Java 基础 08. Java 集合框架

一、集合概述

• 概念：对象的容器，定义了对多个对象进行操作的常用方法。可实现数组的功能。
• 和数组的区别：
  1. 数组长度 固定，集合长度 不固定。
  2. 数组可以存储基本类型和引用类型，集合只能存储引用类型。
     注：基本类型可以通过装箱操作，存储到集合中
• 位置： java.util.*;

二、Collection 体系集合

三、Collection 父接口

• 特点：代表一组任意类型的对象，无序、无下标、不能重复。
• 方法：

方法名	说明
boolean add(Object obj)	添加一个对象
boolean addAll(Collection c)	将一个集合中的所有对象，添加到此集合中
void clear()	清空集合中的所有对象
boolean contains(Object o)	检查集合中是否包含 o 对象
boolean equals(Object o)	比较集合是否与指定对象相等
boolean isEmpty()	判断集合是否为空
boolean remove(Object o)	在集合中移除 o 对象
int size()	返回集合中的元素个数
Object[] toArray()	将集合转换成数组

• Collection 接口的使用（一）

package com.base.demo09;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;

/*
 * Collection 接口的使用
 * 1.添加元素
 * 2.删除元素
 * 3.遍历元素
 * 4.判断
 * */
public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合
        Collection collection = new ArrayList();
        // 1.添加元素
        collection.add("苹果");
        collection.add("梨");
        collection.add("西瓜");
        System.out.println("元素个数：" + collection.size());
        System.out.println(collection); // collection 已自动重写了 toString()方法
        // 2.删除元素
//        collection.remove("西瓜");
        // 清空
//        collection.clear();
        System.out.println("删除后元素个数：" + collection.size());

        // 3.遍历元素（重点）
        // 3.1增强for(不能使用for,因为没有下标)
        System.out.println("--------------3.1增强for-------------");
        for (Object o : collection) {
            System.out.println(o);
        }
        // 3.2使用迭代器（专门用来遍历集合的一种方式，是一个接口）
        // hasNext();   是否有下一个元素
        // next();  获取下一个元素
        // remove();    删除当前元素
        System.out.println("--------------3.2使用迭代器-------------");
        Iterator it = collection.iterator();    // 接口
        while (it.hasNext()) {
            String s = (String) it.next();  // 强转到String
            System.out.println(s);
            // collection.remove(s); 引发错误：并发修改异常。迭代时，不能使用 collection.remove(s)
//            it.remove();    // 可以通过迭代内部方法，进行删除
        }
        System.out.println("元素个数：" + collection.size());
        // 4.判断
        // contains（）是否包含
        System.out.println(collection.contains("西瓜"));
        // 是否为空
        System.out.println(collection.isEmpty());
    }
}

• Collection 接口的使用（二）

package com.base.demo09;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;

// Collection 的使用：保存学生信息
public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        // 1.创建 Collection 对象
        Collection collection = new ArrayList();
        // 创建学生对象
        Student s1 = new Student("张三", 20);
        Student s2 = new Student("李四", 19);
        Student s3 = new Student("王五", 21);
        // 2.添加数据
        collection.add(s1);
        collection.add(s2);
        collection.add(s3);
        System.out.println("元素个数：" + collection.size());
        System.out.println(collection.toString());
        // 3.删除
//        collection.remove(s1);
//        collection.remove(new Student("李四", 21));  需重写 equals(this==obj) 方法，才能实现
        // 从集合中删除，并没有删除对象
//        collection.clear();
        System.out.println("删除之后：" + collection.size());

        // 4.遍历
        // 4.1增强 for
        // 遍历后为对象类型，需要转换
        System.out.println("-----------4.1增强 for------------");
        for (Object o : collection) {
            Student s = (Student) o;  // 将对象类型，转换为学生类型
            System.out.println(s.toString());
        }
        // 4.2迭代器 hasNext(); next(); remove(); 迭代过程不能使用 collection 的删除方法
        System.out.println("-----------4.2迭代器------------");
        Iterator it = collection.iterator();
        while (it.hasNext()) {
            Student s = (Student) it.next();    // 类型转换
            System.out.println(s);
        }
        // 5. 判断
        // 是否包含对象
        System.out.println(collection.contains(s1));
        // 是否为空
        System.out.println(collection.isEmpty());
    }
}

• 实例：学生类 Student

package com.base.demo09;

// 学生类
public class Student {
    private String name;
    private int age;

    public Student() {
    }

    public Student(String name, int age) {
        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 +
                '}';
    }
}

四、Collection 子接口

List 集合

• 特点：有序、有下标、元素可以重复。
• 方法：继承 Collection 的方法外，自己的部分方法

方法名	说明
void add(int index,Object o)	在 index 位置插入对象 o
boolean addAll(index,Collection c)	将一个集合中的元素，添加到此集合中的 index 位置
Object get(int index)	返回集合中，指定位置的元素
List subList(int fromIndex,int toIndex)	返回 fromIndex 和 toIndex 之间的集合元素

• 实例：List 子接口的使用（一）

package com.base.demo09;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;
import java.util.ListIterator;

/*
 * List 子接口使用
 * 特点：1.有序 2.有下标 3.可以重复
 * 1.添加元素
 * 2.删除元素
 * 3.遍历元素
 * 4.判断
 * 5.获取位置
 * */
public class Demo03 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建对象
        List list = new ArrayList<>();
        // 1.添加元素
        list.add("一");
        list.add("二");
        list.add("三");
        System.out.println("元素个数：" + list.size());
        System.out.println(list.toString());
        // 2.删除元素
        /*
        list.remove("二");
        list.remove(0); // 下标方式删除
        System.out.println("删除后:"+list.size());
        System.out.println(list.toString());
        */
        // 3.遍历元素
        // 3.1 for 遍历
        System.out.println("-----------3.1 for 遍历------------");
        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            // get() 获取集合中的元素，i 为下标
            System.out.println(i + ":" + list.get(i));
        }
        // 3.2 增强 for 遍历
        System.out.println("-----------3.2 增强 for 遍历------------");
        for (Object o : list) {
            System.out.println(o);
        }
        // 3.3 迭代器遍历 Iterator
        System.out.println("-----------3.3 Iterator 迭代器遍历------------");
        Iterator it = list.iterator();
        while (it.hasNext()) {
            System.out.println(it.next());
        }
        // 3.4 列表迭代器遍历：ListIterator 可以双向遍历，添加、删除及修改元素
        System.out.println("-----------3.4 ListIterator 迭代器遍历 从前向后------------");
        ListIterator lit = list.listIterator();
        while (lit.hasNext()) {
            System.out.println(lit.nextIndex() + ":" + lit.next());
        }
        // 3.5 列表迭代器，反向遍历(迭代时，“遍历指针” 需指向末尾)
        System.out.println("-----------3.5 列表迭代器 从后向前------------");
        while (lit.hasPrevious()) {
            System.out.println(lit.previousIndex() + ":" + lit.previous());
        }
        // 4.判断
        System.out.println(list.contains("二")); // 是否包含元素
        System.out.println(list.isEmpty()); // 是否为空
        // 5.获取位置
        System.out.println(list.indexOf("一"));
    }
}

