ﾉBye~_77

java基础——迭代器，数据结构,List,Set ,TreeSet集合,Collections工具类

迭代器，数据结构,List,Set ,TreeSet集合,Collections工具类

第一章 Iterator迭代器

1.1 Iterator接口

在程序开发中，经常需要遍历集合中的所有元素。针对这种需求，JDK专门提供了一个接口java.util.Iterator。

想要遍历Collection集合，那么就要获取该集合迭代器完成迭代操作
，下面介绍一下获取迭代器的方法：

public Iterator iterator(): 获取集合对应的迭代器，用来遍历集合中的元素的。

下面介绍一下迭代的概念：

迭代：即Collection集合元素的通用获取方式。在取元素之前先要判断集合中有没有元素，如果有，就把这个元素取出来，继续在判断，如果还有就再取出出来。一直把集合中的所有元素全部取出。这种取出方式专业术语称为迭代。

Iterator接口的常用方法如下：

public E next():返回迭代的下一个元素。
public boolean hasNext():如果仍有元素可以迭代，则返回 true。

接下来我们通过案例学习如何使用Iterator迭代集合中元素：

public class IteratorDemo {
  	public static void main(String[] args) {
        // 使用多态方式 创建对象
        Collection<String> coll = new ArrayList<String>();

        // 添加元素到集合
        coll.add("串串星人");
        coll.add("吐槽星人");
        coll.add("汪星人");
        //遍历
        //使用迭代器 遍历   每个集合对象都有自己的迭代器
        Iterator<String> it = coll.iterator();
        //  泛型指的是 迭代出 元素的数据类型
        while(it.hasNext()){ //判断是否有迭代元素
            String s = it.next();//获取迭代出的元素
            System.out.println(s);
        }
  	}
}

tips:

在进行集合元素获取时，如果集合中已经没有元素了，还继续使用迭代器的next方法，将会抛出java.util.NoSuchElementException没有集合元素异常。

在进行集合元素获取时，如果添加或移除集合中的元素 , 将无法继续迭代 , 将会抛出ConcurrentModificationException并发修改异常.

1.2 迭代器的实现原理

我们在之前案例已经完成了Iterator遍历集合的整个过程。当遍历集合时，首先通过调用t集合的iterator()方法获得迭代器对象，然后使用hashNext()方法判断集合中是否存在下一个元素，如果存在，则调用next()方法将元素取出，否则说明已到达了集合末尾，停止遍历元素。

Iterator迭代器对象在遍历集合时，内部采用指针的方式来跟踪集合中的元素，为了让初学者能更好地理解迭代器的工作原理，接下来通过一个图例来演示Iterator对象迭代元素的过程：

在调用Iterator的next方法之前，迭代器的索引位于第一个元素之前，不指向任何元素，当第一次调用迭代器的next方法后，迭代器的索引会向后移动一位，指向第一个元素并将该元素返回，当再次调用next方法时，迭代器的索引会指向第二个元素并将该元素返回，依此类推，直到hasNext方法返回false，表示到达了集合的末尾，终止对元素的遍历。

第二章数据结构

2.1 数据结构介绍

数据结构 : 数据用什么样的方式组合在一起。

2.2 常见数据结构

数据存储的常用结构有：栈、队列、数组、链表和红黑树。我们分别来了解一下：

栈

栈：stack,又称堆栈，它是运算受限的线性表，其限制是仅允许在标的一端进行插入和删除操作，不允许在其他任何位置进行添加、查找、删除等操作。

简单的说：采用该结构的集合，对元素的存取有如下的特点

先进后出（即，存进去的元素，要在后它后面的元素依次取出后，才能取出该元素）。例如，子弹压进弹夹，先压进去的子弹在下面，后压进去的子弹在上面，当开枪时，先弹出上面的子弹，然后才能弹出下面的子弹。
栈的入口、出口的都是栈的顶端位置。

