Java-集合类

集合

Java集合是Java中用于存储和管理一组对象的工具。Java集合提供了相应的方法，用于用户对集合内数据的操作。
Java集合类提供了许多不同的数据结构，如列表、队列、栈、集合和映射，以满足不同类型的编程需求。

程序中如何存储大批量同类型的数据呢？使用数组是没有在学习集合时唯一的办法，数组确实好用，但是有一个缺陷就是数组是固定长度，不管是在定义时设置的长度，还是申请空间时设置的长度，都是有一个长度限制的，存储的数据超过了这个长度，那么就会产生数组下标越界异常。

那么如果在申请内存时，干脆就申请一块很大的空间呢？那不就可以了？但是如果这样申请内存的话，极易造成空间浪费，有可能你申请很大的一块内存，但是只需要使用其中的一点，又或者需要使用的空间还是超过了你申请的空间大小，那么使用起来还是非常的不方便。
这个时候 集合 就出现了，集合的长度是可变的，内存空间随着数据得存入而逐渐得变大，能够很方便使用者，而不同的集合还有着不同的特点方法，对应不同的需要只需要选取不同的集合即可。以下是常见集合之间的继承关系图。

Collection 接口

collection接口作为LIst与Set集合的父类接口，提供很多的通用方法供两个集合进行使用，以下就是此接口提供的方法。方向详细自行查看JavaAPI。

以上的方法，List与Set接口都是可以使用的。

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List集合

List接口继承了Collection接口，因此包含了Collection接口的所有方法，此外还定义了两个重要的方法：

1. get(int index) : 获得指定索引的元素。
2. set(int index,Object obj) : 将指定索引位置的元素对象，修改为obj。

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List接口，下面的继承类的底层实现一般分为两种：

1. 以ArrarList为代表的继承类，底层实现为动态数组。有下标，查询元素方便，插入、删除元素复杂。
2. 以LinkedList为代表的继承类，底层实现为链表。无下标，查询元素复杂，插入、删除元素简单。

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ArrayList类

ArrayList是Java中的一种数据结构，属于java.util包。它实现了List接口，并提供了用于操作数据的方法。ArrarList的底层代码实现是使用数组实现的，所以可以通过下标来找到指定元素。

主要特性：

1. 动态数组：ArrayList是一个动态数组，这意味着它可以在运行时增长和收缩。当你添加元素并且已经达到了当前的容量时，ArrayList会自动增长其容量。
2. 索引：ArrayList中的每个元素都有一个索引，可以通过这个索引快速访问元素。
3. 线程不安全：ArrayList不是线程安全的，这意味着多个线程同时修改ArrayList可能会导致问题。如果需要在多线程环境中使用，可以考虑使用Collections.synchronizedList()来包装它。
4. null元素：ArrayList允许存储null元素。
5. 性能：ArrayList通常比LinkedList更快，因为它使用更少的内存，并且缓存了数组的长度。然而，如果你需要频繁地在列表的开头或中间插入或删除元素，那么LinkedList可能是一个更好的选择。

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常用方法：

• add(E e): 将指定的元素追加到此列表的末尾。
• add(int index, E element): 在此列表中的指定位置插入指定的元素。
• get(int index): 返回此列表中指定位置的元素。
• remove(int index): 从此列表中移除指定位置的元素。
• size(): 返回此列表中的元素数。
• isEmpty(): 如果此列表中没有元素，则返回true。
• clear(): 从此列表中移除所有元素。
• contains(Object o): 如果此列表包含指定的元素，则返回true。 如果此列表包含指定的元素，则返回true。

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示例：

import java.util.ArrayList;   
  
public class Main {  
  public static void main(String[] args) {  
    // 创建一个ArrayList对象  
    ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();  
   
    // 添加元素到ArrayList  
    list.add("Element 1");  
    list.add("Element 2");  
    list.add("Element 3");  
   
    // 输出ArrayList的元素  
    for (String element : list) {  
      System.out.println(element);  
    }  
  }  
}

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Set集合

在Java中，Set是一种集合，它用于存储不重复元素的集合。Set集合中的每个元素都是唯一的，它们按照自然顺序或者自定义顺序进行排序。 由于Set集合的底层实现是通过哈希表实现的，简略来说就是，由于哈希表在添加数据时，会通过哈希函数计算出哈希值，而哈希值是唯一的，而将哈希值作为该元素的下标，将元素存储在对应的位置下，那么如果添加两个重新的元素时，由于哈希值是一样的，那么该位置就会有元素存储，那么第二个元素就不能存储进哈希表中，以此来保证数据的唯一性。

