Java集合详解（超详细）

一、集合框架的概述

1. 集合与数组存储数据概述：

集合、数组都是对多个数据进行存储操作的结构，简称Java容器。 说明：此时的存储，主要指的是内存层面的存储，不涉及到持久化的存储（.txt,.jpg,.avi，数据库中)

2. 数组存储的特点：

一旦初始化以后，其长度就确定了。
数组一旦定义好，其元素的类型也就确定了。我们也就只能操作指定类型的数据了。

3. 数组存储的弊端：

1.一旦初始化以后，其长度就不可修改。
2.数组中提供的方法非常限，对于添加、删除、插入数据等操作，非常不便，同时效率不高。
3.获取数组中实际元素的个数的需求，数组没有现成的属性或方法可用
4.数组存储数据的特点：有序、可重复。对于无序、不可重复的需求，不能满足。

4. 集合的框架结构

Java集合可分为Collection和Map两种体系

1. Collection接口：单列数据，定义了存取一组对象的方法的集合。Collection接口下还有个Queue接口、Set接口、List接口
   List：元素有序、可重复的集合
   Set：元素无序、不可重复的集
2. Map接口：双列数据，保存具有映射关系“key-value对”的集合

其中：

1. Set下有HashSet，LinkedHashSet，TreeSet
2. List下有ArrayList，Vector，LinkedList
3. Map下有Hashtable，LinkedHashMap，HashMap，TreeMap

|----Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象
     |----List接口：存储有序的、可重复的数据。  -->“动态”数组
           |----ArrayList：作为List接口的主要实现类，线程不安全的，效率高;底层采用Object[] elementData数组存储
           |----LinkedList：对于频繁的插入删除操作，使用此类效率比ArrayList效率高底层采用双向链表存储
           |----Vector：作为List的古老实现类，线程安全的，效率低;底层采用Object[]数组存储
           
     |----Set接口：存储无序的、不可重复的数据   -->数学概念上的“集合”
           |----HashSet：作为Set接口主要实现类;线程不安全;可以存null值
           		|----LinkedHashSet：作为HashSet的子类;遍历其内部数据时，可以按照添加顺序遍历;对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet.
           |----TreeSet：可以按照添加对象的指定属性，进行排序。


|----Map:双列数据，存储key-value对的数据   ---类似于高中的函数：y = f(x)
     |----HashMap:作为Map的主要实现类；线程不安全的，效率高；存储null的key和value
          |----LinkedHashMap:保证在遍历map元素时，可以照添加的顺序实现遍历。
                    原因：在原的HashMap底层结构基础上，添加了一对指针，指向前一个和后一个元素。对于频繁的遍历操作，此类执行效率高于HashMap。
     |----TreeMap:保证照添加的key-value对进行排序，实现排序遍历。此时考虑key的自然排序或定制排序，底层使用红黑树
     |----Hashtable:作为古老的实现类；线程安全的，效率低；不能存储null的key和value
          |----Properties:常用来处理配置文件。key和value都是String类型

二、Collection接口

• Collection接口是List、Set和Queue接口的父接口，该接口里定义的方法既可用于操作Set集合，也可用于操作List和 Queue集合。
• JDK不提供此接口的任何直接实现，而是提供更具体的子接口（如：Set和List）实现。
• 在JDK 5.0之前，Java集合会丢失容器中所有对象的数据类型，把所有对象都当成 Object类型处理；从JDK 5.0增加了泛型以后，Java集合可以记住容器中对象的数据类型。

（一）Collection接口常用方法

1. 添加
   add(Object obj)
   addAll(Collection coll)
2. 获取有效元素个数
   int size()
3. 清空集合
   void clear()
4. 是否为空集合
   boolean isEmpty()
5. 是否包含某个元素
   boolean contains(Object obj):是通过元素的equals方法来判断是否是同一个对象
   boolean containsAll(Collection c):也是调用元素的equals方法来比较的。用两个两个集合的元素逐一比较
6. 删除
   boolean remove(Object obj):通过元素的equals方法判断是否是要删除的那个元素。只会删除找到的第一个元素
   boolean removeAll(Collection coll):取当前集合的差集
7. 取两个集合的交集
   boolean retainAll(Collection c):把交集的结果存在当前的集合中，不影响c
8. 集合是否相等
   boolean equals(Object obj)
9. 转换成对象数组
   Object [] toArray()
10. 获取集合对象的哈希值
    hashCode()
11. 遍历
    iterator()：返回迭代器对象，用于集合遍历

代码实例：

@Test
public void test01(){
    //1.add(Object e):将元素e添加到集合coll中
    Collection coll = new ArrayList();
    coll.add(123);//自动装箱
    coll.add(new Date());
    Collection coll1 = new ArrayList();
    coll1.add("CC");
    //addAll(Collection coll1)：将coll1集合中的元素添加到当前的集合中
    coll.addAll(coll1);
    //2.size()：获取添加的元素的个数
    System.out.println(coll.size());//3
    //调用collection1中的toString()方法输出
    System.out.println(coll);//[123, Sun Jan 31 14:37:52 CST 2021, CC]
    //3.clear()：清空集合元素
    coll.clear();
    //4.isEmpty()：判断当前集合是否为空
    System.out.println(coll.isEmpty());//true
}
@Test
public void Test02(){
    Collection coll = new ArrayList();
    coll.add(123);
    coll.add(new String("Tom"));
    coll.add(new Person("Jerry",20));
    //5.contains(Object obj)：判断当前集合中是否包含obj
    //判断时需要调用obj对象所在类的equals()方法
    System.out.println(coll.contains(new String("Tom")));//true
    System.out.println(coll.contains(new Person("Jerry",20)));//false，重写Person类的equals()后为true
    //containsAll(Collection coll1):判断形参coll1中的所有元素是否都存在于当前集合中。
    Collection coll1 = Arrays.asList(1234,new String("Tom"));
    System.out.println(coll.containsAll(coll1));//true
    //6.remove(Object obj):从当前集合中移除obj元素。移除成功返回true，否则返回false
    System.out.println(coll.remove(123));//true
    System.out.println(coll);//[Tom, Person{name='Jerry', age=20}]
    //removeAll(Collection coll1):从当前集合中移除coll1中所有的元素。（差集）
    coll.removeAll(coll1);
    System.out.println(coll);//[Person{name='Jerry', age=20}]
    Collection a = new ArrayList();
    a.add(123);
    a.add(456);
    a.add(new Person("Jerry",20));
    a.add(new String("Tom"));
    a.add(false);
    //7.retainAll(Collection coll1):交集：获取当前集合和coll1集合的交集，并返回给当前集合
    Collection b = Arrays.asList(123,456,789);
    System.out.println(a.retainAll(b));//true
    System.out.println(a);//[123, 456]
}