• 实例：List 子接口的使用（二）

package com.base.demo09;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/*
 * List 使用（二）
 * */
public class Demo04 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建对象
        List list = new ArrayList();
        // 1.添加数字数据(自动装箱)
        list.add(20);
        list.add(30);
        list.add(40);
        list.add(50);
        list.add(60);
        System.out.println("元素个数：" + list.size());
        System.out.println(list.toString());
        // 2.删除：remove（）内通过下标删除，需要将删除的数字做类型转换
        // list.remove(0);
        // list.remove(20);  异常，数组越界
        list.remove(new Integer(20));   // 或 list.remove((Object) 20);
        System.out.println("删除后：" + list.size());
        System.out.println(list.toString());

        // 3.subList() 返回子集合（含头不含尾）
        List list2 = list.subList(0, 3);
        System.out.println(list2.toString());
    }
}

五、List 实现类

1. ArrayList【重点】

• 数组结构 实现，查询块、增删慢；
• JDK1.2 版本，运行效率快、线程不安全。

package com.base.demo09;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.ListIterator;

/**
 * ArrayList的使用
 * 存储结构：数组；
 * 特点：查找遍历速度快，增删慢。
 * 1.添加元素
 * 2.删除元素
 * 3.遍历元素(重点)
 * 4.判断
 * 5.查找
 */
public class Demo05 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建对象  （size 0， 容量 0，每次扩容大小是原来的 1.5 倍）
        ArrayList arrayList = new ArrayList<>();
        // 创建学生类对象
        Student s1 = new Student("学生1", 20);
        Student s2 = new Student("学生2", 21);
        Student s3 = new Student("学生3", 19);
        // 1.添加元素
        arrayList.add(s1);
        arrayList.add(s2);
        arrayList.add(s3);
        System.out.println("元素个数：" + arrayList.size());
        System.out.println(arrayList.toString());
        // 2.删除元素
//        arrayList.remove(s1);
        // 和 s1，是两个不同的对象，需重写 equals(this==obj) 方法
        arrayList.remove(new Student("学生1", 20)); 
        System.out.println("删除之后：" + arrayList.size());

        // 3.遍历元素(重点)： for、增强for、迭代器、列表迭代器
        // 3.1迭代器 Iterator
        System.out.println("---------------3.1迭代器 Iterator------------");
        Iterator it = arrayList.iterator();
        while (it.hasNext()) {
            Student s = (Student) it.next();    // 类型转换：对象类转换为 Student 类
            System.out.println(s.toString());
        }
        // 3.2列表迭代器 ListIterator
        System.out.println("---------------3.2列表迭代器 ListIterator------------");
        ListIterator lit = arrayList.listIterator();
        while (lit.hasNext()) {
            Student s = (Student) lit.next();
            System.out.println(s.toString());
        }
        // 3.3列表迭代器(逆序：从后往前遍历)
        System.out.println("---------------3.3列表迭代器(逆序)------------");
        while (lit.hasPrevious()){
            Student s = (Student) lit.previous();
            System.out.println(s.toString());
        }
        // 4.判断
        // 是否包含对象
        System.out.println(arrayList.contains(s2)); // true
        // 重写 equals() 方法后
        System.out.println(arrayList.contains(new Student("学生2", 21))); // true
        System.out.println(arrayList.isEmpty());
        // 5.查找
        System.out.println(arrayList.indexOf(s3));
        System.out.println(arrayList.indexOf(new Student("学生2", 21)));
    }
}

注：Object 里的 equals(this==obj) 用地址和当前对象比较，如果想实现代码中的问题，可以在学生类中重写 equals 方法：查看 equals 方法重写

// 重写 equals() 方法
    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        // 1.判断是否是同一对象
        if (this == obj) {
            return true;
        }
        // 2.判断是否为空
        if (obj == null) {
            return false;
        }
        // 3.判断是否是 Student 类型
        if (obj instanceof Student) {
            Student s = (Student) obj;    // 类型转换
            // 4.比较属性
            if (this.name.equals(s.getName()) && this.age == s.getAge()) {
                return true;
            }
        }
        // 5.不满足条件，返回false
        return false;
    }

//    IDEA 方法1
//    @Override  
//    public boolean equals(Object o) {
//        if (this == o) return true;
//        if (!(o instanceof Student)) return false;
//
//        Student student = (Student) o;
//
//        if (getAge() != student.getAge()) return false;
//        return getName().equals(student.getName());
//    }

//    IDEA 方法2
//    @Override
//    public boolean equals(Object o) {
//        if (this == o) return true;
//        if (!(o instanceof Student)) return false;
//
//        Student student = (Student) o;
//
//        if (age != student.age) return false;
//        return name.equals(student.name);
//    }

ArrayList 源码分析

• 默认容量大小：private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
  （如果没有向集合中添加元素，容量 0 ，添加第一个元素后，容量 10，每次扩容大小是原来的 1.5 倍）
• 存放元素的数组：transient Object[] elementData;
• 实际元素个数：private int size;
• 创建对象时，调用的无参构造函数：

//这是一个空的数组
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 无参构造
public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

注：没有向集合中添加任何元素时，集合容量为 0。（默认的 10 个容量怎么来的？）查看 add 方法源码：

// add 方法源码
public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

• 假设 new 了一个数组，当前容量为 0，size 当然也为 0。这时调用 add 方法进入到 ensureCapacityInternal(size + 1); 该方法源码如下：

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}

• 该方法中的参数 minCapacity 传入的值为 size+1 也就是 1，接着，再进入到 calculateCapacity(elementData, minCapacity) 里面：

private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    return minCapacity;
}

• 上文说过，elementData 就是存放元素的数组，当前容量为 0，if 条件成立，返回默认容量 DEFAULT_CAPACITY 也就是 10。这个值作为参数，又传入 ensureExplicitCapacity() 方法中，进入该方法查看源码：

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;
    // overflow-conscious code
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        grow(minCapacity);
}

• 先不要管 modCount 这个变量。因为 elementData 数组长度为 0，所以 if 条件成立，调用 grow 方法（重点），再次进入到 grow 方法的源码中：

private void grow(int minCapacity) {
    // overflow-conscious code
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

