一. 概述
java集合是java提供的工具包，包含了常用的数据结构，如集合，链表，队列，栈，数组，映射等。
java集合工具包的位置是java.util.*
下面是java集合框架图：
Java集合框架.gif
说明
- 点线框表示接口
- 虚线框表示抽象类
- 实线框代表普通（实际）类。
- 点线箭头表示一个特定的类准备实现一个接口。
- 双线箭头表示一个类可生成箭头指向的那个类的对象。例如，任何集合都可以生成一个迭代器（ Iterator），而一个列表可以生成一个ListIterator（以及原始的迭代器，因为列表是从集合继承的）。
由于集合库提供了足够多的功能，我们不必要通过继承抽象类来实现自己的集合，所以我们忽略框架图中的抽象类，只需要关注最顶端的接口和实际类即可。
由此我们可以将java集合划分为四个部分：
- Collection
Collection是一个接口，是高度抽象出来的集合，它包含了集合的基本操作和属性。
Collection包含了List,Set和Queue。
(1)List
List是一个有序的队列，每一个元素都有它的索引。第一个元素的索引值是0。
List的实现类有LinkedList, ArrayList, Vector, Stack。
(2)Set
Set是一个不允许有重复元素的集合。
Set的实现类有HastSet和TreeSet。HashSet依赖于HashMap，它实际上是通过HashMap实现的；TreeSet依赖于TreeMap，它实际上是通过TreeMap实现的。
(3)Queue
Queue(队列)一种特殊的线性表，它只允许在表的前端进行删除操作，而在表的后端进行插入操作。
- Map
Map是一个映射接口，即key-value键值对。Map中的每一个元素包含“一个key”和“key对应的value”。 - 工具类
(1)Iterator
遍历集合的工具
(2)Enumeration
(3)Arrays
(4)Collections
有了上面的整体框架之后，我们接下来对每个类分别进行分析。
二. Collection
Collection接口是处理对象集合的根接口，其中定义了很多对元素进行操作的方法，下图展示了Collection的全部方法：
Collection.png
部分方法说明
- boolean isEmpty() 若集合内没有元素，就返回“真”
- int size() 返回集合内的元素数量
- boolean contains(Object) 若集合包含自变量，就返回“真”
- Iterator iterator() 返回一个迭代器，以用它遍历集合的各元素
- Object[] toArray() 返回包含了集合内所有元素的一个数组
2.1 List
顺序是 List 最重要的特性；它可保证元素按照规定的顺序排列。
List 为 Collection 添加了大量方法，以便我们在 List 中部插入和删除元素（只推荐对 LinkedList 这样做）。
List 也会生成一个ListIterator（列表反复器），利用它可在一个列表里朝两个方向遍历，同时插入和删除位于列表中部的元素（同样地，只建议对 LinkedList 这样做）。
下面介绍List接口的两个重要的具体实现类，也是我们可能最常用的类，ArrayList和LinkedList。
ArrayList
- ArrayList 实际上是通过一个数组去保存数据的。当我们构造ArrayList时；若使用默认构造函数，则ArrayList的默认容量大小是10。
- 当ArrayList容量不足以容纳全部元素时，ArrayList会重新设置容量：新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”。
- 和Vector不同，ArrayList中的操作不是线程安全的！所以，建议在单线程中才使用ArrayList，而在多线程中可以选择Vector
- ArrayList构造函数
// 默认构造函数
ArrayList()
// capacity是ArrayList的默认容量大小。当由于增加数据导致容量不足时，容量会添加上一次容量大小的一半。
ArrayList(int capacity)
// 创建一个包含collection的ArrayList
ArrayList(Collection collection)
- ArrayList API
// Collection中定义的API
boolean add(E object)
boolean addAll(Collection collection)
void clear()
boolean contains(Object object)
boolean containsAll(Collection collection)
boolean equals(Object object)
int hashCode()
boolean isEmpty()
Iterator iterator()
boolean remove(Object object)
boolean removeAll(Collection collection)
boolean retainAll(Collection collection)
int size()
T[] toArray(T[] array)
Object[] toArray()
// AbstractCollection中定义的API
void add(int location, E object)
boolean addAll(int location, Collection collection)
E get(int location)
int indexOf(Object object)
int lastIndexOf(Object object)
ListIterator listIterator(int location)
ListIterator listIterator()
E remove(int location)
E set(int location, E object)
List subList(int start, int end)
// ArrayList新增的API
Object clone()
void ensureCapacity(int minimumCapacity)
void trimToSize()
void removeRange(int fromIndex, int toIndex)
- ArrayList遍历方式
ArrayList支持3种遍历方式
- 第一种，通过迭代器遍历。即通过Iterator去遍历。
Integer value = null;
Iterator iter = list.iterator();