Java中提供了几个实现Set接口的类，包括：

1. HashSet： HashSet是基于哈希表的Set实现。它不保证元素的顺序，允许null元素，但不允许null作为键。
2. TreeSet： TreeSet是基于红黑树的Set实现。它按照元素的自然顺序或者自定义顺序进行排序，不允许null元素。
3. LinkedHashSet： LinkedHashSet是基于哈希表和链表的Set实现。它按照元素的插入顺序进行排序，允许null元素。
4. EnumSet： EnumSet是基于枚举类型的Set实现。它不允许null元素，但允许枚举类型的元素。

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基本方法： 这些类都实现了Set接口，因此它们都具有Set的基本操作方法。
包括：

1、添加元素：使用add()方法将元素添加到Set集合中。
2、删除元素：使用remove()方法将元素从Set集合中删除。
3、包含元素：使用contains()方法检查Set集合是否包含指定元素。
4、获取元素数量：使用size()方法获取Set集合中元素的数量。
5、遍历元素：使用iterator()方法获取Set集合的迭代器，并使用迭代器遍历集合中的元素。

需要注意的是，由于Set集合中的元素是唯一的，因此如果尝试添加已经存在的元素，该操作将不会有任何效果。

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HashSet集合

HashSet类是Set接口的一个实现类，它使用哈希表（HashMap）来存储集合中的元素。HashSet类不保证集合中元素的顺序。此类允许使用null元素。
HashSet集合中的元素是无序的，即它们不会按照任何特定的顺序进行排列。

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特性：

1. 不允许重复元素：HashSet集合中的每个元素都是唯一的，不会存储重复的元素。如果尝试向集合中添加已存在的元素，该操作将不会有任何影响。
2. 无序集合：HashSet集合中的元素没有固定的顺序。这意味着无法预测或依赖于元素的迭代顺序。
3. 允许null元素：HashSet集合中可以包含一个null元素。
4. 线程不安全：HashSet类不是线程安全的。如果多个线程同时修改HashSet集合，可能会导致不可预测的结果。如果需要在多线程环境中使用HashSet，可以考虑使用Collections.synchronizedSet()方法来获取一个同步的集合。
5. 性能：HashSet的性能通常优于ArrayList和LinkedList，特别是在添加和查询元素时。这是因为它基于HashMap实现，而HashMap的查找和插入操作的时间复杂度都是O(1)。

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示例

import java.util.HashSet;  
  
public class HashSetExample {  
    public static void main(String[] args) {  
        // 创建一个新的HashSet集合  
        HashSet<String> set = new HashSet<>();  
  
        // 向集合中添加元素  
        set.add("Apple");  
        set.add("Banana");  
        set.add("Orange");  
  
        // 打印集合的内容  
        System.out.println("Set: " + set);  
  
        // 检查集合是否包含某个元素  
        System.out.println("Contains 'Apple': " + set.contains("Apple"));  
  
        // 删除一个元素  
        set.remove("Banana");  
        System.out.println("Set after removing 'Banana': " + set);  
  
        // 遍历集合  
        for (String item : set) {  
            System.out.println("Item: " + item);  
        }  
    }  
}

注意：由于HashSet是无序的，因此每次迭代输出的顺序可能会不同。

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TreeSet集合

Java的TreeSet是一种基于TreeMap实现的类，它是一个有序的、不包含重复元素的集合。TreeSet中的元素可以是任何排序的对象，例如Integer、String或自定义对象。自定义对象需要自定义排序方法。

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特性 ：

1. 元素的排序：TreeSet中的元素默认按照自然排序（升序）进行排列。例如，数字默认按照升序排列，字符串按照字典顺序排列。
2. 元素的排序：TreeSet中的元素默认按照自然排序（升序）进行排列。例如，数字默认按照升序排列，字符串按照字典顺序排列。
3. 元素的添加：你可以使用add()方法向TreeSet中添加元素。
4. 元素的删除：你可以使用remove()方法从TreeSet中删除元素。
5. 查找元素：你可以使用contains()方法检查TreeSet中是否包含某个元素。
6. 遍历元素：你可以使用迭代器或增强for循环遍历TreeSet中的元素。