• 这个方法先声明了一个 oldCapacity 变量，将数组长度赋给它，其值为 0；又声明了一个 newCapacity 变量，其值为 oldCapacity+ 一个增量，可以发现这个增量，是和原数组长度有关的量，当然在这里也为 0。第一个 if 条件满足，newCapacity 的值为 10（这就是默认的容量）。第二个 if 条件不成立，也可以不用注意，因为 MAX_ARRAY_SIZE 的定义如下：

private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

• 这个值太大了，以至于第二个 if 条件没有了解的必要。
• 最后一句话，就是为 elementData 数组赋予了新的长度，Arrays.copyOf() 方法，返回的数组，是新的数组对象，原数组对象不会改变，该拷贝不会影响原来的数组。copyOf() 的第二个自变量，指定要建立的新数组长度，如果新数组的长度，超过原数组的长度，则保留数组默认值。
• 这时候再回到 add 的方法中，接着就向下执行 elementData[size++] = e; 。
• 当数组长度为 10 的时候，通过源码可知，每次扩容为原来的 1.5 倍。

2. Vector（使用不多）

• 数组结构 实现，查询快、增删慢；
• JDK1.0 版本，运行效率慢、线程安全。

package com.base.demo10;

import java.util.Enumeration;
import java.util.Vector;

/*
 * Vector 集合的使用
 * 存储结构：数组
 * */
public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建对象
        Vector vector = new Vector<>();
        // 1.添加元素
        vector.add("vector01");
        vector.add("vector02");
        vector.add("vector03");
        System.out.println("元素个数：" + vector.size());
        System.out.println(vector.toString());
        // 2.删除
        // vector.remove(0);
        // vector.remove("vector02");
        // vector.clear(); // 清空
        // System.out.println("删除后个数："+vector.size());
        // 3.遍历 （for、增强for、枚举器）
        // 枚举器遍历
        Enumeration en = vector.elements();
        while (en.hasMoreElements()) {
            String o = (String) en.nextElement();
            System.out.println(o);
        }
        // 4.判断
        System.out.println(vector.contains("vector01"));
        System.out.println(vector.isEmpty());
        // 5.vector 其它方法
        System.out.println(vector.firstElement());  // 获取第一个元素
        System.out.println(vector.lastElement());   // 获取最后一个元素
        System.out.println(vector.elementAt(0));    // 按下标获取元素
        System.out.println(vector.get(0));  // 按下标获取元素
    }
}

3. LinkedList（双向链表）

• 链表结构 实现，增删快，查询慢。

package com.base.demo10;

import com.base.demo09.Student;

import java.util.Iterator;
import java.util.LinkedList;
import java.util.ListIterator;

/*
 * LinkedList 的使用
 * 存储结构：双向链表
 * */
public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合
        LinkedList linkedList = new LinkedList<>();
        // 1.添加元素
        // 创建学生类对象
        Student s1 = new Student("学生1", 20);
        Student s2 = new Student("学生2", 21);
        Student s3 = new Student("学生3", 19);
        linkedList.add(s1);
        linkedList.add(s2);
        linkedList.add(s3);
        System.out.println("元素个数：" + linkedList.size());
        System.out.println(linkedList.toString());
        // 2.删除元素
        // linkedList.remove(s1);
        // linkedList.remove(new Student("学生2", 21));  // 需重写equals()方法
        // System.out.println("删除后：" + linkedList.size());
        // 3.遍历
        // 3.1 for遍历
        System.out.println("--------------3.1 for遍历---------------");
        for (int i = 0; i < linkedList.size(); i++) {
            System.out.println(linkedList.get(i));
        }
        // 3.2 增强 for 遍历
        System.out.println("--------------3.2 增强 for 遍历---------------");
        for (Object o : linkedList) {
            Student s = (Student) o;    // 类型转换
            System.out.println(s.toString());
        }
        // 3.3 迭代器遍历
        System.out.println("--------------3.3 迭代器遍历---------------");
        Iterator it = linkedList.iterator();
        while (it.hasNext()) {
            System.out.println(it.next());
        }
        // 3.4 列表迭代器遍历
        System.out.println("--------------3.4 列表迭代器遍历---------------");
        ListIterator lit = linkedList.listIterator();
        while (lit.hasNext()) {
            System.out.println(lit.next());
        }
        // 3.5 列表迭代器遍历（反向） 需集合指针指向末尾
        System.out.println("--------------3.5 列表迭代器遍历（反向）-------------");
        while (lit.hasPrevious()) {
            System.out.println(lit.previous());
        }
        // 4.判断
        System.out.println(linkedList.contains(s1));
        System.out.println(linkedList.isEmpty());
        // 5.获取位置
        System.out.println(linkedList.indexOf(s3));
    }
}

LinkedList 源码分析

• LinkedList 三个属性：
  • 链表大小：transient int size = 0;
  • （指向）第一个结点（头结点）： transient Node first;
  • （指向）最后一个结点（尾结点）：transient Node last;
• Node 类代码：

private static class Node {
        E item;
        Node next;
        Node prev;

        Node(Node prev, E element, Node next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }

• item 存放的是实际数据；next 指向下一个结点，prev 指向上一个结点。
• Node 带参构造方法的三个参数，分别是前一个结点、存储的数据、后一个结点，调用这个构造方法时，将它们赋值给当前对象。
• LinkedList 添加元素，看 add 方法：

public boolean add(E e) {
    linkLast(e);
    return true;
}

• linkLast 方法源码（重点）：

void linkLast(E e) {
        final Node l = last;
        final Node newNode = new Node<>(l, e, null);
        last = newNode;
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

• 假设刚开始 new 了一个 LinkedList 对象，first 和 last 属性都为空，调用 add 进入到 linkLast 方法。
• 首先创建一个 Node 变量 l 将 last （此时为空）赋给它，然后 new 一个 newNode 变量存储数据，并且它的前驱指向 l，后继指向 null；再把 last 指向 newNode。如下图所示：

• 如果满足 if 条件，说明这是添加的第一个结点，将 first 指向 newNode：

• 至此，LinkedList 对象的第一个数据添加完毕。假设需要再添加一个数据，可以再来走一遍，图示如下：

ArrayList 和 LinkedList 区别

• ArrayList：必须开辟连续空间，查询快，增删慢。
• LinkedList：无需开辟连续空间，查询慢，增删快。

六、泛型概述

• Java 泛型是 JDK1.5 中引入的一个新特性，其本质是 参数化类型，把类型作为参数传递。
• 常见形式有 泛型类、泛型接口、泛型方法。
• 语法： T 称为类型占位符，表示一种引用类型。
• 好处：
  • 提高代码的重用性。
  • 防止类型转换异常，提高代码的安全性。

1. 泛型类

/**
 * 泛型类
 * 语法：类名
 * T 是类型占位符，表示一种引用类型，编写多个使用逗号隔开 
 */
public class MyGeneric{
    // 1.创建泛型变量
    //不能使用 new 来创建，因为泛型是不确定的类型，也可能拥有私密的构造方法。
    T t;
    // 2.泛型作为方法的参数
    public void show(T t) {
        System.out.println(t);
    }
    // 3.泛型作为方法的返回值
    public T getT() {
        return t;
    }
}