while (iter.hasNext()) {
value = (Integer)iter.next();
}
- 第二种，随机访问，通过索引值去遍历。
由于ArrayList实现了RandomAccess接口，它支持通过索引值去随机访问元素。
Integer value = null;
int size = list.size();
for (int i=0; i- 第三种，for循环遍历。如下：
Integer value = null;
for (Integer integ:list) {
value = integ;
}
PS: 遍历ArrayList时，使用随机访问(即，通过索引序号访问)效率最高，而使用迭代器的效率最低！
- 示例
import java.util.*;
/*
* @desc ArrayList常用API的测试程序
* @author skywang
* @email [email protected]
*/
public class ArrayListTest {
public static void main(String[] args) {
// 创建ArrayList
ArrayList list = new ArrayList();
// 将“”
list.add("1");
list.add("2");
list.add("3");
list.add("4");
// 将下面的元素添加到第1个位置
list.add(0, "5");
// 获取第1个元素
System.out.println("the first element is: "+ list.get(0));
// 删除“3”
list.remove("3");
// 获取ArrayList的大小
System.out.println("Arraylist size=: "+ list.size());
// 判断list中是否包含"3"
System.out.println("ArrayList contains 3 is: "+ list.contains(3));
// 设置第2个元素为10
list.set(1, "10");
// 通过Iterator遍历ArrayList
for(Iterator iter = list.iterator(); iter.hasNext(); ) {
System.out.println("next is: "+ iter.next());
}
// 将ArrayList转换为数组
String[] arr = (String[])list.toArray(new String[0]);
for (String str:arr)
System.out.println("str: "+ str);
// 清空ArrayList
list.clear();
// 判断ArrayList是否为空
System.out.println("ArrayList is empty: "+ list.isEmpty());
}
}
运行结果
the first element is: 5
Arraylist size=: 4
ArrayList contains 3 is: false
next is: 5
next is: 10
next is: 2
next is: 4
str: 5
str: 10
str: 2
str: 4
ArrayList is empty: true
LinkedList
- LinkedList实际上是通过双向链表去实现的。它的顺序访问会非常高效，而随机访问效率比较低。
- 它包含一个非常重要的内部类：Entry。Entry是双向链表节点所对应的数据结构，它包括的属性有：当前节点所包含的值，上一个节点，下一个节点。
- LinkedList API
LinkedList的API
boolean add(E object)
void add(int location, E object)
boolean addAll(Collection collection)
boolean addAll(int location, Collection collection)
void addFirst(E object)
void addLast(E object)
void clear()
Object clone()
boolean contains(Object object)
Iterator descendingIterator()
E element()
E get(int location)
E getFirst()
E getLast()
int indexOf(Object object)
int lastIndexOf(Object object)
ListIterator listIterator(int location)
boolean offer(E o)
boolean offerFirst(E e)
boolean offerLast(E e)
E peek()
E peekFirst()
E peekLast()
E poll()
E pollFirst()
E pollLast()
E pop()
void push(E e)
E remove()
E remove(int location)
boolean remove(Object object)
E removeFirst()
boolean removeFirstOccurrence(Object o)
E removeLast()
boolean removeLastOccurrence(Object o)
E set(int location, E object)
int size()
T[] toArray(T[] contents)
Object[] toArray()
- LinkedList遍历方式
- 通过迭代器遍历。即通过Iterator去遍历。
for(Iterator iter = list.iterator(); iter.hasNext();)
iter.next();
- 通过另外一种for循环来遍历LinkedList
for (Integer integ:list)
;
PS1: 使用for循环的效率较使用迭代器高
PS2: 无论如何，千万不要通过随机访问去遍历LinkedList！
- 示例
import java.util.List;
import java.util.Iterator;
import java.util.LinkedList;
import java.util.NoSuchElementException;
public class LinkedListTest {
