Java 集合详解（ArrayList HashSet ListIterator LinkedList LinkedHashSet）

1.List接口

1.1List接口介绍

查阅API，看List的介绍。有序的 collection（也称为序列）。此接口的用户可以对列表中每个元素的插入位置进行精确地控制。用户可以根据元素的整数索引（在列表中的位置）访问元素，并搜索列表中的元素。与 set 不同，列表通常允许重复的元素。
看完API，我们总结一下：
List接口：

• 它是一个元素存取有序的集合。例如，存元素的顺序是11、22、33。那么集合中，元素的存储就是按照11、22、33的顺序完成的）。
• 它是一个带有索引的集合，通过索引就可以精确的操作集合中的元素（与数组的索引是一个道理）。
• 集合中可以有重复的元素，通过元素的equals方法，来比较是否为重复的元素。

List接口的常用子类有：

• ArrayList集合
• LinkedList集合

1.2List接口中常用的方法

• 增加元素方法
• add(Object e)：向集合末尾处，添加指定的元素
• add(int index, Object e)：向集合指定索引处，添加指定的元素，原有元素依次后移
• 删除元素删除
• remove(Object e)：将指定元素对象，从集合中删除，返回值为被删除的元素
• remove(int index)：将指定索引处的元素，从集合中删除，返回值为被删除的元素
• 替换元素方法
• set(int index, Object e)：将指定索引处的元素，替换成指定的元素，返回值为替换前的元素
• 查询元素方法
• get(int index)：获取指定索引处的元素，并返回该元素

方法演示：

List list = new ArrayList();
//1,添加元素。
list.add("小红");
list.add("小梅");
list.add("小强");
//2,插入元素。插入元素前的集合["小红","小梅","小强"]
list.add(1, "老王"); //插入元素后的集合["小红","老王","小梅","小强"]
//3,删除元素。
list.remove(2);// 删除元素后的集合["小红","老王","小强"]
//4,修改元素。
list.set(1, "隔壁老王");// 修改元素后的集合["小红","隔壁老王","小强"]

Iterator it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
	String str = it.next();
	System.out.println(str);
}

由于List集合拥有索引，因此List集合迭代方式除了使用迭代器之外，还可以使用索引进行迭代。

for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
	String str = list.get(i);
	System.out.println(str);			
}

1.3ListIterator接口介绍

ListIterator是个迭代器，它是Iterator的子接口，它比Iterator更加的强大，提供了更多在迭代过程中使用的方法。它的出现，解决了使用Iterator迭代过程中可能会发生的错误情况。

1.3.1ListIterator接口常用方法

• hasNext()方法：用来判断集合中是否有下一个元素可以迭代。如果返回true,说明可以迭代。
• next()方法：用来返回迭代的下一个元素，并把指针向后移动一位。
• add(Object e)方法：在迭代过程中，将当前索引的下一个位置，加入一个要迭代的元素，并把该元素存储到集合中
• remove()方法：在迭代过程中，将当前索引位置的元素删除，并把该元素从集合中删除
• set(Object e)方法：在迭代过程中，将当前索引位置的元素修改，并把该元素从集合中修改

方法演示：
//案例：在list集合迭代元素中，对元素进行判断，一旦条件满足就添加一个新元素
public class ListIteratorDemo {
	public static void main(String[] args) {
		//创建List容器
		List list = new ArrayList();
		//给容器中添加元素
		list.add("abc1");
		list.add("abc2");
		list.add("abc3");
		list.add("abc4");
		//遍历容器，当有元素为"abc2"时，使用迭代器，加入新元素"itcast"
		ListIterator it = list.listIterator();
		while(it.hasNext()){
			String str = it.next();
			if("abc2".equals(str)){
				it.add("itcast");
			}
		}
		//打印容器中的元素
		System.out.println(list);
	}
}

注意：该ListIteraotr只有List接口有。而且这个迭代器可以完成在迭代过程中的增删改查动作。

1.3.2 Iterator的并发修改异常

在list集合迭代元素中，对元素进行判断，一旦条件满足就添加一个新元素。代码如下

public class IteratorDemo {
//在list集合迭代元素中，对元素进行判断，一旦条件满足就添加一个新元素
	public static void main(String[] args) {
		//创建List集合
		List list = new ArrayList();
		//给集合中添加元素
		list.add("abc1");
		list.add("abc2");
		list.add("abc3");
		list.add("abc4");
		//迭代集合，当有元素为"abc2"时，集合加入新元素"itcast"
		Iterator it = list.iterator();
		while(it.hasNext()){
			String str = it.next();
			//判断取出的元素是否是"abc2"，是就添加一个新元素
			if("abc2".equals(str)){
				list.add("itcast");// 该操作会导致程序出错
			}
		}
		//打印容器中的元素
		System.out.println(list);
	}
}