• 泛型类使用

package com.base.demo10;

/**
 * 注意：
 * 1.泛型只能使用引用类型
 * 2.不同泛型类型的对象，不能相互赋值
 */
public class TestGeneric {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用泛型类创建对象
//        MyGeneric myGeneric = new MyGeneric();    后面的类型可省略
        MyGeneric myGeneric = new MyGeneric<>();
        myGeneric.t = "Hello";
        myGeneric.show("hello");
        String s = myGeneric.getT();
        System.out.println(s);

        MyGeneric myGeneric1 = new MyGeneric<>();
        myGeneric1.t = 100;
        myGeneric1.show(200);
        Integer integer = myGeneric1.getT();
        System.out.println(integer);
    }
}

2. 泛型接口

• 接口：

package com.base.demo10;

/*
 * 泛型接口
 * 语法：接口名
 * 注意：不能创建泛型静态常量
 * */
public interface MyInterface {
    String name = "Liu";

    T server(T t);
}

• 接口实现类：实现接口时，确定泛型类

package com.base.demo10;

/**
 * 实现接口时，确定泛型类
 */
public class MyInterfaceImpl implements MyInterface {
    @Override
    public String server(String t) {
        System.out.println(t);
        return t;
    }
}

• 测试类

//测试
MyInterfaceImpl impl = new MyInterfaceImpl();
impl.server("泛型接口测试");  // 泛型接口测试

• 接口实现类：实现接口时，不确定泛型类

package com.base.demo10;

/**
 * 实现接口时，不确定泛型类
 */
public class MyInterfaceImpl2 implements MyInterface {

    @Override
    public T server(T t) {
        System.out.println(t);
        return t;
    }
}

• 测试类

//测试
MyInterfaceImpl2 impl2 = new MyInterfaceImpl2<>();
impl2.server(2000);  // 2000

3. 泛型方法

• 方法类

package com.base.demo10;

/**
 * 泛型方法
 * 语法： 返回类型
 */
public class MyGenericMethod {
    // 泛型方法
    public  T show(T t) {
        System.out.println("泛型方法" + t);
        return t;
    }
}

• 测试类：调用泛型方法时，类型不需要传递，是由传递的数据来决定

//测试类：泛型方法
MyGenericMethod myGenericMethod = new MyGenericMethod();
myGenericMethod.show("字符串");    // String
myGenericMethod.show(200);  // Integer
myGenericMethod.show(3.14); // Double

4. 泛型集合

• 概念：参数化类型、类型安全的集合，强制集合元素的类型必须一致。
• 特点：
  • 编译时即可检查，而非运行时抛出异常。
  • 访问时，不必类型转换（拆箱）。
  • 不同泛型之间，引用不能相互赋值，泛型不存在多态。
• 之前在创建 LinkedList 类型对象的时候，并没有使用泛型，查看源码会发现：

public class LinkedList
        extends AbstractSequentialList
        implements List, Deque, Cloneable, java.io.Serializable {
    // ......
}

• 它是一个泛型类，而之前使用的时候并没有传递，说明 java 语法是允许的。这个时候传递的类型是 Object 类，虽然它是所有类的父类，可以存储任意的类型，但是在遍历、获取元素时，需要原来的类型，就要进行强制转换。这个时候就会出现一些问题，假如往链表里存储了许多不同类型的数据，在强转的时候就要判断每一个原来的类型，这样就很容易出现错误。
• 实例：

package com.base.demo10;

import com.base.demo09.Student;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;

public class Demo03 {
    public static void main(String[] args) {
//        ArrayList arrayList = new ArrayList();    后面的类型可不写
        ArrayList arrayList = new ArrayList<>();
        arrayList.add("字符串1");
        arrayList.add("字符串2");
//        arrayList.add(100);   报错：不能添加不同类型
//        arrayList.add(3.14);
        for (String s : arrayList) {    // 直接为 String 类型，不需类型转换
            System.out.println(s);
        }

        ArrayList arrayList1 = new ArrayList<>();
        Student s1 = new Student("学生1", 20);
        Student s2 = new Student("学生2", 21);
        Student s3 = new Student("学生3", 19);
        arrayList1.add(s1);
        arrayList1.add(s2);
        arrayList1.add(s3);
//        arrayList1.add(100); 报错：不能添加 Student 之外的类型
        Iterator it = arrayList1.iterator();
        while (it.hasNext()) {
            Student s = it.next();  // 无需强制转换
            System.out.println(s.toString());
        }
//        arrayList = arrayList1;   报错：不同类型之间的泛型，不能相互赋值
    }
}

七、Set 集合概述

Set 子接口

• 特点：无序、无下标、元素不可重复。
• 方法：全部继承自 Collection 中的方法。

package com.base.demo11;

import java.util.HashSet;
import java.util.Iterator;

/**
 * 测试Set接口的使用
 * 特点：1.无序，没有下标；2.重复
 * 1.添加数据（无序）
 * 2.删除数据
 * 3.遍历【重点】
 * 4.判断
 */
public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合
        HashSet set = new HashSet<>();
        // 1.添加数据（无序）
        set.add("字符串3");
        set.add("字符串1");
        set.add("字符串2");
//        set.add("字符串2");  不能重复
        System.out.println("数据个数：" + set.size());
        System.out.println(set.toString());
        // 2.删除数据
//        set.remove("字符串1"); // 无下标，不能通过下标删除
//        System.out.println(set.toString());
        // 3.遍历 （两种：增强 for、迭代器）
        // 3.1增强 for 遍历
        System.out.println("------------3.1增强 for 遍历----------");
        for (String s : set) {
            System.out.println(s);
        }
        // 3.2迭代器遍历
        System.out.println("------------3.2迭代器遍历----------");
        Iterator it = set.iterator();
        while (it.hasNext()) {
            System.out.println(it.next());
        }
        // 4.判断
        System.out.println(set.contains("字符串1"));
        System.out.println(set.isEmpty());
    }
}

八、Set 实现类

1. HashSet【重点】

• 基于 HashCode 计算元素存放位置。
• 存储结构：哈希表（数组+链表+红黑树）
• 存储过程（重复依据）：当存入元素的哈希码相同时，会调用 equals 进行确认，如结果为 true，则拒绝后者存入（不同对象，相同属性值，需要重写 hashCode 和 equals 方法来实现）。
• 实例 1：

package com.base.demo11;

import java.util.HashSet;
import java.util.Iterator;

