺序，因此性能略低于HashSet，但在迭代访问Set里的全部元素时由很好的性能。

3)TreeSet

TreeSet可以保证元素处于排序状态，它采用红黑树的数据结构来存储集合元素。TreeSet支持两种排序方法：自然排序和定制排序，默认采用自然排序。

♦ 自然排序

　　TreeSet会调用集合元素的compareTo(Object obj)方法来比较元素的大小关系，然后将元素按照升序排列，这就是自然排序。如果试图将一个对象添加到TreeSet集合中，则该对象必须实现Comparable接口，否则会抛出异常。当一个对象调用方法与另一个对象比较时，例如obj1.compareTo(obj2)，如果该方法返回0，则两个对象相等；如果返回一个正数，则obj1大于obj2；如果返回一个负数，则obj1小于obj2。

♦ 定制排序

　　想要实现定制排序，需要在创建TreeSet集合对象时，提供一个Comparator对象与该TreeSet集合关联，由Comparator对象负责集合元素的排序逻辑。

综上：自然排序实现的是Comparable接口，定制排序实现的是Comparator接口。

4、Map集合

Map接口采用键值对Map的存储方式，保存具有映射关系的数据，因此，Map集合里保存两组值，一组值用于保存Map里的key，另外一组值用于保存Map里的value，key和value可以是任意引用类型的数据。key值不允许重复，可以为null。如果添加key-value对时Map中已经有重复的key，则新添加的value会覆盖该key原来对应的value。

常用实现类主要有HashMap、LinkedHashMap、TreeMap。

1）HashMap

对于HashMap而言，key是唯一的，不可以重复的。所以，以相同的key 把不同的value插入到 Map中会导致旧元素被覆盖，只留下最后插入的元素。不过，同一个对象可以作为值插入到map中，只要对应的key不一样 。

 HashMap由数组+链表组成的，数组是HashMap的主体，链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的。

 HashMap工作原理如下：

 

　　HashMap基于hashing原理，通过put()和get()方法存储和获取对象。当我们将键值对传递给put()方法时，它调用建对象的hashCode()方法来计算hashCode值，然后找到bucket位置来储存值对象。当获取对象时，通过建对象的equals()方法找到正确的键值对，然后返回对象。HashMap使用链表来解决碰撞问题，当发生碰撞了，对象将会存储在链表的下一个节点中。

HashMap特点：

• Map提供了一种映射关系，元素是以键值对（key-value）的形式存储的，能根据key快速查找value；
• Map中的键值对以Entry类型的对象实例形式存在；
• key值不能重复，value值可以重复；
• key对value是多（一）对一的关系；
• Map接口提供了返回key值集合、value值集合、Entry值集合，的方法；
• Map支持泛型，形式如：Map；
• 默认初始容量为16；
• 加载因子为0.75：即当 元素个数 超过 容量长度的0.75倍 时，进行扩容；
• 扩容增量：原容量的 1 倍。

2）LinkedHashMap

LinkedHashMap使用双向链表来维护key-value对的次序（其实只需要考虑key的次序即可），该链表负责维护Map的迭代顺序，与插入顺序一致，因此性能比HashMap低，但在迭代访问Map里的全部元素时有较好的性能。

大多数情况下，只要不涉及线程安全问题，Map基本都可以使用HashMap，不过HashMap有一个问题，是迭代HashMap的顺序并不是HashMap放置的顺序，也就是无序。HashMap的这一缺点往往会带来困扰，因为有些场景，我们期待一个有序的Map。这个时候，LinkedHashMap就闪亮登场了，它虽然增加了时间和空间上的开销，但是通过维护一个运行于所有条目的双向链表，LinkedHashMap保证了元素迭代的顺序。该迭代顺序可以是插入顺序或者是访问顺序。

LinkedHashMap可以认为是HashMap+LinkedList，即它既使用HashMap操作数据结构，又使用LinkedList维护插入元素的先后顺序。

LinkedHashMap的基本实现思想就是----多态。

3)TreeMap

TreeMap是SortedMap的实现类，是一个红黑树的数据结构，每个key-value对作为红黑树的一个节点。TreeMap存储key-value对时，需要根据key对节点进行排序。TreeMap也有两种排序方式：

　　♦ 自然排序：TreeMap的所有key必须实现Comparable接口，而且所有的key应该是同一个类的对象，否则会抛出ClassCastException。

　　♦ 定制排序：创建TreeMap时，传入一个Comparator对象，该对象负责对TreeMap中的所有key进行排序。

TreeMap特点:

       ·TreeMap是非线程安全的；

       ·TreeMap是用键来进行升序顺序来排序的。通过Comparable 或 Comparator来排序；

       ·和HashMap一样，如果插入重复的元素，后面的元素会覆盖前面的；
       ·键不可以为null（如果比较器对null做了处理，就可以为null）,但是值可以为null。

5、遍历

第一种：for循环遍历

1 for (int i = 0; i < heros.size(); i++) {
2             Hero h = heros.get(i);
3             System.out.println(h);
4         }

第二种：迭代器遍历

 1 System.out.println("--------使用while的iterator-------");
 2         Iterator it= heros.iterator();
 3         //从最开始的位置判断"下一个"位置是否有数据
 4         //如果有就通过next取出来，并且把指针向下移动
 5         //直到"下一个"位置没有数据
 6         while(it.hasNext()){
 7             Hero h = it.next();
 8             System.out.println(h);
 9         }
10         //迭代器的for写法
11         System.out.println("--------使用for的iterator-------");
12         for (Iterator iterator = heros.iterator(); iterator.hasNext();) {
13             Hero hero = (Hero) iterator.next();
14             System.out.println(hero);
15         }

 第三种：增强for循环

1 System.out.println("--------增强型for循环-------");
2         for (Hero h : heros) {
3             System.out.println(h);
4         }