运行上述代码发生了错误 java.util.ConcurrentModificationException[并发修改异常]这是什么原因呢？
在迭代过程中，使用了集合的方法对元素进行操作。导致迭代器并不知道集合中的变化，容易引发数据的不确定性。

并发修改异常解决办法：在迭代时，不要使用集合的方法操作元素。 那么想要在迭代时对元素操作咋办？通过ListIterator迭代器操作元素是可以的，ListIterator的出现，解决了使用Iterator迭代过程中可能会发生的错误情况

.

1.4List集合存储数据的结构

List接口下有很多个集合，它们存储元素所采用的结构方式是不同的，这样就导致了这些集合有它们各自的特点，供给我们在不同的环境下进行使用。数据存储的常用结构有：堆栈、队列、数组、链表。我们分别来了解一下：

• 堆栈，采用该结构的集合，对元素的存取有如下的特点：

• 先进后出（即，存进去的元素，要在后它后面的元素依次取出后，才能取出该元素）。例如，子弹压进弹夹，先压进去的子弹在下面，后压进去的子弹在上面，当开枪时，先弹出上面的子弹，然后才能弹出下面的子弹。

• 栈的入口、出口的都是栈的顶端位置

• 压栈：就是存元素。即，把元素存储到栈的顶端位置，栈中已有元素依次向栈底方向移动一个位置。

• 弹栈：就是取元素。即，把栈的顶端位置元素取出，栈中已有元素依次向栈顶方向移动一个位置。
  

• 队列，采用该结构的集合，对元素的存取有如下的特点：

  • 先进先出（即，存进去的元素，要在后它前面的元素依次取出后，才能取出该元素）。例如，安检。排成一列，每个人依次检查，只有前面的人全部检查完毕后，才能排到当前的人进行检查。
  • 队列的入口、出口各占一侧。例如，下图中的左侧为入口，右侧为出口。
    

• 数组，采用该结构的集合，对元素的存取有如下的特点：

  • 查找元素快：通过索引，可以快速访问指定位置的元素
  • 增删元素慢：
    • 指定索引位置增加元素：需要创建一个新数组，将指定新元素存储在指定索引位置，再把原数组元素根据索引，复制到新数组对应索引的位置。如下图
    • 指定索引位置删除元素：需要创建一个新数组，把原数组元素根据索引，复制到新数组对应索引的位置，原数组中指定索引位置元素不复制到新数组中。如下图
      

• 链表，采用该结构的集合，对元素的存取有如下的特点：

  • 多个节点之间，通过地址进行连接。例如，多个人手拉手，每个人使用自己的右手拉住下个人的左手，依次类推，这样多个人就连在一起了。
  • 查找元素慢：想查找某个元素，需要通过连接的节点，依次向后查找指定元素
  • 增删元素快：
    • 增加元素：操作如左图，只需要修改连接下个元素的地址即可。
    • 删除元素：操作如右图，只需要修改连接下个元素的地址即可。
      

1.5 ArrayList集合

ArrayList集合数据存储的结构是数组结构。元素增删慢，查找快，由于日常开发中使用最多的功能为查询数据、遍历数据，所以ArrayList是最常用的集合。
许多程序员开发时非常随意地使用ArrayList完成任何需求，并不严谨，这种用法是不提倡的。

1.6LinkedList集合

LinkedList集合数据存储的结构是链表结构。方便元素添加、删除的集合。实际开发中对一个集合元素的添加与删除经常涉及到首尾操作，而LinkedList提供了大量首尾操作的方法。如下图

LinkedList是List的子类，List中的方法LinkedList都是可以使用，这里就不做详细介绍，我们只需要了解LinkedList的特有方法即可。在开发时，LinkedList集合也可以作为堆栈，队列的结构使用。

方法演示：

	LinkedList link = new LinkedList();
		//添加元素
		link.addFirst("abc1");
		link.addFirst("abc2");
		link.addFirst("abc3");
		//获取元素
		System.out.println(link.getFirst());
		System.out.println(link.getLast());
		//删除元素
		System.out.println(link.removeFirst());
		System.out.println(link.removeLast());
		
		while(!link.isEmpty()){ //判断集合是否为空
			System.out.println(link.pop()); //弹出集合中的栈顶元素
       }