/**
 * HashSet集合的使用
 * 存储结构：哈希表（数组+链表+红黑树）
 * 1.添加元素（无序）
 * 2.删除元素
 * 3.遍历
 * 4.判断
 */
public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合
        // JDK 1.8 后，后面的泛型类型，可以不用写
        HashSet hashSet = new HashSet<>();  
        // 1.添加元素
        hashSet.add("字符串1");
        hashSet.add("字符串2");
        hashSet.add("字符串3");
        hashSet.add("字符串4");
//        hashSet.add("字符串4"); 不能添加重复元素
        System.out.println("元素个数：" + hashSet.size());
        System.out.println(hashSet.toString()); // 无序
        // 2.删除元素
//        hashSet.remove("字符串2");
//        System.out.println("删除后："+hashSet.size());
        // 3.遍历（两种：增强for、迭代器）
        // 3.1增强 for
        System.out.println("-----------3.1增强 for----------");
        for (String s : hashSet) {
            System.out.println(s);
        }
        // 3.2迭代器
        System.out.println("-----------3.2迭代器----------");
        Iterator it = hashSet.iterator();
        while (it.hasNext()) {
            System.out.println(it.next());
        }
        // 4.判断
        System.out.println(hashSet.contains("字符串3"));
        System.out.println(hashSet.isEmpty());
    }
}

• 创建 Person 类

package com.base.demo11;

// 创建 Person 类
public class Person {
    private String name;
    private int age;

    public Person() {
    }

    public Person(String name, int age) {
        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 "Person{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

• 实例 2：

package com.base.demo11;

import java.util.HashSet;
import java.util.Iterator;

/**
 * HashSet 集合的使用
 * 存储结构：哈希表（数组+链表+红黑树）
 * 1.添加元素（无序）
 * 2.删除元素
 * 3.遍历
 * 4.判断
 */
public class Demo03 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合
        HashSet persons = new HashSet<>();
        // 创建 Person 对象
        Person p1 = new Person("张三", 25);
        Person p2 = new Person("李四", 23);
        Person p3 = new Person("王五", 26);
        // 1.添加元素
        persons.add(p1);
        persons.add(p2);
        persons.add(p3);
//        person.add(p3); 重复，不能添加
        // 不同对象，相同属性值，需要重写 hashCode 和 equals 方法
        // 来实现（否则不视为重复，可以添加）
//        person.add(new Person("王五", 26));
        System.out.println("元素个数：" + persons.size());
        System.out.println(persons.toString());
        // 2.删除元素
//        persons.remove(p1);
        // 未重写 hashCode 和 equals 方法时，不能删除
//        person.remove(new Person("张三", 25));

        System.out.println("删除后：" + persons.size());
        // 3.遍历
        // 3.1增强for
        System.out.println("----------3.1增强for-----------");
        for (Person person : persons) {
            System.out.println(person.toString());
        }
        // 3.2迭代器
        System.out.println("----------3.2迭代器-----------");
        Iterator it = persons.iterator();
        while (it.hasNext()) {
            System.out.println(it.next());
        }
        // 4.判断
        System.out.println(persons.contains(p1));
        // 与 p1 属性值相同，未重写 hashCode 和 equals 方法时，结果为 false
        System.out.println(persons.contains(new Person("张三", 25)));
        System.out.println(persons.isEmpty());
    }
}

注：HashSet 存储过程：（重复依据）

• 第一步：根据 hashCode 计算保存的位置，如果位置为空，则直接保存，否则执行第二步。
• 第二步：执行 equals 方法，如果方法返回 true，则认为是重复，拒绝存储，否则形成链表。
• HashSet 存储过程，实际上就是，判断重复的依据，要实现 相同属性值，视为同一个对象，则不能添加 的问题，需重写 hashCode 和 equals 代码：

// IDEA 快捷生成 Alt + Insert
@Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (!(o instanceof Person)) return false;

        Person person = (Person) o;

        if (age != person.age) return false;
        return name != null ? name.equals(person.name) : person.name == null;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        int result = name != null ? name.hashCode() : 0;
        result = 31 * result + age;
        return result;
    }

HashSet 补充：hashCode 方法里，使用数字 31 的原因：

1. 31 是一个质数（只能被 1 和它自身整除），这样的数字在计算时，可以尽量减少散列冲突（hashCode 值尽量不一样）。
2. 可以提高执行效率，31 * i = ( i << 5 ) - i。31 乘以一个数，可以转换成移位操作，这样计算更快。

2.TreeSet

• 基于排序顺序，实现不重复。
• 存储结构：红黑树。
• 实现了 SortedSet 接口，对集合元素 自动排序。
• 元素对象的类型，必须实现 Comparable 接口，指定排序规则。
• 通过 CompareTo 方法，确定是否为 重复元素。
• 实例 1：

package com.base.demo11;

import java.util.Iterator;
import java.util.TreeSet;

/**
 * TreeSet 使用
 * 存储结构：红黑树
 */
public class Demo04 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合
        TreeSet treeSet = new TreeSet<>();
        // 1.添加元素（自动排序）
        treeSet.add("xyz");
        treeSet.add("abc");
        treeSet.add("hello");
//        treeSet.add("xyz"); 不能重复
        System.out.println("元素个数：" + treeSet.size());
        System.out.println(treeSet.toString()); // 结果自动排序
        // 2.删除元素
//        treeSet.remove("hello");
//        System.out.println("删除后：" + treeSet.size());
        // 3.遍历（增强for、迭代器）
        // 3.1增强for
        System.out.println("-----------3.1增强for----------");
        for (String s : treeSet) {
            System.out.println(s);
        }
        // 3.2迭代器
        System.out.println("-----------3.2迭代器----------");
        Iterator it = treeSet.iterator();
        while (it.hasNext()) {
            System.out.println(it.next());
        }
        // 4.判断
        System.out.println(treeSet.contains("xyz"));
        System.out.println(treeSet.isEmpty());
    }
}

• 实例 2：用之前的 Person 类，保存数据（元素类必须实现 Comparable 接口，及内部抽象方法，compareTo 方法返回 0，认为是重复元素）

package com.base.demo11;

import java.util.TreeSet;

/**
 * 使用 TreeSet 保存数据
 * 存储结构：红黑树
 * 要求：元素类必须实现Comparable接口，compareTo方法返回 0，认为是重复元素
 */
public class Demo05 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合
        TreeSet persons = new TreeSet<>();
        // 创建 Person 对象
        Person p1 = new Person("张三", 25);
        Person p2 = new Person("李四", 23);
        Person p3 = new Person("王五", 26);
        Person p4 = new Person("王五", 23);
//        Person p5 = new Person("王五", 23);   相同属性值 不能添加
        // 1.添加元素（元素类必须实现 Comparable 接口，及内部抽象方法）
        persons.add(p1);
        persons.add(p2);
        persons.add(p3);
        // 位置在 p3 之前：通过重写 compareTo 方法排序
        persons.add(p4);
        System.out.println("元素个数：" + persons.size());
        System.out.println(persons.toString());
        // 2.删除元素
        persons.remove(p1);
        // 可以删除：重写 compareTo 方法后，比较的是属性值是否相同
        persons.remove(new Person("李四", 23));
        System.out.println("删除后：" + persons.size());
        // 3.遍历（略）
        // 4.判断
        System.out.println(persons.contains(p3));
        // true：重写 compareTo 方法后，比较的是属性值是否相同
        System.out.println(persons.contains(new Person("王五", 26)));
    }
}