public static void main(String[] args) {
// 测试LinkedList的API
testLinkedListAPIs() ;
// 将LinkedList当作 LIFO(后进先出)的堆栈
useLinkedListAsLIFO();
// 将LinkedList当作 FIFO(先进先出)的队列
useLinkedListAsFIFO();
}
/*
* 测试LinkedList中部分API
*/
private static void testLinkedListAPIs() {
String val = null;
// 新建一个LinkedList
LinkedList llist = new LinkedList();
//---- 添加操作 ----
// 依次添加1,2,3
llist.add("1");
llist.add("2");
llist.add("3");
// 将“4”添加到第一个位置
llist.add(1, "4");
System.out.println("\nTest \"addFirst(), removeFirst(), getFirst()\"");
// (01) 将“10”添加到第一个位置。 失败的话，抛出异常！
llist.addFirst("10");
System.out.println("llist:"+llist);
// (02) 将第一个元素删除。 失败的话，抛出异常！
System.out.println("llist.removeFirst():"+llist.removeFirst());
System.out.println("llist:"+llist);
// (03) 获取第一个元素。 失败的话，抛出异常！
System.out.println("llist.getFirst():"+llist.getFirst());
System.out.println("\nTest \"offerFirst(), pollFirst(), peekFirst()\"");
// (01) 将“10”添加到第一个位置。 返回true。
llist.offerFirst("10");
System.out.println("llist:"+llist);
// (02) 将第一个元素删除。 失败的话，返回null。
System.out.println("llist.pollFirst():"+llist.pollFirst());
System.out.println("llist:"+llist);
// (03) 获取第一个元素。 失败的话，返回null。
System.out.println("llist.peekFirst():"+llist.peekFirst());
System.out.println("\nTest \"addLast(), removeLast(), getLast()\"");
// (01) 将“20”添加到最后一个位置。 失败的话，抛出异常！
llist.addLast("20");
System.out.println("llist:"+llist);
// (02) 将最后一个元素删除。 失败的话，抛出异常！
System.out.println("llist.removeLast():"+llist.removeLast());
System.out.println("llist:"+llist);
// (03) 获取最后一个元素。 失败的话，抛出异常！
System.out.println("llist.getLast():"+llist.getLast());
System.out.println("\nTest \"offerLast(), pollLast(), peekLast()\"");
// (01) 将“20”添加到第一个位置。 返回true。
llist.offerLast("20");
System.out.println("llist:"+llist);
// (02) 将第一个元素删除。 失败的话，返回null。
System.out.println("llist.pollLast():"+llist.pollLast());
System.out.println("llist:"+llist);
// (03) 获取第一个元素。 失败的话，返回null。
System.out.println("llist.peekLast():"+llist.peekLast());
// 将第3个元素设置300。不建议在LinkedList中使用此操作，因为效率低！
llist.set(2, "300");
// 获取第3个元素。不建议在LinkedList中使用此操作，因为效率低！
System.out.println("\nget(3):"+llist.get(2));
// ---- toArray(T[] a) ----
// 将LinkedList转行为数组
String[] arr = (String[])llist.toArray(new String[0]);
for (String str:arr)
System.out.println("str:"+str);
// 输出大小
System.out.println("size:"+llist.size());
// 清空LinkedList
llist.clear();
// 判断LinkedList是否为空
System.out.println("isEmpty():"+llist.isEmpty()+"\n");
}
/**
* 将LinkedList当作 LIFO(后进先出)的堆栈
*/
private static void useLinkedListAsLIFO() {
System.out.println("\nuseLinkedListAsLIFO");
// 新建一个LinkedList
LinkedList stack = new LinkedList();
// 将1,2,3,4添加到堆栈中
stack.push("1");
stack.push("2");
stack.push("3");
stack.push("4");
// 打印“栈”
System.out.println("stack:"+stack);
// 删除“栈顶元素”
System.out.println("stack.pop():"+stack.pop());
// 取出“栈顶元素”
System.out.println("stack.peek():"+stack.peek());
// 打印“栈”
System.out.println("stack:"+stack);
}
/**