1.7Vector集合

Vector集合数据存储的结构是数组结构，为JDK中最早提供的集合。Vector中提供了一个独特的取出方式，就是枚举Enumeration，它其实就是早期的迭代器。此接口Enumeration的功能与 Iterator 接口的功能是类似的。Vector集合已被ArrayList替代。枚举Enumeration已被迭代器Iterator替代。

• Vector常见的方法：
  
• Enumeration枚举常见的方法：
  
• Vector集合对ArrayList集合使用的对比
  

2.Set接口

学习Collection接口时，记得Collection中可以存放重复元素，也可以不存放重复元素，那么我们知道List中是可以存放重复元素的。那么不重复元素给哪里存放呢？那就是Set接口，它里面的集合，所存储的元素就是不重复的。

2.1Set接口介绍

查阅Set集合的API介绍，通过元素的equals方法，来判断是否为重复元素，它是个不包含重复元素的集合。Set集合取出元素的方式可以采用：迭代器、增强for。
Set集合有多个子类，这里我们介绍其中的HashSet、LinkedHashSet这两个集合。

2.2HashSet集合介绍

查阅HashSet集合的API介绍：此类实现Set接口，由哈希表支持（实际上是一个 HashMap集合）。HashSet集合不能保证的迭代顺序与元素存储顺序相同。
HashSet集合，采用哈希表结构存储数据，保证元素唯一性的方式依赖于：hashCode()与equals()方法。

2.3HashSet集合存储数据的结构（哈希表）

什么是哈希表呢？
哈希表底层使用的也是数组机制，数组中也存放对象，而这些对象往数组中存放时的位置比较特殊，当需要把这些对象给数组中存放时，那么会根据这些对象的特有数据结合相应的算法，计算出这个对象在数组中的位置，然后把这个对象存放在数组中。而这样的数组就称为哈希数组，即就是哈希表。

当向哈希表中存放元素时，需要根据元素的特有数据结合相应的算法，这个算法其实就是Object类中的hashCode方法。由于任何对象都是Object类的子类，所以任何对象有拥有这个方法。即就是在给哈希表中存放对象时，会调用对象的hashCode方法，算出对象在表中的存放位置，这里需要注意，如果两个对象hashCode方法算出结果一样，这样现象称为哈希冲突，这时会调用对象的equals方法，比较这两个对象是不是同一个对象，如果equals方法返回的是true，那么就不会把第二个对象存放在哈希表中，如果返回的是false，就会把这个值存放在哈希表中。

总结：保证HashSet集合元素的唯一，其实就是根据对象的hashCode和equals方法来决定的。如果我们往集合中存放自定义的对象，那么保证其唯一，就必须复写hashCode和equals方法建立属于当前对象的比较方式。

2.4HashSet存储JavaAPI中的类型元素

给HashSet中存储JavaAPI中提供的类型元素时，不需要重写元素的hashCode和equals方法，因为这两个方法，在JavaAPI的每个类中已经重写完毕，如String类、Integer类等。

创建HashSet集合，存储String对象。
public class HashSetDemo {
	public static void main(String[] args) {
		//创建HashSet对象
		HashSet hs = new HashSet();
		//给集合中添加自定义对象
		hs.add("zhangsan");
		hs.add("lisi");
		hs.add("wangwu");
		hs.add("zhangsan");
		//取出集合中的每个元素
		Iterator it = hs.iterator();
		while(it.hasNext()){
			String s = it.next();
			System.out.println(s);
		}
	}
}

输出结果如下，说明集合中不能存储重复元素：
wangwu
lisi
zhangsan

2.5HashSet存储自定义类型元素

给HashSet中存放自定义类型元素时，需要重写对象中的hashCode和equals方法，建立自己的比较方式，才能保证HashSet集合中的对象唯一

创建自定义对象Student
public class Student {
	private String name;
	private int age;
	public Student(String name, int age) {
		super();
		this.name = name;
		this.age = age;
	}
	public String getName() {
		return name;
	}
	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}
	public int getAge() {
		return age;
	}
	public void setAge(int age) {
		this.age = age;
	}
	@Override
	public String toString() {
		return "Student [name=" + name + ", age=" + age + "]";
	}
	@Override
	public int hashCode() {
		final int prime = 31;
		int result = 1;
		result = prime * result + age;
		result = prime * result + ((name == null) ? 0 : name.hashCode());
		return result;
	}
	@Override
	public boolean equals(Object obj) {
		if (this == obj)
			return true;
		if(!(obj instanceof Student)){
			System.out.println("类型错误");
			return false;
		}
		Student other = (Student) obj;
		return this.age ==  other.age && this.name.equals(other.name);
	}
}