@Test
public void Test03(){
    Collection a = new ArrayList();
    a.add(456);
    a.add(new Person("Jerry",20));
    a.add(new String("Tom"));
    //8.equals(Object obj):要想返回true，需要当前集合和形参集合的元素都相同。
    Collection b = new ArrayList();
    b.add(456);
    b.add(new Person("Jerry",20));
    b.add(new String("Tom"));
    System.out.println(a.equals(b));//true
    //9.hashCode():返回当前对象的哈希值
    System.out.println(a.hashCode());//1350934216
    //10.集合 --->数组：toArray()
    Object[] arr = a.toArray();
    //拓展：数组 --->集合:调用Arrays类的静态方法asList()
    List<Object> objects = Arrays.asList(arr);
    System.out.println(objects);
    //注意两个的区别
    List<int[]> ints = Arrays.asList(new int[]{123, 456});
    System.out.println(ints.size());//1，集合将其识别为一个元素
    List<Integer> integers = Arrays.asList(new Integer[]{123, 456});
    System.out.println(integers.size());//2
    //11.iterator():返回Iterator接口的实例，用于遍历集合元素。
}

注意：

使用Collection集合存储对象，要求对象所属的类满足：
向Collection接口的实现类的对象中添加数据obj时，要求obj所在类要重写equals()。

（二）Iterator迭代器接口

1. 概述

• Iterator对象称为迭代器(设计模式的一种)，主要用于遍历 Collection 集合中的元素。
• 迭代器模式：提供一种方法访问一个容器(container)对象中各个元素，而又不需暴露该对象的内部细节。
• Collection接口继承了java.lang.Iterable接口，该接口有一个iterator()方法，那么所
  有实现了Collection接口的集合类都有一个iterator()方法，用以返回一个实现了Iterator接口的对象。
• 集合对象每次调用iterator()方法都得到一个全新的迭代器对象，默认游标都在集合的第一个元素之前。

2. Iterator接口的方法
   
3. 遍历的代码实现

Iterator iterator = coll.iterator();//获取迭代器对象
//hasNext():判断是否还下一个元素
while(iterator.hasNext()){
    //next():①指针下移 ②将下移以后集合位置上的元素返回
    System.out.println(iterator.next());
}

4. iterator中remove()方法的使用

注意：

• 如果还未调用next()或在上一次调用 next 方法之后已经调用了 remove 方法，再调用remove都会报IllegalStateException。
• 内部定义了remove(),可以在遍历的时候，删除集合中的元素。此方法不同于集合直接调用remove()

代码实例：

Iterator iterator = coll.iterator();
删除集合中"Tom"
while(iterator.hasNext()){
    Object obj = iterator.next();
    if("Tom".equals(obj)){
        iterator.remove();
    }
}

（三）JDK 5.0新特性–增强for循环：(foreach循环)

1. 遍历集合举例

@Test
public void test1(){
    Collection coll = new ArrayList();
    coll.add(123);
    coll.add(456);
    coll.add(new Person("Jerry",20));
    coll.add(new String("Tom"));
    coll.add(false);
    //for(集合元素的类型 局部变量 : 集合对象)
    //内部仍然调用了迭代器。
    for(Object obj : coll){
        System.out.println(obj);
    }
}

2. 遍历数组举例

@Test
public void test2(){
    int[] arr = new int[]{1,2,3,4};
    //for(数组元素的类型 局部变量 : 数组对象)
    for(int i : arr){
        System.out.println(i);
    }
}

三、Collection子接口：List接口

（一）List接口概述

• 概述：

鉴于Java中数组用来存储数据的局限性，我们通常使用List替代数组
List集合类中元素有序、且可重复，集合中的每个元素都有其对应的顺序索引。
List容器中的元素都对应一个整数型的序号记载其在容器中的位置，可以根据序号存取容器中的元素。
JDK AP中List接口的实现类常用的有：ArrayList、LinkedList和 Vector.

• List接口框架

    |----Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象
      |----List接口：存储序的、可重复的数据。  -->“动态”数组,替换原的数组
          |----ArrayList：作为List接口的主要实现类；线程不安全的，效率高；底层使用Object[] elementData存储
          |----LinkedList：对于频繁的插入、删除操作，使用此类效率比ArrayList高；底层使用双向链表存储
          |----Vector：作为List接口的古老实现类；线程安全的，效率低；底层使用Object[] elementData存储
  

（二）List接口常用方法

• List除了从 Collection集合继承的方法外，List集合里添加了一些根据索引来操作集合元素的方法。

方法	描述
void add(int index, Object ele)	在index位置插入ele元素
boolean addAll(int index, Collection eles)	从index位置开始将eles中的所有元素添加进来
Object get(int index)	获取指定index位置的元素
int indexOf(Object obj)	返回obj在集合中首次出现的位置
int lastIndexOf(Object obj)	返回obj在当前集合中末次出现的位置
Object remove(int index)	移除指定index位置（0是第一个元素）的元素，并返回此元素
Object set(int index, Object ele)	设置指定index位置的元素为ele
List subList(int fromIndex, int toIndex)	返回从fromIndex到toIndex位置的子集合

• 代码实例：

@Test
public void Test1(){
    ArrayList list = new ArrayList();
    list.add(123);
    list.add("AA");
    list.add(new Person("Tom",12));
    System.out.println(list);//[123, AA, Person{name='Tom', age=12}]
    //1.void add(int index, Object ele):在index位置插入ele元素
    list.add(1,"BB");
    System.out.println(list);//[123, BB, AA, Person{name='Tom', age=12}]

