JavaSE 集合框架及背后的数据结构

1 介绍

集合： 是什么？ 它把数据结构全部封装好了！！！比如ArrayList的背后其实就是顺序表。
Java集合框架Java Collection Framework ，又被称为容器 container ，是定义在 java.util 包下的一组接口 interfaces 和其实现类 classes 。
其主要表现为将多个元素 element 置于一个单元中，用于对这些元素进行快速、便捷的存储 store 、检索retrieve 、管理 manipulate ，即平时我们俗称的增删查改 CRUD 。
例如，一副扑克牌(一组牌的集合)、一个邮箱(一组邮件的集合)、一个通讯录(一组姓名和电话的映射关系)等等。
类和接口的总览图如下图所示：

图中浅黄色的代表接口，浅蓝色的代表抽象类，深黄色的代表具体实现类。比如Collection接口和Iterable接口之间就是拓展extends关系；AbstractList这个抽象类和List之间就是implements关系。Collection接口一般存储“单个”元素；Queue接口代表队列，Set接口代表集合（数学意义上的集合），List接口代表顺序表、链表。迭代器就比如我们遍历数组用for循环，那么遍历集合就可以用Iterator来进行遍历；对象比较有Comparable和Comparator;操作数组的工具类Arrays,操作集合的工具类Collections。
所以对于上面这张图我们目前要认识到两个点：（1）关系：接口-接口；类-接口。（2）每一个具体的实现类到底实现了哪些接口。

集合有很多，为什么？
答：因为集合背后都是数据结构。描述和组织数据的方式不一样，造就了有这么多的数据结构，也就是为什么有这么多的集合，也就是场景不一样。

2 学习的意义

2.1 Java 集合框架的优点及作用

1. 使用成熟的集合框架，有助于我们便捷、快速的写出高效、稳定的代码。
2. 学习背后的数据结构知识，有助于我们理解各个集合的优缺点及使用场景。

2.2 笔试及面试题

腾讯-Java后台开发面经：

1. HashMap 了解不，介绍一下，如果一个对象为 key 时，hashCode 和 equals 方法的用法要注意什么？
2. HashSet 和 HashMap 的区别是什么？
3. HashMap 是线程安全的么？那需要线程安全需要用到什么？

阿里巴巴-Java后台开发面经：

1. ArrayList 和 LinkedList 的区别是什么？
2. 有了解过 HashMap 的具体实现么？
3. HashMap 和 ConcurrentHashMap 哪个效率更高？

今日头条-Java后台开发面经：

1. 编程题：判断一个链表是否是一个回文链表。
2. Redis 的 zset 类型对应到 java 语言中大致是什么类型？
3. hashCode 主要是用来做什么用的？

3 接口 interfaces

3.1 基本关系说明

Collection： 用来存储管理一组对象 objects，这些对象一般被称为元素elements。

1. Set : 元素不能重复，背后隐含着查找/搜索的语义。
2. SortedSet : 一组有序的不能重复的元素。
3. List : 线性结构。
4. Queue : 队列。
5. Deque : 双端队列。

Map： 键值对 Key-Value-Pair ，背后隐含着查找/搜索的语义。

1. SortedMap : 一组有序的键值对。

3.2 Collection 常用方法说明

方法签名	说明
boolean add(E e)	将元素 e 放入集合中
void clear()	删除集合中的所有元素
boolean isEmpty()	判断集合是否没有任何元素，俗称空集合
boolean remove(Object e)	如果元素e出现在集合中，删除其中一个
int size()	返回集合中的元素个数
Object[] toArray()	返回一个装有所有集合中元素的数组

3.3 Collection 示例

import java.util.Collection;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //Collection collection = new ArrayList();
        //后面尖括号里也可以省略掉，写成这样的格式：Collection collection = new ArrayList();
        //指定了当前这个集合里面只能放String类型，所以放1会报错
        //collection.add(1);
        Collection<String> list = new ArrayList<>();
        System.out.println(list.size());//0
        System.out.println(list.isEmpty());//true
        list.add("我");
        list.add("爱");
        list.add("Java");
        System.out.println(list.size());//3
        System.out.println(list.isEmpty());//false
        Object[] array = list.toArray();
        System.out.println(Arrays.toString(array));//[我, 爱, Java]
        for (String s : list) {
           System.out.println(s);//我 爱 Java
         }
        list.remove("爱");
        for (String s : list) {
           System.out.println(s);//我 Java
         }
        list.clear();
        System.out.println(list.size());//0
        System.out.println(list.isEmpty());//true
        }}

3.4 Map 常用方法说明

方法签名	说明
V get(Object k)	根据指定的k查找对应的v
V getOrDefault(Object k, V defaultValue)	根据指定的k查找对应的v,没有找到用默认值代替
V put(K key, V value)	将指定的k-v放入Map
boolean containsKey(Object key)	判断是否包含k
boolean containsValue(Object value)	判断是否包含value
set>entrySet()	将所有键值对返回
boolean isEmpty()	判断是否为空
int size()	返回键值对的数量

3.5 Map 示例

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

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, String> map = new HashMap<>();
        System.out.println(map.size());//0
        System.out.println(map.isEmpty());//true
        System.out.println(map.get("作者"));//null
        System.out.println(map.getOrDefault("作者", "佚名"));//佚名
        System.out.println(map.containsKey("作者"));//false
        System.out.println(map.containsValue("佚名"));//false
        map.put("作者", "鲁迅");
        map.put("标题", "狂人日记");
        map.put("发表时间", "1918年");
        System.out.println(map.size());//3
        System.out.println(map.isEmpty());//false
        System.out.println(map.get("作者"));//鲁迅
        System.out.println(map.getOrDefault("作者", "佚名"));//鲁迅
        System.out.println(map.containsKey("作者"));//true
        System.out.println(map.containsValue("佚名"));//false
        for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
           System.out.println(entry.getKey());//作者 发表时间 标题
           System.out.println(entry.getValue());//鲁迅 1918年 狂人日记
         }
        }
       }

4 实现 classes

除此之外，我们还会学习 java 中的栈 Stack。

5 Java数据结构知识体系

5.1 目标

1. 学习集合框架的基本使用。
2. 学习基本的数据结构知识。
3. 学习七大基于比较的排序算法。
4. 学习相关的 java 知识点。

5.2 知识点

集合框架的使用：

1. Collection
2. List
3. ArrayList
4. LinkedList
5. Stack
6. Queue
7. PriorityQueue
8. Deque
9. Set
10. HashSet
11. TreeSet
12. Map
13. HashMap
14. TreeMap
15. Collections

数据结构的理论及实现：

1. 顺序表
2. 链表
3. 栈
4. 队列
5. 二叉树
6. 堆

排序算法：

1. 插入排序
2. 希尔排序
3. 选择排序
4. 堆排序
5. 冒泡排序
6. 快速排序
7. 归并排序

Java 语法：

1. 泛型 Generic
2. 自动装箱 autobox 和自动拆箱 autounbox
3. Object 的 equals 方法
   比特科技
4. Comparable 和 Comparator 接口