• 查看 Comparable 接口源码，只有 compareTo 抽象方法，在 Person 类中实现它：

public class Person implements Comparable {
    // 内部代码 略......
    @Override
    public int compareTo(Person o) {
        // 先比较 name（相同为 0）
        int n1 = this.name.compareTo(o.getName());
        // 再比较 age
        int n2 = this.age - o.getAge();
        // name 相同的话，返回 n2，否则返回 n1
        return n1 == 0 ? n2 : n1;
    }
}

Comparator：实现定制比较（比较器）

• 除了实现 Comparable 接口里的比较方法，TreeSet 也提供了一个带比较器 Comparator 的构造方法，使用匿名内部类来实现它：

package com.base.demo11;

import java.util.Comparator;
import java.util.TreeSet;

/**
 * TreeSet的使用
 * Comparator：实现定制比较（比较器）
 */
public class Demo06 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合，并通过匿名内部类，指定比较规则（Comparator）
        TreeSet persons = new TreeSet<>(new Comparator() {
            @Override
            public int compare(Person o1, Person o2) {
                // 先比较 age
                int n1 = o1.getAge() - o2.getAge();
                // 再比较 name
                int n2 = o1.getName().compareTo(o2.getName());
                return n1 == 0 ? n2 : n1;
            }
        });
        // 创建 Person 对象
        Person p1 = new Person("张三", 25);
        Person p2 = new Person("李四", 23);
        Person p3 = new Person("王五", 26);
        Person p4 = new Person("王五", 23);
        // 添加元素（元素类必须实现 Comparable 接口，及内部抽象方法）
        persons.add(p1);
        persons.add(p2);
        persons.add(p3);
        persons.add(p4);
        System.out.println("元素个数：" + persons.size());
        // 结果为按 age 排序
        System.out.println(persons.toString());
    }
}

• 案例：

package com.base.demo11;

import java.util.Comparator;
import java.util.TreeSet;

/**
 * 要求：使用 TreeSet集合实现字符串按照长度进行排序
 * helloworld zhangsan lisi wangwu beijing xian nanjing
 * Comparator 接口实现定制比较
 */
public class Demo07 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合，并通过匿名内部类，指定比较规则
        TreeSet treeSet = new TreeSet<>(new Comparator() {
            @Override
            public int compare(String o1, String o2) {
                // 先比较字符串长度
                int n1 = o1.length() - o2.length();
                // 再比较字符串
                int n2 = o1.compareTo(o2);
                return n1 == 0 ? n2 : n1;
            }
        });
        // 添加数据
        treeSet.add("helloworld");
        treeSet.add("zhangsan");
        treeSet.add("lisi");
        treeSet.add("wangwu");
        treeSet.add("beijing");
        treeSet.add("xian");
        treeSet.add("nanjing");
        System.out.println(treeSet.toString());
        // [lisi, xian, wangwu, beijing, nanjing, zhangsan, helloworld]
    }
}

九、Map 体系集合

• Map 接口的特点：
  • 用于存储任意键值对（Key-Value）。
  • 键：无序、无下标、不允许重复（唯一）。
  • 值：无序、无下标、允许重复。

Map 集合概述

• 特点：存储 键值对（Key-Value），无序、无下标，键不可重复。
• 方法：

类型	方法名	说明
V	put(K key,V value)	将对象存入到集合中，关联键值。key 重复则覆盖原值。
V	get(Object key)	根据键获取相应的值。
Set	keySet()	返回所有的 key
Collection	values()	返回包含所有值的 Collection 集合。
Set>	entrySet()	键值匹配的 set 集合

• 实例：

package com.base.demo12;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/**
 * Map接口的使用
 * 特点：1.存储键值对 2.键不能重复，值可以重复 3.无序
 */
public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建 Map 集合
        HashMap map = new HashMap<>();
        // 1.添加元素（无序）
        map.put("cn", "中国");
        map.put("uk", "英国");
        map.put("usa", "美国");
//        map.put("cn", "China"); 相同键名，可以添加，但个数不增加，值会替换 China
        System.out.println("元素个数：" + map.size());
        System.out.println(map.toString()); // {usa=美国, uk=英国, cn=中国}
        // 2.删除元素
//        map.remove("usa");
//        System.out.println("删除后：" + map.size());
        // 3.遍历：（1.keySet() 2.entrySet() 效率高）
        // 3.1 keySet()： 返回所有的 key（Set 集合）
        System.out.println("------------3.1 keySet()-----------");
//        Set keySet = map.keySet();
//        for (String key : keySet) {
        // 简化
        for (String key : map.keySet()) {
            // map.get(key)：通过键获取值
            System.out.println(key + ":" + map.get(key));
        }
        // 3.2 entrySet()：返回 Set 集合（Map.Entry）的键值对 K-V
        System.out.println("------------3.2 entrySet()-----------");
//        Set> entries = map.entrySet();
//        for (Map.Entry entry : entries) {
        // 简化
        for (Map.Entry entry : map.entrySet()) {
            // getKey()：获取键     getValue()：获取值
            System.out.println(entry.getKey() + ":" + entry.getValue());
        }
        // 4.判断
        System.out.println(map.containsKey("cn"));
        System.out.println(map.containsValue("中国"));
    }
}

十、Map 集合的实现类

1. HashMap【重点】

• JDK 1.2 版本，线程不安全，运行效率快；允许用 null 作为 key 或是 value。
• 存储结构：哈希表（数组+链表+红黑树）
• 使用 key 的 hashCode 和 equals 作为 重复依据（去重，需重写两个方法）
• 实例：创建 Student 类

package com.base.demo12;