    //2.boolean addAll(int index, Collection eles):从index位置开始将eles中的所有元素添加进来
    List list1 = Arrays.asList(1,2,3);
    list.addAll(list1);
    System.out.println(list.size());//7

    //3.Object get(int index):获取指定index位置的元素
    System.out.println(list.get(1));//BB

    //4.int indexOf(Object obj):返回obj在集合中首次出现的位置
    System.out.println(list.indexOf("AA"));//3
    System.out.println(list.indexOf("AAC"));//-1,不存在返回-1

    //5.int lastIndexOf(Object obj):返回obj在当前集合中末次出现的位置
    System.out.println(list.lastIndexOf("BB"));//1

    //6.Object remove(int index):移除指定index位置的元素，并返回此元素
    System.out.println(list);//[123, BB, AA, Person{name='Tom', age=12}, 1, 2, 3]
    System.out.println(list.remove(0));//123
    System.out.println(list);//[BB, AA, Person{name='Tom', age=12}, 1, 2, 3]

    //7.Object set(int index, Object ele):设置指定index位置的元素为ele
    list.set(1,"CC");
    System.out.println(list);//[BB, CC, Person{name='Tom', age=12}, 1, 2, 3]

    //8.List subList(int fromIndex, int toIndex):返回从fromIndex到toIndex位置的左闭右开区间的子集合
    List subList = list.subList(2,4);
    System.out.println(subList);//[Person{name='Tom', age=12}, 1]
}

• 遍历的三种方式

@Test
public void test3(){
    ArrayList list = new ArrayList();
    list.add(123);
    list.add(456);
    list.add("AA");
    //方式一：Iterator迭代器方式
    Iterator iterator = list.iterator();
    while(iterator.hasNext()){
        System.out.println(iterator.next());
    }
    //方式二：增强for循环
    for(Object obj : list){
        System.out.println(obj);
    }
    //方式三：普通for循环
    for(int i = 0;i < list.size();i++){
        System.out.println(list.get(i));
    }
}

（三）实现类之一：ArrayList

ArrayList的三个构造方法：

（1）ArrayList()构造一个初始容量为 10 的空列表。

List<String> list1 = new ArrayList<>();

（2）ArrayList(int initialCapacity)构造一个具有指定初始容量的空列表。

List<String> list2 = new ArrayList<>(6);

（3）ArrayList(Collection c)构造一个包含指定 collection 的元素的列表，这些元素是按照该 collection 的迭代器返回它们的顺序排列的。

List<String> list3 = new ArrayList<>(list2);

• ArrayList是List接口的典型实现类、主要实现类
• 本质上，ArrayList是对象引用的一个”变长”数组
• Array Listi的JDK 1.8之前与之后的实现区别？
  JDK 1.7：ArrayList像饿汉式，直接创建一个初始容量为10的数组
  JDK 1.8：ArrayList像懒汉式，一开始创建一个长度为0的数组，当添加第一个元素时再创建一个始容量为10的数组
• Arrays.asList（…）方法返回的List集合，既不是 ArrayList实例，也不是Vector实例。Arrays.asList（…）返回值是一个固定长度的List集合

（四）实现类之一：LinkedList

• 对与对于频繁的插入和删除元素操作，建议使用LinkedList类，效率更高
• 新增方法：
  void addFirst(Object obj)，在链表头部插入一个元素
  void addLast(Object obj)，在链表尾部添加一个元素
  Object getFirst()，获取第一个元素
  Object getlast)()，获取最后一个元素
  Object removeFirst()，删除头，获取元素并删除
  Object removeLast()删除尾
• Linkedlist：双向链表，内部没有声明数组，而是定义了Node类型的frst和last，用于记录首末元素。同时，定义内部类Node，作为 Linkedlist中保存数据的基本结构。Node除了保存数据，还定义了两个变量：
  prev变量记录前一个元素的位置
  next变量记录下一个元素的位置
• LinkedList 是非线程安全的，并发环境下，多个线程同时操作 LinkedList，会引发不可预知的错误

（五）实现类之一：Vector

• Vector是一个古老的集合，JDK 1.0就有了。大多数操作与ArrayList相同，区别在于Vector是线程安全的
• 在各种list中，最好把ArrayList作为缺省选择。当插入、删除频繁时，使用LinkedList；Vector总是比ArrayList慢，所以尽量避免选择使用。
• JDK 7.0和JDK 8.0中通过Vector()构造器创建对象时，底层都创建了长度为10的数组。
• 在扩容方面，默认扩容为原来的数组长度的2倍。

四、Collection子接口：Set接口

（一）概述

1. 概述

Set接口是Collection的子接口，set接口没有提供额外的方法
Set集合不允许包含相同的元素，如果试把两个相同的元素加入同一个Set集合中，则添加操作失败。（多用于过滤操作，去掉重复数据）
Set判断两个对象是否相同不是使用==运算符，而是根据equals()方法

2. 常用类

    |----Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象
          |----Set接口：存储无序的、不可重复的数据   -->高中讲的“集合”
               |----HashSet：作为Set接口的主要实现类；线程不安全的；可以存储null值
                    |----LinkedHashSet：作为HashSet的子类；遍历其内部数据时，可以按照添加的顺序遍历，对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet.
               |----TreeSet：可以按照添加对象的指定属性，进行排序。
   

HashSet使用哈希表实现的，元素是无序的。添加、删除操作时间复杂度都是O(1)。


TreeSet内部结构是一个树结构(红黑树)，元素是有序的，添加、删除操作时间复杂度为O(log(n))，并且提供了first(), last(), headSet(), tailSet()等方法来处理有序集合。


LinkedHashSet是介于HashSet 和 TreeSet之间，内部是一个双向链表结构，所以它的插入是有序的，时间复杂度是O(1)。

3. 存储的数据特点：
   用于存放无序的、不可重复的元素

以HashSet为例说明：

1. 无序性：不等于随机性。存储的数据在底层数组中并非照数组索引的顺序添加，而是根据数据的哈希值决定的。
2. 不可重复性：保证添加的元素照equals()判断时，不能返回true.即：相同的元素只能添加一个。