这里两个名词需要注意：

压栈：就是存元素。即，把元素存储到栈的顶端位置，栈中已有元素依次向栈底方向移动一个位置。
弹栈：就是取元素。即，把栈的顶端位置元素取出，栈中已有元素依次向栈顶方向移动一个位置。

队列

队列：queue,简称队，它同堆栈一样，也是一种运算受限的线性表，其限制是仅允许在表的一端进行插入，而在表的另一端进行删除。

简单的说，采用该结构的集合，对元素的存取有如下的特点：

先进先出（即，存进去的元素，要在后它前面的元素依次取出后，才能取出该元素）。例如，小火车过山洞，车头先进去，车尾后进去；车头先出来，车尾后出来。

数组

数组:Array,是有序的元素序列，数组是在内存中开辟一段连续的空间，并在此空间存放元素。就像是一排出租屋，有100个房间，从001到100每个房间都有固定编号，通过编号就可以快速找到租房子的人。

简单的说,采用该结构的集合，对元素的存取有如下的特点：

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

链表

链表:linked list,由一系列结点node（链表中每一个元素称为结点）组成，结点可以在运行时i动态生成。每个结点包括两个部分：一个是存储数据元素的数据域，另一个是存储下一个结点地址的指针域。我们常说的链表结构有单向链表与双向链表，那么这里给大家介绍的是单向链表。

简单的说，采用该结构的集合，对元素的存取有如下的特点：

多个结点之间，通过地址进行连接。例如，多个人手拉手，每个人使用自己的右手拉住下个人的左手，依次类推，这样多个人就连在一起了。
查找元素慢：想查找某个元素，需要通过连接的节点，依次向后查找指定元素
增删元素快：

2.3. 树基本结构介绍

树具有的特点：

每一个节点有零个或者多个子节点
没有父节点的节点称之为根节点，一个树最多有一个根节点。
每一个非根节点有且只有一个父节点

名词	含义
节点	指树中的一个元素
节点的度	节点拥有的子树的个数，二叉树的度不大于2
叶子节点	度为0的节点，也称之为终端结点
高度	叶子结点的高度为1，叶子结点的父节点高度为2，以此类推，根节点的高度最高
层	根节点在第一层，以此类推
父节点	若一个节点含有子节点，则这个节点称之为其子节点的父节点
子节点	子节点是父节点的下一层节点
兄弟节点	拥有共同父节点的节点互称为兄弟节点

二叉树

如果树中的每个节点的子节点的个数不超过2，那么该树就是一个二叉树。

二叉查找树/二叉排序树

二叉查找树的特点：

左子树上所有的节点的值均小于等于他的根节点的值
右子树上所有的节点值均大于或者等于他的根节点的值
每一个子节点最多有两个子树

增删改查的性能都很高！！！

遍历获取元素的时候可以按照"左中右"的顺序进行遍历；

注意：二叉查找树存在的问题：会出现"瘸子"的现象，影响查询效率。

平衡二叉树

（基于查找二叉树，但是让树不要太高，尽量让树的元素均衡分布。这样综合性能就高了）

概述

为了避免出现"瘸子"的现象，减少树的高度，提高我们的搜素效率，又存在一种树的结构：“平衡二叉树”

规则：它的左右两个子树的高度差的绝对值不超过1，并且左右两个子树都是一棵平衡二叉树

旋转

在构建一棵平衡二叉树的过程中，当有新的节点要插入时，检查是否因插入后而破坏了树的平衡，如果是，则需要做旋转去改变树的结构。

左旋：

左旋就是将节点的右支往左拉，右子节点变成父节点，并把晋升之后多余的左子节点出让给降级节点的右子节点；

右旋：

将节点的左支往右拉，左子节点变成了父节点，并把晋升之后多余的右子节点出让给降级节点的左子节点

由于在构建平衡二叉树的时候，当有新节点插入时，都会判断插入后时候平衡，这说明了插入新节点前，都是平衡的，也即高度差绝对值不会超过1。当新节点插入后，

有可能会有导致树不平衡，这时候就需要进行调整，而可能出现的情况就有4种，分别称作左左，左右，右左，右右。

红黑树

就是平衡的二叉查找树！！

概述

红黑树是一种自平衡的二叉查找树，是计算机科学中用到的一种数据结构，它是在1972年由Rudolf Bayer发明的，当时被称之为平衡二叉B树，后来，在1978年被