// 学生类
public class Student {
    private String name;
    private int stuNo;

    public Student() {
    }

    public Student(String name, int stuNo) {
        this.name = name;
        this.stuNo = stuNo;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getStuNo() {
        return stuNo;
    }

    public void setStuNo(int stuNo) {
        this.stuNo = stuNo;
    }

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

• 实例：HashMap 的使用

package com.base.demo12;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/**
 * HashMap 的使用
 * 存储结构：哈希表（数组+链表+红黑树）
 */
public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合
        HashMap students = new HashMap<>();
        // 创建 Student 对象
        Student s1 = new Student("学生1", 100);
        Student s2 = new Student("学生2", 101);
        Student s3 = new Student("学生3", 102);
        // 1.添加元素（无序）
        students.put(s1, "北京");
        students.put(s2, "上海");
        students.put(s3, "杭州");
        // 添加失败，但会更新值
//        students.put(s3, "南京");
        // 添加成功：与 s3 属性值相同，但不是同一对象
        // 使用 key 的 hashCode 和 equals 作为重复依据（去重，需重写两个方法）
//        students.put(new Student("学生3", 102), "杭州");   重写两方法后，无法添加
        System.out.println(students.size());
        System.out.println(students.toString());
        // 2.删除元素
//        students.remove(s1);
//        System.out.println("删除后："+students.size());
        // 3.遍历（两种：keySet、entrySet）
        // 3.1 keySet() 遍历 (获取 key)
        System.out.println("-----------3.1 keySet() 遍历-----------");
        for (Student key : students.keySet()) {
            System.out.println(key.toString() + ":" + students.get(key));
        }
        // 3.2 entrySet() 遍历 （获取 K-V 键值对）
        System.out.println("-----------3.2 entrySet() 遍历-----------");
        for (Map.Entry entry : students.entrySet()) {
            System.out.println(entry.getKey() + ":" + entry.getValue());
        }
        // 4.判断
        System.out.println(students.containsKey(s1));
        // 重写方法后，结果为 true
        System.out.println(students.containsKey(new Student("学生1", 100)));
        System.out.println(students.containsValue("北京"));
    }
}

• 注：和 HashSet 类似，重复依据是 hashCode 和 equals 方法，重写即可：

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (!(o instanceof Student)) return false;

        Student student = (Student) o;

        if (stuNo != student.stuNo) return false;
        return Objects.equals(name, student.name);
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        int result = name != null ? name.hashCode() : 0;
        result = 31 * result + stuNo;
        return result;
    }

HashMap 源码分析

1. 默认初始化容量：static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
2. 数组最大容量：static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
3. 默认加载因子：static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
4. 链表调整为红黑树的链表长度阈值（JDK 1.8）：static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
5. 红黑树调整为链表的链表长度阈值（JDK 1.8）：static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
6. 链表调整为红黑树的数组最小阈值（JDK 1.8）：static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
7. HashMap 存储的数组：transient Node[] table;
8. HashMap 存储的元素个数：transient int size;

默认加载因子

• 判断数组是否扩容的一个因子。假如数组容量为100，如果 HashMap 的存储元素个数超过了 100*0.75=75，那么就会进行扩容。

链表调整为红黑树的链表长度阈值

• 假设在数组中，下标为 3 的位置已经存储了数据，当新增数据时通过哈希码，得到的存储位置又是 3，那么就会在该位置形成一个链表，当链表过长时，就会转换成红黑树，以提高执行效率，这个阈值，就是链表转换成红黑树的最短链表长度；

红黑树调整为链表的链表长度阈值

• 当红黑树的元素个数，小于该阈值时，就会转换成链表。
• 注：并不是只要链表长度大于 8，就可以转换成红黑树，需同时具备（数组的容量，大于等于 64），才会进行转换。

HashMap 的数组 table

• 存储的是 Node 类型，有一对键值，和指向 next 的指针（部分源码）：

static class Node implements Map.Entry {
      final K key;
      V value;
      Node next;
  }

• 之前的代码中在 new 对象时调用的是 HashMap 的无参构造方法，进入到该构造方法的源码查看一下：

public HashMap() {
      this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
  }

• 只赋值了一个默认加载因子；而且，源码中 table 和 size 都没有赋予初始值，说明刚创建的 HashMap 对象没有分配容量，并不拥有默认的 16 个空间大小，这样做的目的是为了节约空间，此时 table 为 null，size 为 0。
• 当添加元素时，调用 put 方法：

public V put(K key, V value) {
      return putVal(hash(key), key, value, false, true);
  }

• put 方法把 key 和 value 传给了 putVal，同时还传入了一个 hash(Key) 所返回的值，这是一个产生哈希值的方法，查看 putVal 方法（部分源码）：

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                    boolean evict) {
      Node[] tab; Node p; int n, i;
      if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
          n = (tab = resize()).length;
      if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
          tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
      else{
          //略
      }
  }

• 这里面创建了一个 tab 数组，和一个 Node 变量 p，第一个 if 实际是判断 table 是否为空，而我们现在只关注，刚创建 HashMap 对象时的状态，此时 tab 和 table 都为空，满足条件，执行内部代码，这条代码，其实就是把 resize() 所返回的结果赋给 tab，n 就是 tab 的长度，resize 顾名思义，就是重新调整大小。查看 resize() 源码（部分）：

final Node[] resize() {
      Node[] oldTab = table;
      int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
      int oldThr = threshold;
      if (oldCap > 0);
      else if (oldThr > 0);
      else {               // zero initial threshold signifies using defaults
          newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
          newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
      } 
      @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
      Node[] newTab = (Node[])new Node[newCap];
      table = newTab;
      return newTab;
  }

• 该方法把 table 及其长度，赋值给 oldTab 和 oldCap；threshold 是阈值的意思，此时为 0，所以前两个 if 先不管，最后 else 里 newCap 的值为，默认初始化容量 16；往下创建了一个 newCap 大小的数组，并将其赋给了 table，刚创建的 HashMap 对象，就在这里获得了初始容量。回到 putVal 方法，第二个 if 就是根据哈希码得到的 tab 中的一个位置是否为空，为空时，便直接添加元素，此时数组中无元素所以直接添加。至此 HashMap 对象就完成了第一个元素的添加。当添加的元素超过 16*0.75=12 时，就会进行扩容：

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,boolean evict){
      if (++size > threshold)
          resize();
  }

• 扩容的代码如下（部分）：

final Node[] resize() {
      int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
      int newCap;
      if (oldCap > 0) {
          if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {//略}
          else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                   oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
      }
  }

• 核心部分是 else if 里的移位操作，也就是说每次扩容都是原来大小的两倍。

HashMap 源码总结：

1. HashMap 刚创建时，table=null，目的是节省空间，当添加第一个元素时，table 容量调整为 16；
2. 当元素个数大于阈值（16*0.75=12）时，会进行扩容，扩容后大小为原来的 2 倍。目的是减少调整元素的个数；
3. JDK 1.8：当每个链表长度大于 8，且数组元素个数大于等于 64 时，会调整为红黑树，目的是提高执行效率；
4. JDK 1.8：当链表长度小于 6 时，调整成链表；
5. JDK 1.8 以前，链表是头插入，JDK 1.8 以后是尾插入。

HashSet 源码分析

• HashSet 实际上，就是调用的 HashMap（部分源码）：

public class HashSet
      extends AbstractSet
      implements Set, Cloneable, java.io.Serializable
  {
      private transient HashMap map;
      private static final Object PRESENT = new Object();
      public HashSet() {
          map = new HashMap<>();
      }
  }