（二）Set接口常用方法

• Set接口中没额外定义新的方法，使用的都是Collection中声明过的方法。

（三）实现类之一：HashSet

概述：

• Hashset是Set接口的典型实现，大多数时候使用Set集合时都使用这个实现类。
• HashSet按Hash算法来存储集合中的元素，因此具有很好的存取、查找、删除性能。
• HashSet具有以下特点：

1. 不能保证元素的排列顺序
2. HashSet不是线程安全的
3. 集合元素可以是nul

• HashSet集合判断两个元素相等的标准：两个对象通过hashCode()方法比较相等，并且两个对象的equals()方法返回值也相等。
• 对于存放在Set容器中的对象，对应的类一定要重写equals()和hashCode(Object obj)方法，以实现对象相等规则。
  

元素添加过程：(难点)

我们向HashSet中添加元素a,首先调用元素a所在类的hashCode()方法，计算元素a的哈希值，此哈希值接着通过某种算法计算出在HashSet底层数组中的存放位置（即为：索引位置），判断数组此位置上是否已经有元素：

1. 如果此位置上没有其他元素，则元素a添加成功。 —>情况1
2. 如果此位置上有其他元素b(或以链表形式存在的多个元素），则比较元素a与元素b的hash值：

1. 如果hash值不相同，则元素a添加成功。—>情况2
2. 如果hash值相同，进而需要调用元素a所在类的equals()方法：
   equals()返回true,元素a添加失败
   equals()返回false,则元素a添加成功。—>情况3

对于添加成功的情况2和情况3而言：元素a 与已经存在指定索引位置上数据以链表的方式存储。

JDK 7.0 和JDK 8.0 元素添加的区别：

1. JDK 7.0 :元素a放到数组中，指向原来的元素。（头插法）
2. JDK 8.0 :原来的元素在数组中，指向元素a。（尾插法）

（四）实现类之一：LinkedHashSet

• LinkedhashSet是HashSet的子类，是一个哈希表和链表的结合，且是一个双向链表。
• LinkedhashSet根据元素的hashCode值来决定元素的存储位置但它同时使用双向链表 维护元素的次序，这使得元素看起来是以插入顺序保存的。
• LinkedhashSet插入性能略低于HashSet，但在迭代访问Set里的全部元素时有很好的性能。（对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet）
• LinkedhashSet不允许集合元素重复。

• LinkedHashSet作为HashSet的子类，在添加数据的同时，每个数据还维护了两个引用，记录此数据前一个数据和后一个数据。

（五）实现类之一：TreeSet

• 继承结构与接口实现
  

与HashSet集合相比，TreeSet还提供了几个额外方法：

Comparator comparator():如果TreeSet采用了定制顺序，则该方法返回定制排序所使用的Comparator，如果TreeSet采用自然排序，则返回null；
Object first():返回集合中的第一个元素；
Object last():返回集合中的最后一个元素；
Object lower(Object e)：返回指定元素之前的元素。
Object higher(Object e)：返回指定元素之后的元素。
SortedSet subSet（Object fromElement，Object toElement）：返回此Set的子集合，含头不含尾；
SortedSet headSet(Object toElement)：返回此Set的子集，由小于toElement的元素组成；
SortedSet tailSet(Object fromElement)：返回此Set的子集，由大于fromElement的元素组成;

说明：

	1.向TreeSet中添加的数据，要求是相同类的对象。
	2.两种排序方式：自然排序（实现Comparable接口） 和定制排序（Comparator）
		1)自然排序中，比较两个对象是否相同的标准为：compareTo()返回0，不再是equals()方法
		2)定制排序中，比较两个对象是否相同的标准为：compare()返回0，不再是equals()方法

1. 向TreeSet中添加的数据，要求是相同类的对象。
   
   执行结果：会抛出一个异常：java.lang.ClassCastException: java.lang.Integer cannot be cast to java.lang.String
   原因：向TreeSet中添加的数据，要求是相同类的对象

2. 两种排序方式
   
   执行结果：java.lang.ClassCastException，出现了类型转换异常
   原因：在于我们需要告诉TreeSet如何来进行比较元素，如果不指定，就会抛出这个异常

解决：

• 方法一：自然排序（实现Comparable接口）

指定比较的规则，在自定义类(Person)中实现Comparable接口，并重写接口中的compareTo方法

说明：

• 自然排序：TreeSet会调用集合元素的compareTo(object obj)方法来比较元素之间的大小关系，然后将集合元素按升序（默认情况）排列
• 如果试图把一个对象添加到Treeset时，则该对象的类必须实现Comparable接口。
• 实现Comparable的类必须实现compareTo(Object obj)方法，两个对象即通过compareTo(Object obj)方法的返回值来比较大小
• Comparable的典型实现:

1. BigDecimal、BigInteger以及所有的数值型对应的包装类：按它们对应的数值大小进行比较
2. Character：按字符的unic！ode值来进行比较
3. Boolean：true对应的包装类实例大于fase对应的包装类实例
4. String：按字符串中字符的unicode值进行比较
5. Date、Time：后边的时间、日期比前面的时间、日期大

• 向TreeSet中添加元素时，只有第一个元素无须比较compareTo()方法，后面添加的所有元素都会调用compareTo()方法进行比较。
• 因为只有相同类的两个实例才会比较大小，所以向 TreeSet中添加的应该是同一个类的对象。 对于TreeSet集合而言，它判断两个对象是否相等的唯一标准是：两个对象通过compareTo(Object obj)方法比较返回值。
• 当需要把一个对象放入TreeSet中，重写该对象对应的equals()方法时，应保证该方法与compareTo(Object obj)方法有一致的结果：如果两个对象通过equals()方法比较返回true，则通过compareTo(object ob)方法比较应返回0。否则，让人难以理解。

注意：

• TreeSet会调用集合元素的compareTo(Objec obj)方法来比较元素之间的大小关系，obj1.compareTo(obj2)如果返回0表示两个对象相等；如果返回正整数则表明obj1大于obj2,如果是负整数则相反。

