集合框架和泛型二

一、Set接口

1. Set接口概述

java.util.Set 不包含重复元素的集合、不能保证存储的顺序、只允许有一个 null。

public interface Set
extends Collection

抽象方法，都是继承自 java.util.Collection 接口。
Set 集合的实现类有很多，在此我们重点了解 HashSet 、 TreeSet 、 LinkedHashSet。
不允许使用索引：Set集合中没有提供使用索引来访问元素的方法，因为元素没有固定的顺序。
非同步：不是线程安全的。
HashSet：基于哈希表实现，具有O(1)的平均时间复杂度的查找、插入和删除操作。
TreeSet：基于红黑树实现，具有排序功能，元素会按照自然排序或指定的比较器顺序进行排序。
LinkedHashSet：基于哈希表和链表实现，保留元素的插入顺序，具有O(1)的平均时间复杂度的查找、插入和删除操作。

2.HashSet

public class HashSet
extends AbstractSet
implements Set, Cloneable, Serializable

实现了 Set 接口，底层实现是 HashMap 。不保证迭代顺序，允许 null 元素。

• 非线程安全的
• 如果 add 的值已存在( equals 方法返回 true ,基本数据类型自动装箱)返回 false
• 如果 HashSet 中存的是对象，需要重写此对象类中的 equals 和 hashCode() 方法
  HashSet集合的特点：
  （1）元素唯一性：不允许重复的元素。每个元素只能存在一次。
  （2）无序性
  （3）基于哈希表
  （4）非同步
  （5）只能存在一个null元素

HashSet()	构造一个新的空集合; 底层实现HashMap实例具有默认初始容量（16）和负载因子（0.75）。
HashSet(Collection c)	构造一个包含指定集合中的元素的新集合
HashSet(int initialCapacity)	构造一个新的空集合,默认初始容量(initialCapacity)和负载因子(0.75)
HashSet(int initialCapacity, float loadFactor)	构造一个新的空集合; 底层HashMap实例具有指定的初始容量和指定的负载因子

3.TreeSet

public class TreeSet
extends AbstractSet
implements NavigableSet, Cloneable, Serializable

• 非线程安全
• 值必须可比较(元素实现 Comparable 接口、传递 比较器 Comparator 对象)
• 不能存 null
• 判断是否是重复元素，是按照自然比较/比较器进行比较

就是说a.compareTo(b) == 0,如果是 true ，那么 add(a) 之后的 add(b) 将会返回 false ，也就是添加失败。

ceiling(E e)	E	返回此集合中大于或等于给定元素的最小元素，如果没有这样的元素，则返回null。
floor(E e)	E	返回此集合中小于或等于给定元素的最大元素，如果没有这样的元素，则返回null。
–	–	–
headSet(E toElement)	SortedSet<[E]>	返回此集合中元素严格小于toElement的部分的视图。
–	–	–
tailSet(E fromElement)	SortedSet<[E]>	返回此集合中元素严格大于或等于fromElement的部分的视图。
–	–	–
higher(e)	E	返回此集合中严格大于给定元素的最小元素，如果没有这样的元素，则返回null
–	–	–
higher(e)	lower(e)	返回此集合中严格小于给定元素的最大元素，如果没有这样的元素，则返回null。

TreeSet set = new TreeSet(List.of("null", "a", "a", "b", "c", "e", "f",
"g"));
System.out.println(set); // [a, b, c, e, f, g, null]
// 返回此集合中大于或等于给定元素的最小元素，如果没有这样的元素，则返回null。
String ceiling = set.ceiling("d");
System.out.println(ceiling);// e
// 返回当前在此集合中的第一个（最低的）元素。
String first = set.first();
System.out.println(first); // a
// 返回此集合中小于或等于给定元素的最大元素，如果没有这样的元素，则返回null。
String floor = set.floor("d");
System.out.println(floor); // c
// 返回此集合中元素严格小于toElement的部分的视图。
SortedSet headSet = set.headSet("c");
System.out.println(headSet); // a, b
// 返回此集合中严格大于给定元素的最小元素，如果没有这样的元素，则返回null。
String higher = set.higher("c");
System.out.println(higher); // e
// 返回此集合中元素严格大于或等于fromElement的部分的视图。
SortedSet tailSet = set.tailSet("c");
System.out.println(tailSet); // c, e, f, g, null
// 迭代
for (Object obj : set){
System.out.println(obj);
}

4.LinkedHashSet

public class LinkedHashSet
extends HashSet
implements Set, Cloneable, java.io.Serializable

• 哈希表和双向链表实现的 Set 接口
• 具有可预测的迭代次序(有序)
• 内部实现是 LinkedHashMap ，顺序是插入顺序

二、Iterator接口

1.Iterator接口概述

Iterator接口表示对集合进行迭代的迭代器。Iterator接口为集合而生，专门实现集合的遍历。主要有两个方法：

• hasNext()：判断是否存在下一个可以访问的元素，有返回true。
• next()：返回要访问的下一个元素。
  由Collection接口派生的类或接口，都实现了iterator()方法，iterator()方法返回一个Iterator对象。