Leoj.Guibas和Robert Sedgewick修改为如今的"红黑树"。它是一种特殊的二叉查找树，红黑树的每一个节点上都有存储位表示节点的颜色，可以是红或者黑；

红黑树不是高度平衡的，它的平衡是通过"红黑树的特性"进行实现的；

红黑树的特性：

每一个节点或是红色的，或者是黑色的。
根节点必须是黑色
每个叶节点(Nil)是黑色的；（如果一个节点没有子节点或者父节点，则该节点相应的指针属性值为Nil，这些Nil视为叶节点）
如果某一个节点是红色，那么它的子节点必须是黑色(不能出现两个红色节点相连的情况)
对每一个节点，从该节点到其所有后代叶节点的简单路径上，均包含相同数目的黑色节点；

如下图所示就是一个

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-AWCyvTPy-1681788575306)(img/1562653205543.png)]

在进行元素插入的时候，和之前一样；每一次插入完毕以后，使用黑色规则进行校验，如果不满足红黑规则，就需要通过变色，左旋和右旋来调整树，使其满足红黑规则；

第三章 List接口

我们掌握了Collection接口的使用后，再来看看Collection接口中的子类，他们都具备那些特性呢？

接下来，我们一起学习Collection中的常用几个子类（java.util.List集合、java.util.Set集合）。

3.1 List接口介绍

java.util.List接口继承自Collection接口，是单列集合的一个重要分支，习惯性地会将实现了List接口的对象称为List集合。在List集合中允许出现重复的元素，所有的元素是以一种线性方式进行存储的，在程序中可以通过索引来访问集合中的指定元素。另外，List集合还有一个特点就是元素有序，即元素的存入顺序和取出顺序一致。

看完API，我们总结一下：

List接口特点：

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

tips:我们在基础班的时候已经学习过List接口的子类java.util.ArrayList类，该类中的方法都是来自List中定义。

3.2 List接口中常用方法

List作为Collection集合的子接口，不但继承了Collection接口中的全部方法，而且还增加了一些根据元素索引来操作集合的特有方法，如下：

public void add(int index, E element): 将指定的元素，添加到该集合中的指定位置上。
public E get(int index):返回集合中指定位置的元素。
public E remove(int index): 移除列表中指定位置的元素, 返回的是被移除的元素。
public E set(int index, E element):用指定元素替换集合中指定位置的元素,返回值的更新前的元素。

List集合特有的方法都是跟索引相关，我们在基础班都学习过。

tips:我们之前学习Colletion体系的时候，发现List集合下有很多集合，它们的存储结构不同，这样就导致了这些集合它们有各自的特点，供我们在不同的环境下使用，那么常见的数据结构有哪些呢？在下一章我们来介绍：

3.3 ArrayList集合

java.util.ArrayList集合数据存储的结构是数组结构。元素增删慢，查找快，由于日常开发中使用最多的功能为查询数据、遍历数据，所以ArrayList是最常用的集合。

许多程序员开发时非常随意地使用ArrayList完成任何需求，并不严谨，这种用法是不提倡的。

3.4 LinkedList集合

java.util.LinkedList集合数据存储的结构是链表结构。方便元素添加、删除的集合。

LinkedList是一个双向链表，那么双向链表是什么样子的呢，我们用个图了解下

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-uAsxiPoM-1681788575307)(img/%E5%8F%8C%E5%90%91%E9%93%BE%E8%A1%A8.png)]