代码实例：

public class User implements Comparable{
    private String name;
    private int age;
    //按照姓名从大到小排列,年龄从小到大排列
    @Override
    public int compareTo(Object o) {
        if(o instanceof User){
            User user = (User)o;
            int compare = -this.name.compareTo(user.name);
            if(compare != 0){
                return compare;
            }else{
                return Integer.compare(this.age,user.age);
            }
        }else{
            throw new RuntimeException("输入的类型不匹配");
        }
    }
    //其他代码省略
}
public class TreeSetTest {
    @Test
    public void test1(){
        TreeSet<User> set = new TreeSet<>();
        set.add(new User("Tom",12));
        set.add(new User("Jerry",32));
        set.add(new User("Jack",33));
        set.add(new User("Jack",56));
        System.out.println(set);
        //[User{name='Tom', age=12}, User{name='Jerry', age=32}, User{name='Jack', age=33}, User{name='Jack', age=56}]
    }
}

• 方法二：定制排序（Comparator）

说明：

• TreeSet的自然排序要求元素所属的类实现Comparable接口，如果元素所属的类没有实现 Comparable接口，或不希望按照升序（默认情况）的方式排列元素或希望按照其它属性大小进行排序，则考虑使用定制排序。定制排序，通过 Comparator接口来实现。需要重写 compare(T o1，T o2)方法。
• 利用int compare(T o1，T o2)方法，比较o1和o2的大小：如果方法返回正整数，则表示o1大于o2；如果返回0，表示相等；返回负整数，表示o1小于o2。
• 要实现定制排序，需要将实现Comparator接口的实例作为形参传递给TreeSet的构造器。
• 此时，仍然只能向Treeset中添加类型相同的对象。否则发生 ClassCastException异常
• 使用定制排序判断两个元素相等的标准是：通过 Comparator比较两个元素返回了0

代码实例：

@Test
public void test2(){
    //创建一个Comparator接口的对象
    Comparator com = new Comparator() {
        //按照年龄从小到大排列
        @Override
        public int compare(Object o1, Object o2) {
            if(o1 instanceof User && o2 instanceof User){
                User u1 = (User)o1;
                User u2 = (User)o2;
                return Integer.compare(u1.getAge(),u2.getAge());
            }else{
                throw new RuntimeException("输入的数据类型不匹配");
            }
        }
    };

    //如果构造方法中没有参数，则按照自然排序的方式进行排序
    //否则按照定制排序
    TreeSet set = new TreeSet(com);
    set.add(new User("Tom",12));
    set.add(new User("Jerry",33));
    set.add(new User("Jack",33));//该对象插入失败，因为存在年龄相同的对象
    set.add(new User("Jack",56));
    System.out.println(set);//[User{name='Tom', age=12}, User{name='Jerry', age=33}, User{name='Jack', age=56}]
}

五、Map接口

（一）概述

• Map与Collection并列存在。用于保存具有映射关系的数据:key-value
• Map中的key和value都可以是任何引用类型的数据
• Map中的key用set来存放，不允许重复，即同一个Map对象所对应的类，须重hashCode()和 equals()方法
• 常用 String类作为Map的“键”
• key和value之间存在单向一对一关系，即通过指定的key总能找到唯一的、确定的value
• Map接口的常用实现类:HashMap、TreeMap、LinkedHashMap和Properties。其中,HashMap是Map接口使用频率最高的实现类

• 常见类结构：
  

    |----Map:双列数据，存储key-value对的数据   ---类似于高中的函数：y = f(x)
         |----HashMap:作为Map的主要实现类；线程不安全的，效率高；存储null的key和value
              |----LinkedHashMap:保证在遍历map元素时，可以照添加的顺序实现遍历。
                        原因：在原的HashMap底层结构基础上，添加了一对指针，指向前一个和后一个元素。
                        对于频繁的遍历操作，此类执行效率高于HashMap。
         |----TreeMap:保证照添加的key-value对进行排序，实现排序遍历。此时考虑key的自然排序或定制排序
                          底层使用红黑树
         |----Hashtable:作为古老的实现类；线程安全的，效率低；不能存储null的key和value（注意t小写）
              |----Properties:常用来处理配置文件。key和value都是String类型
    
    
    HashMap的底层： 数组+链表  （JDK 7.0及之前)
                   数组+链表+红黑树 （JDK 8.0以后)
  

• 存储结构的理解

    Map中的key:无序的、不可重复的，使用Set存储所的key ---> key所在的类要重写equals()和hashCode() （以HashMap为例)
    Map中的value:无序的、可重复的，使用Collection存储所的value --->value所在的类要重写equals()
    一个键值对：key-value构成了一个Entry对象。
    Map中的entry:无序的、不可重复的，使用Set存储所的entry
  

（二）Map接口常用方法

添加、删除、修改、查询方法：

Object put(Object key,Object value)：将指定key-value添加到(或修改)当前map对象中
void putAll(Map m):将m中的所有key-value对存放到当前map中
Object remove(Object key)：移除指定key的key-value对，并返回value
void clear()：清空当前map中的所有数据
Object get(Object key)：获取指定key对应的value
boolean containsKey(Object key)：是否包含指定的key
boolean containsValue(Object value)：是否包含指定的value
int size()：返回map中key-value对的个数
boolean isEmpty()：判断当前map是否为空
boolean equals(Object obj)：判断当前map和参数对象obj是否相等

@Test
public void test1(){
    Map map = new HashMap();
    
    //1.Object put(Object key,Object value)：将指定key-value添加到(或修改)当前map对象中
    map.put("AA",11);
    map.put(45,34);
    map.put("BB",22);
    //如果有相同的key，则更新value
    map.put("AA",00);
    System.out.println(map);//{AA=0, BB=22, 45=34}

    //2.void putAll(Map m):将m中的所有key-value对存放到当前map中
    Map map1 = new HashMap();
    map1.put("CC",33);  map1.put("DD",44);
    map.putAll(map1);
    System.out.println(map);//{AA=0, BB=22, CC=33, DD=44, 45=34}

    //3.Object remove(Object key)：移除指定key的key-value对，并返回value；如果没有该key就返回null
    Object value = map.remove("CC");
    System.out.println(value);//33

    //4.Object get(Object key)：获取指定key对应的value
    Object obj = map.get("AA");
    System.out.println(obj);//0