2.使用Iterator遍历集合

package collection;

import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;
import java.util.Set;

/**
 * 创建一个Map，完成以下操作：
 *  将我国省份和其简称存到 Map 集合中
 *  将省份名称中包含"江"的省份从集合中删除
 *  遍历输出集合元素
 */
public class Basic {
    public static void main(String[] args) {
        Map map=new HashMap();
        map.put("北京", "京");
        map.put("上海", "沪");
        map.put("天津", "津");
        map.put("重庆", "渝");
        map.put("河北", "冀");
        map.put("山西", "晋");
        map.put("辽宁", "辽");
        map.put("吉林", "吉");
        map.put("黑龙江", "黑");
        map.put("江苏", "苏");
        map.put("浙江", "浙");
        map.put("安徽", "皖");
        map.put("福建", "闽");
        map.put("江西", "赣");
        map.put("山东", "鲁");
        map.put("河南", "豫");
        map.put("湖北", "鄂");
        map.put("湖南", "湘");
        map.put("广东", "粤");
        map.put("海南", "琼");
        map.put("四川", "川");
        map.put("贵州", "黔");
        map.put("云南", "滇");
        map.put("陕西", "陕");
        map.put("甘肃", "甘");
        map.put("青海", "青");
        map.put("台湾", "台");
        map.put("内蒙古", "蒙");
        map.put("广西", "桂");
        map.put("西藏", "藏");
        map.put("宁夏", "宁");
        map.put("新疆", "新");
        map.put("香港", "港");
        map.put("澳门", "澳");
        System.out.println(map.size());

        //将省份名称中包含"江"的省份从集合中删除
        Set> entries = map.entrySet();
        Iterator> iterator = entries.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            Map.Entry next = iterator.next();
            if (next.getKey().contains("江")){
                iterator.remove();
            }
        }

        //遍历
        for (String key:map.keySet()) {
            System.out.println(key);
        }
        System.out.println(map.size());
    }
}

三、Map接口

Map 接口不是 Collection 的子接口，使用键、值映射表来存储。

public interface Map

• Map 不能有重复的键(覆盖)，每个键可以映射到最多一个值
• 允许将映射内容视为一组键、值集合或键值映射集合
• key 不要求有序，不可以重复。 value 也不要求有序，但可以重复
• 当使用对象作为 key 时，要重写 equals 和 hashCode 方法

`JDK9` 提供了创建不可修改 Map 对象的方法：
1. Map.of
2. Map.ofEntries
3. Map.copyOf

Map 的实现类较多，在此我们关注 HashMap 、 TreeMap 、 HashTable 、 LinkedHashMap

1.TreeMap

public class TreeMap
extends AbstractMap
implements NavigableMap, Cloneable, Serializable

• 继承 AbstractMap ,一个红黑树基于 NavigableMap 实现
• 非线程安全的
• key 不能存 null ,但是 value 可以存 null
• key 必须是可比较的 (实现Comparable 接口，传递一个 Comparator 比较器)
  

2.HashTable

public class Hashtable
extends Dictionary
implements Map, Cloneable, Serializable

• 该类实现了一个哈希表，它将键映射到值
• 不允许 null 作为键和值
• 默认初始容量( initialCapacity )为 11 ，默认负载因子( loadFactor )为 0.75f
• 同步的(线程安全的)
• 不保证顺序
• 扩容方式是旧容量的2倍 +1
  - 为什么hashtable的扩容方式选择为2n+1
  - 为了均匀分布，降低冲突率
• 数组 + 链表方式存储实现Hash表存储
• 添加值时
  - 如果 hash 一样 equals 为 false 则将当前值添加到链表头
  - 如果 hash 一样 equals 为 true 则使用当前值替换原来的值 （ key 相同
  

public synchronized V put(K key, V value) {
// 值不能为 null
if (value == null) {
throw new NullPointerException();
}
// 确认 key 不在 hashtable 中存在
Entry tab[] = table;
// 计算 key 的 hash
int hash = key.hashCode();
// 找 key 应在存放在 数组中的位置
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
// index 位置的元素的 key 和 当前的 key 不一样
@SuppressWarnings("unchecked")
Entry entry = (Entry)tab[index];
for(; entry != null ; entry = entry.next) {
// 判断 key 是否相同
if ((entry.hash == hash) && entry.key.equals(key)) {
// 当 key 一样时，替换值
V old = entry.value;
entry.value = value;
return old;
}
}
// 当 key 在 hashtable 中不存在时，添加
addEntry(hash, key, value, index);
return null;
}
private void addEntry(int hash, K key, V value, int index) {
Entry tab[] = table;
// 判断是否需要 "扩容"
if (count >= threshold) {
// 对数组进行扩容 （2n + 1），将原有元素重新计算 hash
rehash();
tab = table;
// 将当前的 key 也重新计算 hash
hash = key.hashCode();
index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
}
// 原来数组中的 entry 对象
@SuppressWarnings("unchecked")
Entry e = (Entry) tab[index];
// 创建一个 新的 entry 对象， 放到 数组中
tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e);
// 元素个数 +1
count++;
// 修改次数 +1
modCount++;
}