实际开发中对一个集合元素的添加与删除经常涉及到首尾操作，而LinkedList提供了大量首尾操作的方法。这些方法我们作为了解即可：

public void addFirst(E e):将指定元素插入此列表的开头。
public void addLast(E e):将指定元素添加到此列表的结尾。
public E getFirst():返回此列表的第一个元素。
public E getLast():返回此列表的最后一个元素。
public E removeFirst():移除并返回此列表的第一个元素。
public E removeLast():移除并返回此列表的最后一个元素。
public E pop():从此列表所表示的堆栈处弹出一个元素。
public void push(E e):将元素推入此列表所表示的堆栈。
public boolean isEmpty()：如果列表不包含元素，则返回true。

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

public class Demo04LinkedList {
	public static void main(String[] args) {
		method4();
	}
	/*
	 *  void push(E e)： 压入。把元素添加到集合的第一个位置。
	 *  E pop()： 弹出。把第一个元素删除，然后返回这个元素。
	 */
	public static void method4() {
		//创建LinkedList对象
		LinkedList<String> list = new LinkedList<>();
		//添加元素
		list.add("达尔文");
		list.add("达芬奇");
		list.add("达尔优");
		System.out.println("list:" + list);
		//调用push在集合的第一个位置添加元素
		//list.push("爱迪生");
		//System.out.println("list:" + list);//[爱迪生, 达尔文, 达芬奇, 达尔优]
		
		//E pop()： 弹出。把第一个元素删除，然后返回这个元素。
		String value = list.pop();
		System.out.println("value:" + value);//达尔文
		System.out.println("list:" + list);//[达芬奇，达尔优]
	}
	
	/*
	 * E removeFirst()：删除第一个元素
	 * E removeLast()：删除最后一个元素。
	 */
	public static void method3() {
		//创建LinkedList对象
		LinkedList<String> list = new LinkedList<>();
		//添加元素
		list.add("达尔文");
		list.add("达芬奇");
		list.add("达尔优");
		//删除集合的第一个元素
//		String value = list.removeFirst();
//		System.out.println("value:" + value);//达尔文
//		System.out.println("list:" + list);//[达芬奇，达尔优]
		
		//删除最后一个元素
		String value = list.removeLast();
		System.out.println("value:" + value);//达尔优
		System.out.println("list:" + list);//[达尔文， 达芬奇]
	}
	
	/*
	 * E getFirst()： 获取集合中的第一个元素
	 * E getLast()： 获取集合中的最后一个元素
	 */
	public static void method2() {
		//创建LinkedList对象
		LinkedList<String> list = new LinkedList<>();
		//添加元素
		list.add("达尔文");
		list.add("达芬奇");
		list.add("达尔优");
		
		System.out.println("list:" + list);
		//获取集合中的第一个元素
		System.out.println("第一个元素是：" + list.getFirst());
		//获取集合中的最后一个元素怒
		System.out.println("最后一个元素是：" + list.getLast());
	} 
	
	
	/*
	 * void addFirst(E e)： 在集合的开头位置添加元素。
	 * void addLast(E e)： 在集合的尾部添加元素。
	 */
	public static void method1() {
		//创建LinkedList对象
		LinkedList<String> list = new LinkedList<>();
		//添加元素
		list.add("达尔文");
		list.add("达芬奇");
		list.add("达尔优");
		//打印这个集合
		System.out.println("list:" + list);//[达尔文, 达芬奇, 达尔优]
		//调用addFirst添加元素
		list.addFirst("曹操");
		System.out.println("list:" + list);//[曹操, 达尔文, 达芬奇, 达尔优]
		//调用addLast方法添加元素
		list.addLast("大乔");
		System.out.println("list:" + list);//[曹操, 达尔文, 达芬奇, 达尔优, 大乔]
		
	}
}

第四章 Set接口

java.util.Set接口和java.util.List接口一样，同样继承自Collection接口，它与Collection接口中的方法基本一致，并没有对Collection接口进行功能上的扩充，只是比Collection接口更加严格了。与List接口不同的是，Set接口都会以某种规则保证存入的元素不出现重复。