    //5.boolean containsKey(Object key)：是否包含指定的key
    System.out.println(map.containsKey("AA"));//true
    System.out.println(map.containsKey("EE"));//flase

    //6.boolean containsValue(Object value)：是否包含指定的value
    System.out.println(map.containsValue(22));//true

    //7.void clear()：清空当前map中的所有数据
    map.clear();
    System.out.println(map.size());//0
    System.out.println(map);//{}

    //8.boolean isEmpty()：判断当前map是否为空
    System.out.println(map.isEmpty());//true
}

元视图操作的方法：（Map的遍历）

Set keySet()：返回所有key构成的Set集合
Collection values()：返回所有value构成的Collection集合
Set entrySet()：返回所有key-value对构成的Set集合

@Test
public void test2(){
    Map map = new HashMap();
    map.put("AA",11);
    map.put("BB",22);
    map.put("CC",33);
    
    //方法一：Set keySet()：返回所有key构成的Set集合
    Set set = map.keySet();
    Iterator iterator = set.iterator();
    while(iterator.hasNext()){
        Object obj = iterator.next();
        System.out.println(obj+"="+map.get(obj));//通过key来找到value
    }

    //方法二：Collection values()：返回所有value构成的Collection集合，遍历value
    Collection values = map.values();
    for(Object obj : values){
        System.out.println(obj);
    }

    //方法三：Set entrySet()：返回所有key-value对构成的Set集合，集合中的每个元素是Entry类型
    Set entrySet = map.entrySet();
    Iterator iterators = entrySet.iterator();
    while(iterators.hasNext()){
        Object obj = iterators.next();
        Map.Entry entry = (Map.Entry)obj;
        System.out.println(entry.getKey()+"="+entry.getValue());
    }
	
	//方法四：加强for循环
	for(Map.Entry<String,Object> entry : map.entrySet()){
	        String mapKey = entry.getKey();
	        Object mapValue = entry.getValue();
	        System.out.println(mapKey+":"+mapValue);
	    }
	}

（三）实现类之一：HashMap

元素添加过程简要说明：

HashMap的底层实现原理？以jdk7为例说明：

    1.HashMap map = new HashMap():
    2.在实例化以后，底层创建了长度是16的一维数组Entry[] table。

    3.map.put(key1,value1):（可能已经执行过多次put）
    4.首先，调用key1所在类的hashCode()计算key1哈希值，此哈希值经过某种算法计算以后，得到在Entry数组中的存放位置。

1)如果此位置上的数据为空，此时的key1-value1添加成功。 ----情况1
2)如果此位置上的数据不为空，(意味着此位置上存在一个或多个数据(以链表形式存在)),比较key1和已经存在的一个或多个数据的哈希值：

①如果key1的哈希值与已经存在的数据的哈希值都不相同，此时key1-value1添加成功。----情况2
②如果key1的哈希值和已经存在的某一个数据(key2-value2)的哈希值相同，继续比较：调用key1所在类的equals(key2)方法，比较：

如果equals()返回false:此时key1-value1添加成功。----情况3
如果equals()返回true:使用value1替换value2。

补充：关于情况2和情况3：此时key1-value1和原来的数据以链表的方式存储。

HashMap的扩容:（jdk7）

    在不断的添加过程中，会涉及到扩容问题，当超出临界值(且要存放的位置非空)时，扩容。默认的扩容方式：扩容为原来容量的2倍，并将原有的数据复制过来。
    当HashMap中的元素越来越多的时候，hash冲突的几率也就越来越高，因为数组的长度是固定的。所以为了提高查询的效率，就要对 HashMap的数组进行扩容，而在HashMap数组扩容之后，原数组中的数据必须重新计算其在新数组中的位置，并放进去，这就是 resize。

HashMap扩容时机:（jdk7）

    当HashMap中的元素个数超过数组大小（数组总大小 length，不是数组中个数）* loadFactor时，就会进行数组扩容，loadFactor的默认值(DEFAULT_LOAD_ FACTOR)为0.75，这是一个折中的取值。也就是说，默认情况下，数组大小(DEFAULT INITIAL CAPACITY)为16，那么当 HashMap中元素个数超过16 * 0.75=12（这个值就是代码中的 threshold值，也叫做临界值）的时候，就把数组的大小扩展为2 * 16=32，即扩大一倍，然后重新计算每个元素在数组中的位置，而这是一个非常消耗性能的操作，所以如果我们已经预知 HashMap中元素的个数，那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能。

---

HashMap在JDK 8.0底层实现原理：

HashMap添加元素的过程：（jdk8）

    当实例化一个HashMap时，会初始化 initialCapacity和loadFactor，在put第一对映射关系时，系统会创建一个长度为 initialCapacity的Node数组，这个长度在哈希表中被称为容量（Capacity），在这个数组中可以存放元素的位置我们称之为“桶”（ bucket），每个bucket都有自己的索引，系统可以根据索引快速的查找bucket中的元素。
    每个 bucket中存储一个元素，即一个Node对象，但每一个Noe对象可以带个引用变量next，用于指向下一个元素，因此，在一个桶中，就有可能生成一个Node链。也可能是一个一个 TreeNode对象，每一个Tree node对象可以有两个叶子结点left和right，因此，在一个桶中，就有可能生成一个TreeNode树。而新添加的元素作为链表的last，或树的叶子结点。

HashMap的扩容机制:（jdk8）

    当HashMapl中的其中一个链的对象个数没有达到8个和JDK 7.0以前的扩容方式一样。
当HashMapl中的其中一个链的对象个数如果达到了8个，此时如果 capacity没有达到64，那么HashMap会先扩容解决，如果已经达到了64，那么这个链会变成树，结点类型由Node变成 Tree Node类型。当然，如果当映射关系被移除后，下次resize方法时判断树的结点个数低于6个，也会把树再转为链表。

jdk8 相较于jdk7在底层实现方面的不同：

    1.new HashMap():底层没有创建一个长度为16的数组
    2. jdk 8底层的数组是：Node[],而非Entry[]

