【JavaSE】集合框架及背后的数据结构

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前言

本次博客重在理清以下三个问题：

1. Java 集合框架中接口、之间的关系及其含义
2. Java 集合框架中接口和其各自对应的常见实现类之间的关系
3. List 、 Set 和 Map 的应用场景

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一、接口之间的关系及其含义

大家先看下面这幅图：

通过上图，我们可以发现继承关系：

Collection继承了Iterable接口。List是链表 ，Queue 是队列， Set
是集合，注意集合中的元素是不能重复的。AbstractList是抽象队列，继承了List；Deque是双端队列，继承了Queue；SortedSet是排序集合，继承了Set。

而底下具体的实现类的详细如下：

1. stack是栈，继承了Vector
2. ArrayList是顺序表，底层是用数组实现的
3. LinkedList是链表，底层是用双向链表实现的
4. PriorityQueue是优先级队列，底层是用堆（二叉树）实现的
5. TreeSet是二叉搜索树（排序）
6. HashSet是哈希表

接口之间的关系：

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

二、常用接口

1.Collection 接口

Collection 常用方法：

方法前面	说明
boolean add(E e)	将元素 e 放入集合中
void clear()	删除集合中的所有元素
boolean isEmpty()	判断集合是否没有任何元素，俗称空集合
boolean remove(Object e)	如果元素 e 出现在集合中，删除其中一个
int size()	返回集合中的元素个数
Object[] toArray()	返回一个装有所有集合中元素的数组

public static void main(String[] args) {
        Collection<String> list = new ArrayList<>();
        System.out.println(list.size());//打印集合中的元素
        System.out.println(list.isEmpty());//判断是否为空
        list.add("我");//增加元素
        list.add("是");
        list.add("超人");
        System.out.println(list.size());//打印集合中的元素
        System.out.println(list.isEmpty());//判断是否为空
        Object[] array = list.toArray();//变为数组
        System.out.println(Arrays.toString(array));//打印数组
        for (String s : list) { System.out.println(s);
        }
        list.remove("是");//移除元素
        for (String s : list) {
            System.out.println(s);
        }
        list.clear();//清空所有元素
        System.out.println(list.size());
        System.out.println(list.isEmpty());
    }

2.Map 接口

方法签名	说明
V get(Object k)	根据指定的 k 查找对应的 v
V getOrDefault(Object k, V defaultValue）	根据指定的 k 查找对应的 v，没有找到用默认值代替
V put(K key, V value)	将指定的 k-v 放入 Map
boolean containsKey(object key)	判断是否包含 key
boolean containValue(Object value)	判断是否包含vlue
Set>entrySet()	将所有键值对返回
boolean isEntry()	判断是否为空
int size()	返回值对的数量

public static void main(String[] args) {
        Map<String,String> map=new HashMap<>();
        System.out.println("大小为："+map.size());
        System.out.println("集合为空吗？"+ map.isEmpty());
        map.put("国民男神","朱先生");//放元素
        map.put("齐天大圣","孙悟空");
        //根据k获取value值是啥
        String ret=map.get("齐天大圣");
        //假如没有，返回自定义值
        String ret1=map.getOrDefault("adfa","牛魔王");
        System.out.println(ret);
        //是否包含内容
        boolean flg=map.containsKey("国民男神");
        System.out.println(flg);
        
    }

三、List 、 Set 和 Map 的应用场景

下面这部分内容整理自：详细了解请点击这里

1.三者区别

1. List,Set都是继承自Collection接口，Map则不是
2. List特点：元素有放入顺序，元素可重复 ；
3. Set特点：元素无放入顺序，元素不可重复，重复元素会覆盖掉。

【注意】

元素虽然无放入顺序，但是元素在set中的位置是有该元素HashCode决定的，其位置其实是固定的，加入Set 的Object必须定义equals()方法 ，另外list支持for循环，也就是通过下标来遍历，也可以用迭代器，但是set只能用迭代，因为它无序，无法用下标来取得想要的值。

Set和List对比：

1. Set：检索元素效率低下，删除和插入效率高，插入和删除不会引起元素位置改变。
2. List：和数组类似，List可以动态增长，查找元素效率高，插入删除元素效率低，因为会引起其他元素位置改变。

Map适合储存键值对的数据。

2.ArrayList与LinkedList应用场景

ArrayList与LinkedList的区别和适用场景：
ArrayList：

优点	缺点
ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构,因为地址连续，一旦数据存储好了，查询操作效率会比较高（在内存里是连着放的）	因为地址连续， ArrayList要移动数据,所以插入和删除操作效率比较低

LinkedList：

优点	缺点
LinkedList基于链表的数据结构,地址是任意的，所以在开辟内存空间的时候不需要等一个连续的地址，对于新增和删除操作add和remove，LinedList比较占优势。LinkedList 适用于要头尾操作或插入指定位置的场景	因为LinkedList要移动指针,所以查询操作性能比较低

应用场景分析：

当需要对数据进行对此访问的情况下选用ArrayList，当需要对数据进行多次增加删除修改时采用LinkedList。

3.HashSet与Treeset的应用场景

• TreeSet 是二叉树（红黑树的树据结构）实现的,Treeset中的数据是自动排好序的，不允许放入null值

• HashSet 是哈希表实现的,HashSet中的数据是无序的，可以放入null，但只能放入一个null，两者中的值都不能重复，就如数据库中唯一约束

• HashSet要求放入的对象必须实现HashCode()方法，放入的对象，是以hashcode码作为标识的，而具有相同内容的String对象，hashcode是一样，所以放入的内容不能重复。但是同一个类的对象可以放入不同的实例

  应用场景分析:

HashSet是基于Hash算法实现的，其性能通常都优于TreeSet。为快速查找而设计的Set，我们通常都应该使用HashSet，在我们需要排序的功能时，我们才使用TreeSet。

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总结

前路漫漫啊，你需要吃好、喝好、睡好、身体好才能不断前进