* 将LinkedList当作 FIFO(先进先出)的队列
*/
private static void useLinkedListAsFIFO() {
System.out.println("\nuseLinkedListAsFIFO");
// 新建一个LinkedList
LinkedList queue = new LinkedList();
// 将10,20,30,40添加到队列。每次都是插入到末尾
queue.add("10");
queue.add("20");
queue.add("30");
queue.add("40");
// 打印“队列”
System.out.println("queue:"+queue);
// 删除(队列的第一个元素)
System.out.println("queue.remove():"+queue.remove());
// 读取(队列的第一个元素)
System.out.println("queue.element():"+queue.element());
// 打印“队列”
System.out.println("queue:"+queue);
}
}
运行结果
Test "addFirst(), removeFirst(), getFirst()"
llist:[10, 1, 4, 2, 3]
llist.removeFirst():10
llist:[1, 4, 2, 3]
llist.getFirst():1
Test "offerFirst(), pollFirst(), peekFirst()"
llist:[10, 1, 4, 2, 3]
llist.pollFirst():10
llist:[1, 4, 2, 3]
llist.peekFirst():1
Test "addLast(), removeLast(), getLast()"
llist:[1, 4, 2, 3, 20]
llist.removeLast():20
llist:[1, 4, 2, 3]
llist.getLast():3
Test "offerLast(), pollLast(), peekLast()"
llist:[1, 4, 2, 3, 20]
llist.pollLast():20
llist:[1, 4, 2, 3]
llist.peekLast():3
get(3):300
str:1
str:4
str:300
str:3
size:4
isEmpty():true
useLinkedListAsLIFO
stack:[4, 3, 2, 1]
stack.pop():4
stack.peek():3
stack:[3, 2, 1]
useLinkedListAsFIFO
queue:[10, 20, 30, 40]
queue.remove():10
queue.element():20
queue:[20, 30, 40]
实际使用中我们需要根据特定的需求选用合适的类，如果除了在末尾外不能在其他位置插入或者删除元素，那么ArrayList效率更高，如果需要经常插入或者删除元素，就选择LinkedList。
2.2 Set
- Set 是继承于Collection的接口。它是一个不允许有重复元素的集合。
- HastSet 和 TreeSet 是Set的两个实现类。
- HashSet依赖于HashMap，它实际上是通过HashMap实现的。HashSet中的元素是无序的。
- TreeSet依赖于TreeMap，它实际上是通过TreeMap实现的。TreeSet中的元素是有序的。
HashSet
HashSet 是一个没有重复元素的集合。
- HashSet API
boolean add(E object)
void clear()
Object clone()
boolean contains(Object object)
boolean isEmpty()
Iterator iterator()
boolean remove(Object object)
int size()
- HashSet遍历方式
- 通过Iterator遍历HashSet(推荐)
for(Iterator iterator = set.iterator();iterator.hasNext(); ) {
iterator.next();
}
- 通过for-each遍历HashSet
String[] arr = (String[])set.toArray(new String[0]);
for (String str:arr)
System.out.printf("for each : %s\n", str);
HashSet遍历测试程序如下：
import java.util.Random;
import java.util.Iterator;
import java.util.HashSet;
/*
* @desc 介绍HashSet遍历方法
*/
public class HashSetIteratorTest {
public static void main(String[] args) {
// 新建HashSet
HashSet set = new HashSet();
// 添加元素 到HashSet中
for (int i=0; i<5; i++)
set.add(""+i);
// 通过Iterator遍历HashSet
iteratorHashSet(set) ;
// 通过for-each遍历HashSet
foreachHashSet(set);
}
/*
* 通过Iterator遍历HashSet。推荐方式
*/
private static void iteratorHashSet(HashSet set) {
for(Iterator iterator = set.iterator();
iterator.hasNext(); ) {
System.out.printf("iterator : %s\n", iterator.next());
}
}
/*
* 通过for-each遍历HashSet。不推荐！此方法需要先将Set转换为数组
*/
private static void foreachHashSet(HashSet set) {
String[] arr = (String[])set.toArray(new String[0]);
for (String str:arr)
System.out.printf("for each : %s\n", str);
}
}
运行结果：
iterator : 3
iterator : 2
iterator : 1
iterator : 0
iterator : 4
for each : 3