创建HashSet集合，存储Student对象。
public class HashSetDemo {
	public static void main(String[] args) {
		//创建HashSet对象
		HashSet hs = new HashSet();
		//给集合中添加自定义对象
		hs.add(new Student("zhangsan",21));
		hs.add(new Student("lisi",22));
		hs.add(new Student("wangwu",23));
		hs.add(new Student("zhangsan",21));
		//取出集合中的每个元素
		Iterator it = hs.iterator();
		while(it.hasNext()){
			Student s = (Student)it.next();
			System.out.println(s);
		}
	}
}

输出结果如下，说明集合中不能存储重复元素：
Student [name=lisi, age=22]
Student [name=zhangsan, age=21]
Student [name=wangwu, age=23]

2.6LinkedHashSet介绍

我们知道HashSet保证元素唯一，可是元素存放进去是没有顺序的，那么我们要保证有序，怎么办呢？
在HashSet下面有一个子类LinkedHashSet，它是链表和哈希表组合的一个数据存储结构。

演示代码如下：
public class LinkedHashSetDemo {
	public static void main(String[] args) {
		Set set = new LinkedHashSet();
		set.add("bbb");
		set.add("aaa");
		set.add("abc");
		set.add("bbc");
Iterator it = set.iterator();
		while (it.hasNext()) {
			System.out.println(it.next());
		}
	}
}

输出结果如下，LinkedHashSet集合保证元素的存入和取出的顺序：
bbb
aaa
abc
bbc

3.判断集合元素唯一的原理

3.1 ArrayList的contains方法判断元素是否重复原理

ArrayList的contains方法会使用调用方法时，传入的元素的equals方法依次与集合中的旧元素所比较，从而根据返回的布尔值判断是否有重复元素。此时，当ArrayList存放自定义类型时，由于自定义类型在未重写equals方法前，判断是否重复的依据是地址值，所以如果想根据内容判断是否为重复元素，需要重写元素的equals方法。

3.2 HashSet的add/contains等方法判断元素是否重复原理

Set集合不能存放重复元素，其添加方法在添加时会判断是否有重复元素，有重复不添加，没重复则添加。
HashSet集合由于是无序的，其判断唯一的依据是元素类型的hashCode与equals方法的返回结果。规则如下：
先判断新元素与集合内已经有的旧元素的HashCode值

• 如果不同，说明是不同元素，添加到集合。
• 如果相同，再判断equals比较结果。返回true则相同元素；返回false则不同元素，添加到集合。
  所以，使用HashSet存储自定义类型，如果没有重写该类的hashCode与equals方法，则判断重复时，使用的是地址值，如果想通过内容比较元素是否相同，需要重写该元素类的hashcode与equals方法。

4.总结

4.1知识点总结

List与Set集合的区别？

List:

它是一个有序的集合(元素存与取的顺序相同)
它可以存储重复的元素

Set:

它是一个无序的集合(元素存与取的顺序可能不同)
它不能存储重复的元素

• List集合中的特有方法

• void add(int index, Object element) 将指定的元素，添加到该集合中的指定位置上

• Object get(int index)返回集合中指定位置的元素。

• Object remove(int index) 移除列表中指定位置的元素, 返回的是被移除的元素

• Object set(int index, Object element)用指定元素替换集合中指定位置的元素,返回值的更新前的元素

• ArrayList:

  底层数据结构是数组，查询快，增删慢

• LinkedList:

  底层数据结构是链表，查询慢，增删快

• HashSet:

  元素唯一，不能重复
  底层结构是 哈希表结构
  元素的存与取的顺序不能保证一致
  如何保证元素的唯一的？
  重写hashCode() 与 equals()方法

• LinkedHashSet:

  元素唯一不能重复
  底层结构是 哈希表结构 + 链表结构
  元素的存与取的顺序一致[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-klKjzp9D-1580841658965)(!%5BAlt%20text%5D%28./1580840696591.png%29)]