Set集合有多个子类，这里我们介绍其中的java.util.HashSet、java.util.LinkedHashSet、java.util.TreeSet这两个集合。

tips:Set集合取出元素的方式可以采用：迭代器、增强for。

4.1 HashSet集合介绍

java.util.HashSet是Set接口的一个实现类，它所存储的元素是不可重复的，并且元素都是无序的(即存取顺序不能保证不一致)。java.util.HashSet底层的实现其实是一个java.util.HashMap支持，由于我们暂时还未学习，先做了解。

HashSet是根据对象的哈希值来确定元素在集合中的存储位置，因此具有良好的存储和查找性能。保证元素唯一性的方式依赖于：hashCode与equals方法。

我们先来使用一下Set集合存储，看下现象，再进行原理的讲解:

public class HashSetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建 Set集合
        HashSet<String>  set = new HashSet<String>();

        //添加元素
        set.add(new String("cba"));
        set.add("abc");
        set.add("bac"); 
        set.add("cba");  
        //遍历
        for (String name : set) {
            System.out.println(name);
        }
    }
}

输出结果如下，说明集合中不能存储重复元素：

cba
abc
bac

tips:根据结果我们发现字符串"cba"只存储了一个，也就是说重复的元素set集合不存储。

4.2 HashSet集合存储数据的结构（哈希表）

什么是哈希表呢？

在JDK1.8之前，哈希表底层采用数组+链表实现，即使用数组处理冲突，同一hash值的链表都存储在一个数组里。但是当位于一个桶中的元素较多，即hash值相等的元素较多时，通过key值依次查找的效率较低。而JDK1.8中，哈希表存储采用数组+链表+红黑树实现，当链表长度超过阈值（8）时，将链表转换为红黑树，这样大大减少了查找时间。

简单的来说，哈希表是由数组+链表+红黑树（JDK1.8增加了红黑树部分）实现的，如下图所示。

看到这张图就有人要问了，这个是怎么存储的呢？

为了方便大家的理解我们结合一个存储流程图来说明一下：

总而言之，JDK1.8引入红黑树大程度优化了HashMap的性能，那么对于我们来讲保证HashSet集合元素的唯一，其实就是根据对象的hashCode和equals方法来决定的。如果我们往集合中存放自定义的对象，那么保证其唯一，就必须复写hashCode和equals方法建立属于当前对象的比较方式。

4.3 HashSet存储自定义类型元素

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

创建自定义Student类:

public class Student {
    private String name;
    private int age;

	//get/set
    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o)
            return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass())
            return false;
        Student student = (Student) o;
        return age == student.age &&
               Objects.equals(name, student.name);
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age);
    }
}

创建测试类:

public class HashSetDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        //创建集合对象   该集合中存储 Student类型对象
        HashSet<Student> stuSet = new HashSet<Student>();
        //存储 
        Student stu = new Student("于谦", 43);
        stuSet.add(stu);
        stuSet.add(new Student("郭德纲", 44));
        stuSet.add(new Student("于谦", 43));
        stuSet.add(new Student("郭麒麟", 23));
        stuSet.add(stu);

        for (Student stu2 : stuSet) {
            System.out.println(stu2);
        }
    }
}
执行结果：
Student [name=郭德纲, age=44]
Student [name=于谦, age=43]
Student [name=郭麒麟, age=23]

4.4 LinkedHashSet

我们知道HashSet保证元素唯一，可是元素存放进去是没有顺序的，那么我们要保证有序，怎么办呢？

在HashSet下面有一个子类java.util.LinkedHashSet，它是链表和哈希表组合的一个数据存储结构。

演示代码如下:

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

4.5 TreeSet集合

1. 特点

TreeSet集合是Set接口的一个实现类,底层依赖于TreeMap,是一种基于红黑树的实现,其特点为：

元素唯一
元素没有索引
使用元素的自然顺序对元素进行排序，或者根据创建 TreeSet 时提供的 Comparator 比较器
进行排序，具体取决于使用的构造方法：

public TreeSet()：								根据其元素的自然排序进行排序
public TreeSet(Comparator<E> comparator):    根据指定的比较器进行排序

2. 演示

案例演示自然排序(20,18,23,22,17,24,19):

public static void main(String[] args) {
	//无参构造,默认使用元素的自然顺序进行排序
	TreeSet<Integer> set = new TreeSet<Integer>();
	set.add(20);
	set.add(18);
  	set.add(23);
  	set.add(22);
  	set.add(17);
  	set.add(24);
  	set.add(19);
  	System.out.println(set);
}

控制台的输出结果为:
[17, 18, 19, 20, 22, 23, 24]

案例演示比较器排序(20,18,23,22,17,24,19):

public static void main(String[] args) {
  	//有参构造,传入比较器,使用比较器对元素进行排序
  	TreeSet<Integer> set = new TreeSet<Integer>(new Comparator<Integer>() {
    	@Override
    	public int compare(Integer o1, Integer o2) {
      		//元素前 - 元素后 : 升序
      		//元素后 - 元素前 : 降序
      		return o2 - o1;
    	}
  	});
  	set.add(20);
  	set.add(18);
  	set.add(23);
  	set.add(22);
  	set.add(17);
  	set.add(24);
  	set.add(19);
  	System.out.println(set);
}

控制台的输出结果为:
[24, 23, 22, 20, 19, 18, 17]

第五章 Collections类

5.1 Collections常用功能

java.utils.Collections是集合工具类，用来对集合进行操作。

常用方法如下：
public static void shuffle(List list) :打乱集合顺序。
public static void sort(List list):将集合中元素按照默认规则排序。
public static void sort(List list，Comparator ):将集合中元素按照指定规则排序。

代码演示：

public class CollectionsDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
   
        list.add(100);
        list.add(300);
        list.add(200);
        list.add(50);
        //排序方法 
        Collections.sort(list);
        System.out.println(list);
    }
}
结果：
[50,100, 200, 300]

我们的集合按照默认的自然顺序进行了排列，如果想要指定顺序那该怎么办呢？

5.2 Comparator比较器

创建一个学生类，存储到ArrayList集合中完成指定排序操作。

Student 类

public class Student{
    private String name;
    private int age;
	//构造方法
    //get/set
 	//toString
}

测试类：

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建四个学生对象 存储到集合中
        ArrayList<Student> list = new ArrayList<Student>();

        list.add(new Student("rose",18));
        list.add(new Student("jack",16));
        list.add(new Student("abc",20));
		Collections.sort(list, new Comparator<Student>() {
  		  @Override
    		public int compare(Student o1, Student o2) {
        	return o1.getAge()-o2.getAge();//以学生的年龄升序
   		 }
		});


        for (Student student : list) {
            System.out.println(student);
        }
    }
}
Student{name='jack', age=16}
Student{name='rose', age=18}
Student{name='abc', age=20}

5.3 可变参数

在JDK1.5之后，如果我们定义一个方法需要接受多个参数，并且多个参数类型一致，我们可以对其简化.

格式：

修饰符 返回值类型 方法名(参数类型... 形参名){  }

代码演示:

  public class ChangeArgs {
    public static void main(String[] args) {
        int sum = getSum(6, 7, 2, 12, 2121);
        System.out.println(sum);
    }
    
    public static int getSum(int... arr) {
   		int sum = 0;
   	     for (int a : arr) {
         sum += a;
        }
   		 return sum;
    }
}

注意：

1.一个方法只能有一个可变参数

2.如果方法中有多个参数，可变参数要放到最后。

应用场景: Collections

在Collections中也提供了添加一些元素方法：

public static boolean addAll(Collection c, T... elements) :往集合中添加一些元素。