for each : 2
for each : 1
for each : 0
for each : 4
- 示例
import java.util.Iterator;
import java.util.HashSet;
/*
* @desc HashSet常用API的使用。
*/
public class HashSetTest {
public static void main(String[] args) {
// HashSet常用API
testHashSetAPIs() ;
}
/*
* HashSet除了iterator()和add()之外的其它常用API
*/
private static void testHashSetAPIs() {
// 新建HashSet
HashSet set = new HashSet();
// 将元素添加到Set中
set.add("a");
set.add("b");
set.add("c");
set.add("d");
set.add("e");
// 打印HashSet的实际大小
System.out.printf("size : %d\n", set.size());
// 判断HashSet是否包含某个值
System.out.printf("HashSet contains a :%s\n", set.contains("a"));
System.out.printf("HashSet contains g :%s\n", set.contains("g"));
// 删除HashSet中的“e”
set.remove("e");
// 将Set转换为数组
String[] arr = (String[])set.toArray(new String[0]);
for (String str:arr)
System.out.printf("for each : %s\n", str);
// 新建一个包含b、c、f的HashSet
HashSet otherset = new HashSet();
otherset.add("b");
otherset.add("c");
otherset.add("f");
// 克隆一个removeset，内容和set一模一样
HashSet removeset = (HashSet)set.clone();
// 删除“removeset中，属于otherSet的元素”
removeset.removeAll(otherset);
// 打印removeset
System.out.printf("removeset : %s\n", removeset);
// 克隆一个retainset，内容和set一模一样
HashSet retainset = (HashSet)set.clone();
// 保留“retainset中，属于otherSet的元素”
retainset.retainAll(otherset);
// 打印retainset
System.out.printf("retainset : %s\n", retainset);
// 遍历HashSet
for(Iterator iterator = set.iterator();
iterator.hasNext(); )
System.out.printf("iterator : %s\n", iterator.next());
// 清空HashSet
set.clear();
// 输出HashSet是否为空
System.out.printf("%s\n", set.isEmpty()?"set is empty":"set is not empty");
}
}
运行结果：
size : 5
HashSet contains a :true
HashSet contains g :false
for each : d
for each : b
for each : c
for each : a
removeset : [d, a]
retainset : [b, c]
iterator : d
iterator : b
iterator : c
iterator : a
set is empty
TreeSet
- TreeSet 是一个有序的集合，它的作用是提供有序的Set集合。
- TreeSet是非线程安全的。
- TreeSet API
boolean add(E object)
boolean addAll(Collection collection)
void clear()
Object clone()
boolean contains(Object object)
E first()
boolean isEmpty()
E last()
E pollFirst()
E pollLast()
E lower(E e)
E floor(E e)
E ceiling(E e)
E higher(E e)
boolean remove(Object object)
int size()
Comparator comparator()
Iterator iterator()
Iterator descendingIterator()
SortedSet headSet(E end)
NavigableSet descendingSet()
NavigableSet headSet(E end, boolean endInclusive)
SortedSet subSet(E start, E end)
NavigableSet subSet(E start, boolean startInclusive, E end, boolean endInclusive)
NavigableSet tailSet(E start, boolean startInclusive)
SortedSet tailSet(E start)
- TreeSet是有序的Set集合，因此支持add、remove、get等方法。
- TreeSet遍历方式
- Iterator顺序遍历
for(Iterator iter = set.iterator(); iter.hasNext(); ) {
iter.next();
}
- for-each遍历HashSet
// 假设set是TreeSet对象，并且set中元素是String类型
String[] arr = (String[])set.toArray(new String[0]);
for (String str:arr)
System.out.printf("for each : %s\n", str);
TreeSet不支持快速随机遍历，只能通过迭代器进行遍历！