    3. 首次调用put()方法时，底层创建长度为16的数组
    4. jdk7底层结构只有：数组+链表。jdk8中底层结构：数组+链表+红黑树。

    1)形成链表时，七上八下（jdk7:新的元素指向旧的元素。jdk8：旧的元素指向新的元素）
    2)当数组的某一个索引位置上的元素以链表形式存在的数据个数 > 8 且当前数组的长度 64时，此时此索引位置上的所数据改为使用红黑树存储。（方便查找）

---

HashMap底层典型属性的说明：

    DEFAULT_INITIAL_CAPACITY : HashMap的默认容量，16
    DEFAULT_LOAD_FACTOR：HashMap的默认加载因子：0.75
    threshold：扩容的临界值，= 容量*填充因子：16 * 0.75 => 12
    TREEIFY_THRESHOLD：Bucket中链表长度大于该默认值，转化为红黑树:JDK 8.0引入
    MIN_TREEIFY_CAPACITY：桶中的Node被树化时最小的hash表容量:64

（四）实现类之一：LinkedHashMap

LinkedHashMap底层使用的结构与HashMap相同，因为LinkedHashMap继承于HashMap.
区别就在于：LinkedHashMap内部提供了Entry，替换HashMap中的Node.
与LinkedhashSet类似，LinkedHashMap可以维护Map的迭代顺序：迭代顺序与Key-value对的插入顺序一致

（五）实现类之一：TreeMap

    1.TreeMap存储Key-Value对时，需要根据key-value对进行排序。TreeMap可以保证所有的 Key-Value对处于有序状态。
    2.TreeSet底层使用红黑树结构存储数据
    3.TreeMap的Key的排序:

1. 自然排序： TreeMap的所有的Key必须实现Comparable接口，而且所有的Key应该是同一个类的对象，否则将会抛出ClasssCastEXception()
2. 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。此时不需要Map的Key实现Comparable接口
   TreeMap判断两个key相等的标准：两个key通过 compareTo()方法或者compare()方法返回0.

代码示例：

class User implements Comparable{
    String name;
    int age;

    public User() {
    }

    public User(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }

    //按照姓名从大到小排列,年龄从小到大排列
    @Override
    public int compareTo(Object o) {
        if(o instanceof User){
            User user = (User)o;
            int compare = -this.name.compareTo(user.name);
            if(compare == 0){
//                return this.age-user.age;
                return Integer.compare(this.age,user.age);
            }else{
                return compare;
            }
        }
        throw new RuntimeException("输入的类型不匹配");
    }

}
public class TreeMapTest {
    //方式二：自然排序
    @Test
    public void test1() {
        TreeMap map = new TreeMap();
        User u1 = new User("Tom",23);
        User u2 = new User("Jerry",32);
        User u3 = new User("Tom",20);
        User u4 = new User("Rose",18);
        map.put(u1,98);
        map.put(u2,89);
        map.put(u3,76);
        map.put(u4,100);
        System.out.println(map);
    }
    //方式一：定制排序
    @Test
    public void test2(){
        Comparator com = new Comparator(){
            //按照年龄升序排序
            @Override
            public int compare(Object o1, Object o2) {
                if(o1 instanceof User && o2 instanceof User){
                    User user1 = (User)o1;
                    User user2 = (User)o2;
                    return Integer.compare(user1.age,user2.age);
                }
                throw new RuntimeException("输入类型不匹配");
            }
        };
        TreeMap map = new TreeMap(com);
        User u1 = new User("Tom",23);
        User u2 = new User("Jerry",32);
        User u3 = new User("Tom",20);
        User u4 = new User("Rose",18);
        map.put(u1,98);
        map.put(u2,89);
        map.put(u3,76);
        map.put(u4,100);
        System.out.println(map);
    }
}

（六）使用Properties读取配置文件

Hashtable的介绍：

Hashtable是个古老的Map实现类，JDK1.0就提供了。不同于 HashMap，Hashtable是线程安全的.
Hashtable实现原理和HashMap相同，功能相同。底层都使用哈希表结构，查询速度快，很多情况下可以互用
与HashMap.不同，Hashtable不允许使用null作为key和value.
与HashMap一样，Hashtable也不能保证其中Key-value对的顺序.
Hashtable判断两个key相等、两个value相等的标准，与HashMap-致.

Properties类是Hashtable的子类，该对象用于处理属性文件

由于属性文件里的key、value都是字符串类型，所以Properties里的key和value都是字符串类型
存取数据时，建议使用setProperty(String key,String value)方法和getProperty(String key)方法

代码实例：

public class PropertiesTest {
    public static void main(String[] args) {
        FileInputStream fis = null;
        try {
            Properties pros = new Properties();
            fis = new FileInputStream("jdbc.properties");
            pros.load(fis);//加载流对应的文件
            String name = pros.getProperty("name");
            String password = pros.getProperty("password");

            System.out.println("name = " + name + ", password = " + password);//name = Tom, password = 123
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if(fis != null){
                try {
                    fis.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

出现中文乱码的解决办法：

使用Classloader加载src目录下的配置文件

//Properties：用来读取配置文件
@Test
public void test2() throws Exception {
    Properties pro = new Properties();
    //读取配置文件方式一：此时的文件默认在当前的module下
//        FileInputStream fis1 = new FileInputStream(new File("jdbc1.properties"));
//        pro.load(fis1);

    //读取配置文件方式二：使用ClassLoader
    //配置文件默认识别为：当前module的src下
    ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();//获取系统类加载器
    InputStream fis2 = classLoader.getResourceAsStream("jdbc1.properties");
    pro.load(fis2);
    String user = pro.getProperty("user");
    String password = pro.getProperty("password");
    System.out.println("user="+user+",password="+password);
}

六、Collections工具类的使用

1. 作用：

Collections是一个操作Set、List和Map等集合的工具类
Collections中提供了一系列静态的方法对集合元素进行排序、査询和修改等操作，还提供了对集合对象设置不可变、对集合对象实现同步控制等方法

2. 常用方法：
   排序操作:

    reverse(List)：反转 List 中元素的顺序
    shuffle(List)：对 List 集合元素进行随机排序
    sort(List)：根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素按升序排序
    sort(List，Comparator)：根据指定的 Comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序
    swap(List，int， int)：将指定 list 集合中的 i 处元素和 j 处元素进行交换
   