• HashSet 的存储结构，就是 HashMap，那它的存储方式，看 add 方法：

public boolean add(E e) {
      return map.put(e, PRESENT)==null;
  }

• 调用的是 map 的 put 方法，把元素作为 map 的 key 传入。

2. HashTable（了解即可，基本不用）

• JDK 1.0 版本，线程安全，运行效率慢；不允许 null 作为 key 或是value。
• 初始容量 11，加载因子 0.75。
• 这个集合在开发过程中已经不用了，稍微了解即可。

3. Properties：配置文件的读取（和流相关）查看 I/O流

• Hashtable 的子类，要求 key 和 value 都是 String。通常用于配置文件的读取。
• 它继承了 Hashtable 的方法，与流关系密切，此处不详解。

4.TreeMap

• 实现了 SortedMap 接口（是 Map 的子接口），可以对 key 自动排序。
• 存储结构：红黑树。

package com.base.demo12;

import java.util.Comparator;
import java.util.Map;
import java.util.TreeMap;

/**
 * TreeMap 的使用
 * 存储结构：红黑树
 */
public class Demo03 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合
//        TreeMap treeMap = new TreeMap<>();
        TreeMap treeMap = new TreeMap<>(new Comparator() {
            @Override
            public int compare(Student o1, Student o2) {
                int n1 = o1.compareTo(o2);
                return n1;
            }
        });
        // 创建 Student 对象
        Student s1 = new Student("学生1", 100);
        Student s2 = new Student("学生2", 101);
        Student s3 = new Student("学生3", 102);
        // 1.添加元素
        treeMap.put(s1, "北京");
        treeMap.put(s2, "上海");
        treeMap.put(s3, "杭州");
        // 添加失败，但会更新值
//        treeMap.put(new Student("学生3", 102), "南京");
        // 不能直接打印，需要实现 Comparable 接口，因为红黑树需要比较大小
        System.out.println("元素个数：" + treeMap.size());
        System.out.println(treeMap.toString());
        // 2.删除元素
//        treeMap.remove(s1);
        // 可删除，需实现 Comparable 接口
//        treeMap.remove(new Student("学生3", 102));
//        System.out.println("删除后："+treeMap.size());
        // 3.遍历（两种：keySet、entrySet）
        // 3.1 keySet() 遍历（获取 Key）
        System.out.println("-----------3.1 keySet() 遍历-----------");
        for (Student key : treeMap.keySet()) {
            System.out.println(key + ":" + treeMap.get(key));
        }
        // 3.2 entrySet() 遍历（获取 K-V 键值对）
        System.out.println("-----------3.2 entrySet() 遍历-----------");
        for (Map.Entry entry : treeMap.entrySet()) {
            System.out.println(entry.getKey() + ":" + entry.getValue());
        }
        // 4.判断
        System.out.println(treeMap.containsKey(s1));
        System.out.println(treeMap.containsKey(new Student("学生1", 100)));
        System.out.println(treeMap.containsValue("杭州"));
    }
}

• 在 Student 类中实现 Comparable 接口：

public class Student implements Comparable{
    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        int n1 = this.stuNo - o.stuNo;
        return n1;
    }
}

• 或用比较器：

TreeMap treeMap = new TreeMap<>(new Comparator() {
    @Override
    public int compare(Student o1, Student o2) {
        int n1 = o1.compareTo(o2);
        return n1;
    }
});

TreeSet 源码

• 和 HashSet 类似（部分代码）：

public class TreeSet extends AbstractSet
    implements NavigableSet, Cloneable, java.io.Serializable
{
    private transient NavigableMap m;
    private static final Object PRESENT = new Object();
    TreeSet(NavigableMap m) {
        this.m = m;
    }
    public TreeSet() {
        this(new TreeMap());
    }
}

• TreeSet 的存储结构，实际上就是 TreeMap，再来看其存储方式：

public boolean add(E e) {
    return m.put(e, PRESENT)==null;
}

• 它的 add 方法，调用的就是 TreeMap 的 put 方法，将元素作为 key传入到存储结构中。

十一、Collections 工具类

• 概念：集合工具类，定义了除了存取以外的集合常用方法。
• 方法：

方法名	说明
public static void reverse(List list)	反转集合中元素的顺序
public static void shuffle(List list)	随机重置集合元素的顺序
public static void sort(List list)	升序排序（元素类型必须实现 Comparable 接口）

package com.base.demo12;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Collections;
import java.util.List;

/**
 * Collections 工具类的使用
 */
public class Demo04 {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList list = new ArrayList<>();
        list.add(20);
        list.add(5);
        list.add(12);
        list.add(30);
        list.add(6);
        // sort 排序
        System.out.println("---------排序前--------");
        System.out.println(list.toString());
        System.out.println("---------排序后--------");
        Collections.sort(list);
        System.out.println(list.toString());
        // binarySearch 二分查找（查找位置）
        int i = Collections.binarySearch(list, 12);
        System.out.println(i);
        // copy 复制
        ArrayList list1 = new ArrayList<>();
        // 将新的集合长度等于源集合长度
        for (int i1 = 0; i1 < list.size(); i1++) {
            list1.add(0);
        }
        // 该方法要求目标元素容量，大于等于源目标
        // 后者 list 为复制的集合
        Collections.copy(list1, list);
        System.out.println("复制：" + list1.toString());
        // reverse 反转
        Collections.reverse(list);
        System.out.println("反转后：" + list);
        // shuffle 打乱顺序
        Collections.shuffle(list);
        System.out.println("打乱顺序后：" + list);

        // 补充：1.list 转数组
        System.out.println("------------补充：1.list 转数组-----------");
        Integer[] arr = list.toArray(new Integer[0]);
        System.out.println(arr.length);
        System.out.println(Arrays.toString(arr));

        // 补充：2.数组转集合
        System.out.println("------------补充：2.数组转集合-----------");
        String[] names = {"张三", "李四", "王五"};
        // 数组转集合：受限集合，不能添加和删除
        List list2 = Arrays.asList(names);
//        list2.add("aa");  错误，不能添加
//        list2.remove("张三");   错误，不能删除
        System.out.println(list2);
        // 注：基本类型转成集合时，需要修改为包装类
        Integer[] nums = {100, 200, 300, 400, 500};
        List list3 = Arrays.asList(nums);
        System.out.println(list3);
    }
}

总结：

• 集合的概念：
  • 对象的容器，和数组类似，定义了对多个对象进行操作的常用方法。
• List 集合：
  • 有序、有下标、元素可以重复。（ArrayList、LinkedList、Vector）
• Set 集合：
  • 无序、无下标，元素不可重复。（HashSet、TreeSet）
• Map 集合：
  • 存储一对数据（键值对），无序、无下标，键不可重复，值可重复。（HashMap、HashTable、TreeMap）
• Collections：
  • 集合工具类，定义了除了存取以外的集合常用方法。