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示例：

import java.util.TreeSet;  
  
public class TreeSetExample {  
    public static void main(String[] args) {  
        // 创建一个新的TreeSet集合  
        TreeSet<Integer> set = new TreeSet<>();  
  
        // 向集合中添加元素  
        set.add(5);  
        set.add(3);  
        set.add(8);  
        set.add(1);  
        set.add(9);  
  
        // 打印集合的内容  
        System.out.println("Set: " + set);  
  
        // 检查集合是否包含某个元素  
        System.out.println("Contains 3: " + set.contains(3));  
  
        // 删除一个元素  
        set.remove(5);  
        System.out.println("Set after removing 5: " + set);  
    }  
}

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Map集合

Java中的Map接口是一个关联数组，可以存储键-值对，其中键是唯一的。Map接口在java.util包中。
它的实现类包括HashMap、TreeMap、LinkedHashMap等。

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Map接口内的常用方法：

1. size()：返回Map中的键-值对的数量。
2. isEmpty()：判断Map是否为空。
3. containsKey(Object key)：判断Map中是否包含指定的键。
4. containsValue(Object value)：判断Map中是否包含指定的值。
5. get(Object key)：根据指定的键获取对应的值，如果键不存在则返回null。
6. put(K key, V value)：将指定的键-值对添加到Map中。
7. remove(Object key)：根据指定的键删除Map中的键-值对，并返回被删除的值。
8. clear()：清空Map中的所有键-值对。

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只要实现了Map接口的类，那么以上的方法都是可以使用的。

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HashMap

HashMap是Java中Map接口的一种常用实现，它可以存储键值对，其中键是唯一的。
HashMap类在java.util包中。

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常用方法：

1. 允许使用null键和null值。
2. isEmpty()：判断HashMap是否为空。
3. containsKey(Object key)：判断HashMap中是否包含指定的键。
4. containsValue(Object value)：判断HashMap中是否包含指定的值。
5. get(Object key)：根据指定的键获取对应的值，如果键不存在则返回null。
6. put(K key, V value)：将指定的键值对添加到HashMap中。
7. remove(Object key)：根据指定的键删除HashMap中的键值对，并返回被删除的值。
8. remove(Object key)：根据指定的键删除HashMap中的键值对，并返回被删除的值。

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小细节： 在HashMap的put方法添加新的键值对时，如果此时的键已经在HashMap中存在，那么put方法还是会执行成功，且将键值对的值进行替换，将旧的值返回，将新的值覆盖之前的值。

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TreeMap

TreeMap是Java中Map接口的一种实现，它可以存储键值对，其中键是唯一的。TreeMap类在java.util包中。

TreeMap的底层实现是红黑树（Red-Black Tree），这是一种自平衡的二叉搜索树。

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特点：

1. TreeMap中的键必须实现Comparable接口，或者提供一个Comparator对象作为构造函数的参数，用于指定键的排序顺序。
2. TreeMap中的键值对是按照键的排序顺序进行存储的，因此可以根据键的顺序遍历TreeMap中的元素。
3. 不允许使用null键和null值。
4. 线程不同步，即不是线程安全的。如果需要多个线程同时访问TreeMap，需要使用Collections.synchronizedMap()方法来获取线程安全的Map。
5. 底层实现是红黑树（Red-Black Tree），查询、插入和删除操作的时间复杂度都是O(log n)。

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常用方法：

1. size()：返回TreeMap中的键值对数量。
2. isEmpty()：判断TreeMap是否为空。
3. containsKey(Object key)：判断TreeMap中是否包含指定的键。
4. containsValue(Object value)：判断TreeMap中是否包含指定的值。
5. get(Object key)：根据指定的键获取对应的值，如果键不存在则返回null。
6. put(K key, V value)：将指定的键值对添加到TreeMap中。
7. remove(Object key)：根据指定的键删除TreeMap中的键值对，并返回被删除的值。
8. clear()：清空TreeMap中的所有键值对。

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双列集合的选用：如果不需要键值对排序的话，使用HashMap的效率会比TreeMap的效率高，如果需要排序的话，那么使用TreeMap的效果会更好。

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End