   查找、替换操作:

    Object max(Collection)：根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最大元素
    Object max(Collection，Comparator)：根据 Comparator 指定的顺序，返回给定集合中的最大元素
    Object min(Collection)
    Object min(Collection，Comparator)
    int frequency(Collection，Object)：返回指定集合中指定元素的出现次数
    void copy(List dest,List src)：将src中的内容复制到dest中
    boolean replaceAll(List list，Object oldVal，Object newVal)：使用新值替换 List 对象的所有旧值
   

   代码实例：

@Test
public void test1(){
    List list = new ArrayList();
    list.add(123);
    list.add(43);
    list.add(43);
    list.add(-97);
    list.add(0);
    System.out.println(list);//[123, 43, 43, -97, 0]
    //1.reverse(List)：反转 List 中元素的顺序
    Collections.reverse(list);
    System.out.println(list);//[0, -97, 43, 43, 123]

    //2.shuffle(List)：对 List 集合元素进行随机排序
    Collections.shuffle(list);
    System.out.println(list);//[123, -97, 43, 0, 43]

    //3.sort(List)：根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素按升序排序
    Collections.sort(list);
    System.out.println(list);//[-97, 0, 43, 43, 123]

    //4.swap(List，int， int)：将指定 list 集合中的 i 处元素和 j 处元素进行交换
    Collections.swap(list,0,1);
    System.out.println(list);//[0, -97, 43, 43, 123]

    //5.int frequency(Collection，Object)：返回指定集合中指定元素的出现次数
    int frequency = Collections.frequency(list, 43);
    System.out.println(frequency);//2

    //6.void copy(List dest,List src)：将src中的内容复制到dest中
    /*
    //报异常java.lang.IndexOutOfBoundsException: Source does not fit in dest
    List dest = new ArrayList();
    Collections.copy(dest,list);
     */
    //正确做法：
    List dest = Arrays.asList(new Object[list.size()]);
    Collections.copy(dest,list);
    System.out.println(dest);//[0, -97, 43, 43, 123]

    //7.boolean replaceAll(List list，Object oldVal，Object newVal)：使用新值替换 List 对象的所有旧值
}

3. 同步控制
   Collections 类中提供了多个 synchronizedXxx() 方法，该方法可使将指定集合包装成线程同步的集合，从而可以解决多线程并发访问集合时的线程安全问题
   
   代码实例：

@Test
public void test3(){
    List list = new ArrayList();
    list.add(123);
    list.add(43);
    list.add(43);
    list.add(-97);
    list.add(0);
    //返回的list1即为线程安全的List
    List list1 = Collections.synchronizedList(list);
}

七、面试题

1. 请问 ArrayList/LinkedList/Vector的异同？谈谈你的理解？ArrayList底层是什么？扩容机制？ Vector和 ArrayList的最大区别？

ArrayList和 Linkedlist的异同：
二者都线程不安全，相比线程安全的 Vector，ArrayList执行效率高。 此外，ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构，Linkedlist基于链表的数据结构。对于随机访问get和set，ArrayList觉得优于Linkedlist，因为Linkedlist要移动指针。对于新增和删除操作add（特指插入）和 remove，Linkedlist比较占优势，因为 ArrayList要移动数据。
ArrayList和 Vector的区别：
Vector和ArrayList几乎是完全相同的，唯一的区别在于Vector是同步类(synchronized)，属于强同步类。因此开销就比 ArrayList要大，访问要慢。正常情况下，大多数的Java程序员使用ArrayList而不是Vector，因为同步完全可以由程序员自己来控制。Vector每次扩容请求其大小的2倍空间，而ArrayList是1.5倍。Vector还有一个子类Stack.

2. 区分List中remove(int index)和remove(Object obj)

@Test
public void testListRemove() {
    //区分List中remove(int index)和remove(Object obj)
    List list = new ArrayList();
    list.add(1);
    list.add(2);
    list.add(3);
    list.remove(2);//移除index为2的对象
    System.out.println(list);//[1, 2]
    list.remove(new Integer(2));//移除值为2的对象
    System.out.println(list);//[1]
}

3. 集合Collection中存储的如果是自定义类的对象，需要自定义类重写哪个方法？

    List：equals()方法，add()方法不需要调用equals()，主要用于contains()/remove()/retainsAll()...等方法。
    Set：	（HashSet、LinkedHashSet）：equals()、hashCode()
    		（TreeSet）：comparable:compareTo(Object obj)
    				   ：comparator:compare(Object o1,Object o2)
   

4. 关于hashSet()存储相关的代码分析

@Test
public void test2(){
    HashSet set = new HashSet();
    Person p1 = new Person(1001,"AA");
    set.add(p1);
    p1.name = "CC";
    set.remove(p1);//此时p1的hashCode()已经变了，移除失败
    System.out.println(set);//[Person{id=1001, name='CC'}]
    set.add(new Person(1001,"CC"));//新对象和p1的hashCode()不同，添加成功（但它们equals相同）
    System.out.println(set);//[Person{id=1001, name='CC'}, Person{id=1001, name='CC'}]
    set.add(new Person(1001,"AA"));//新对象和p1的hashCode()相同，但equals不同，添加成功
    System.out.println(set);//[Person{id=1001, name='CC'}, Person{id=1001, name='CC'}, Person{id=1001, name='AA'}]
}

5. 载因子值的大小，对HashMap的影响？

    负载因子的大小决定了HashMap的数据密度。
    负载因子越大密度越大，发生碰撞的几率越高，数组中的链表越容易长，造成査询或插入时的比较次数增多，性能会下降
    负载因子越小，就越容易触发扩容，数据密度也越小，意味着发生碰撞的几率越小，数组中的链表也就越短，查询和插入时比较的次数也越小，性能会更高。但是会浪费一定的内容空间。而且经常扩容也会影响性能，建议初始化预设大一点的空间
    按照其他语言的参考及研究经验，会考虑将负载因子设置为0.7~0.75，此时平均检索长度接近于常数。

好的博客：
Java集合类(四)—TreeSet
关于红黑树(R-B tree)原理