- 示例
import java.util.*;
/**
* @desc TreeSet的API测试
*/
public class TreeSetTest {
public static void main(String[] args) {
testTreeSetAPIs();
}
// 测试TreeSet的api
public static void testTreeSetAPIs() {
String val;
// 新建TreeSet
TreeSet tSet = new TreeSet();
// 将元素添加到TreeSet中
tSet.add("aaa");
// Set中不允许重复元素，所以只会保存一个“aaa”
tSet.add("aaa");
tSet.add("bbb");
tSet.add("eee");
tSet.add("ddd");
tSet.add("ccc");
System.out.println("TreeSet:"+tSet);
// 打印TreeSet的实际大小
System.out.printf("size : %d\n", tSet.size());
// 导航方法
// floor(小于、等于)
System.out.printf("floor bbb: %s\n", tSet.floor("bbb"));
// lower(小于)
System.out.printf("lower bbb: %s\n", tSet.lower("bbb"));
// ceiling(大于、等于)
System.out.printf("ceiling bbb: %s\n", tSet.ceiling("bbb"));
System.out.printf("ceiling eee: %s\n", tSet.ceiling("eee"));
// ceiling(大于)
System.out.printf("higher bbb: %s\n", tSet.higher("bbb"));
// subSet()
System.out.printf("subSet(aaa, true, ccc, true): %s\n", tSet.subSet("aaa", true, "ccc", true));
System.out.printf("subSet(aaa, true, ccc, false): %s\n", tSet.subSet("aaa", true, "ccc", false));
System.out.printf("subSet(aaa, false, ccc, true): %s\n", tSet.subSet("aaa", false, "ccc", true));
System.out.printf("subSet(aaa, false, ccc, false): %s\n", tSet.subSet("aaa", false, "ccc", false));
// headSet()
System.out.printf("headSet(ccc, true): %s\n", tSet.headSet("ccc", true));
System.out.printf("headSet(ccc, false): %s\n", tSet.headSet("ccc", false));
// tailSet()
System.out.printf("tailSet(ccc, true): %s\n", tSet.tailSet("ccc", true));
System.out.printf("tailSet(ccc, false): %s\n", tSet.tailSet("ccc", false));
// 删除“ccc”
tSet.remove("ccc");
// 将Set转换为数组
String[] arr = (String[])tSet.toArray(new String[0]);
for (String str:arr)
System.out.printf("for each : %s\n", str);
// 打印TreeSet
System.out.printf("TreeSet:%s\n", tSet);
// 遍历TreeSet
for(Iterator iter = tSet.iterator(); iter.hasNext(); ) {
System.out.printf("iter : %s\n", iter.next());
}
// 删除并返回第一个元素
val = (String)tSet.pollFirst();
System.out.printf("pollFirst=%s, set=%s\n", val, tSet);
// 删除并返回最后一个元素
val = (String)tSet.pollLast();
System.out.printf("pollLast=%s, set=%s\n", val, tSet);
// 清空HashSet
tSet.clear();
// 输出HashSet是否为空
System.out.printf("%s\n", tSet.isEmpty()?"set is empty":"set is not empty");
}
}
运行结果：
TreeSet:[aaa, bbb, ccc, ddd, eee]
size : 5
floor bbb: bbb
lower bbb: aaa
ceiling bbb: bbb
ceiling eee: eee
higher bbb: ccc
subSet(aaa, true, ccc, true): [aaa, bbb, ccc]
subSet(aaa, true, ccc, false): [aaa, bbb]
subSet(aaa, false, ccc, true): [bbb, ccc]
subSet(aaa, false, ccc, false): [bbb]
headSet(ccc, true): [aaa, bbb, ccc]
headSet(ccc, false): [aaa, bbb]
tailSet(ccc, true): [ccc, ddd, eee]
tailSet(ccc, false): [ddd, eee]
for each : aaa
for each : bbb
for each : ddd
for each : eee
TreeSet:[aaa, bbb, ddd, eee]
iter : aaa
iter : bbb
iter : ddd
iter : eee
pollFirst=aaa, set=[bbb, ddd, eee]
pollLast=eee, set=[bbb, ddd]
set is empty