Day12——集合
1.集合
在内存层面需要针对于多个数据进行存储。此时可以考虑的容器有：数组、集合类。
- 数组存储多个数据方面的特点：
- 数组一旦初始化，其长度就是确定的。
- 数组中的多个元素是依次紧密排列的，有序的，可重复的。
- 数组一旦初始完成，其元素的类型就是确定的。不是此类型的元素无法添加到该数组中。
- 数组中元素的类型既可以是基本数据类型，也可以是引用数据类型。
- 数组存储多个数据方面的弊端：
- 数组一旦初始化，其长度就不可变。
- 数组中存储数据特点的单一性。对于无序的、不可重复的场景的多个数据就无能为力。
- 数组中可用的方法、属性都极少。具体的需求，都需要自己来组织相关的代码逻辑。
- 针对于数组中元素的删除、插入操作，性能较差。
1.1 Java集合框架体系
- java.util.Collection：存储一个一个的数据。
- 子接口List：存储有序的、可重复的数据（”动态“数组）。ArrayList（主要实现类）、LinkedList、Vector。
- 子接口Set：存储无序的、不可重复的数据。HashSet、LinkedHashSet、TreeSet。
- java.util.Map：存储一对一对的数据。
- HashMap（主要实现类）、LinkedHashMap、TreeMap、Hashtable、Properties。
1.2 Collection接口及方法
JDK 不提供此接口的任何直接实现，而是提供更具体的子接口（如：Set 和 List）去实现。Collection 接口是 List 和 Set 接口的父接口，该接口里定义的方法既可用于操作 Set 集合，也可用于操作 List 集合。
1.2.1 常用方法
- add(Object obj)：添加元素对象到当前集合中。
- addAll(Collection other)：添加 other 集合中的所有元素对象到当前集合中，即 this = this ∪ other。
- int size()：获取当前集合中实际存储的元素个数。
- boolean isEmpty()：判断当前集合是否为空集合。
- boolean contains(Object obj)：判断当前集合中是否存在一个与 obj 对象 equals 返回 true 的元素。
- boolean containsAll(Collection coll)：判断 coll 集合中的元素是否在当前集合中都存在。即 coll 集合是否是当前集合的“子集”。
- boolean equals(Object obj)：判断当前集合与 obj 是否相等。
- void clear()：清空集合元素。
- boolean remove(Object obj) ：从当前集合中删除第一个找到的与 obj 对象 equals 返回 true 的元素。
- boolean removeAll(Collection coll)：从当前集合中删除所有与 coll 集合中相同的元素。即 this = this - this ∩ coll。
- boolean retainAll(Collection coll)：从当前集合中删除两个集合中不同的元素，使得当前集合仅保留与 coll 集合中的元素相同的元素，即当前集合中仅保留两个集合的交集，即 this = this ∩ coll。
- Object[] toArray()：返回包含当前集合中所有元素的数组。
- hashCode()：获取集合对象的哈希值。
- iterator()：返回迭代器对象，用于集合遍历。
1.2.2 集合与数组的相互转换
- 集合转数组：toArray()。
- 数组转集合：调用Arrays的静态方法asList(Object … objs)。
向Collection中添加元素时，要求元素所属的类一定要重写equals()方法。因为Collection中的相关方法在使用时，要调用元素所在类的equals()方法。
1.3 迭代器接口（Iterator）及方法
- 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。Iterator 接口也是 Java 集合中的一员，但它与Collection、Map 接口有所不同。
- Collection 接口与 Map 接口主要用于存储元素。
- Iterator，被称为迭代器接口，本身并不提供存储对象的能力，主要用于遍历 Collection 中的元素。
- Collection 接口继承了 java.lang.Iterable 接口，该接口有一个 iterator()方法，那么所有实现了 Collection 接口的集合类都有一个 iterator()方法，用以返回一个实现了 Iterator接口的对象。
- public Iterator iterator(): 获取集合对应的迭代器，用来遍历集合中的元素的。
- 集合对象每次调用 iterator()方法都得到一个全新的迭代器对象，默认游标都在集合的第一个元素之前。
1.3.1 常用方法
- public E next():返回迭代的下一个元素。作用1是将指针下移；作用2是将下移以后集合位置上的元素返回。
- public boolean hasNext():如果仍有元素可以迭代，则返回 true。
- 注意：在调用 it.next()方法之前必须要调用 it.hasNext()进行检测。若不调用，且下一条记录无效，直接调用 it.next()会抛出 NoSuchElementException 异常。
Iterator iterator = coll.iterator(); while(iterator.hasNext()){ System.out.println(iterator.next()); }
1.3.2 foreach循环
foreach 循环（也称增强 for 循环）是 JDK5.0 中定义的一个高级 for 循环，专门用来遍历数组和集合的。
foreach 循环的语法格式：
for(要遍历的集合或数组元素的类型 临时变量 : 要遍历的集合或数组变量){
//操作临时变量的输出操作
}
@Test
public void test1(){
Collection coll = new ArrayList();
coll.add("AA");
coll.add("BB");
coll.add(128);
coll.add(new String("张三"));
for (Object obj:
coll) {
System.out.println(obj);
}
}
说明：
- 针对于集合来讲，增强for循环的底层仍然使用的是迭代器。
- 增强for循环的执行过程中，是将集合或数组中的元素依次赋值给临时变量。注意，循环体中对临时变量的修改，可能不会导致原有集合或数组中元素的修改。
1.4 List接口及方法
List接口用于存储有序的、可以重复的数据。可以使用List替代数组。
1.4.1 常用方法
- add(Object obj)：添加元素对象到当前集合中。
- addAll(Collection other)：添加 other 集合中的所有元素对象到当前集合中，即 this = this ∪ other。
- int size()：获取当前集合中实际存储的元素个数。
- boolean isEmpty()：判断当前集合是否为空集合。
- boolean contains(Object obj)：判断当前集合中是否存在一个与 obj 对象 equals 返回 true 的元素。
- boolean containsAll(Collection coll)：判断 coll 集合中的元素是否在当前集合中都存在。即 coll 集合是否是当前集合的“子集”。
- boolean equals(Object obj)：判断当前集合与 obj 是否相等。
- void clear()：清空集合元素。
- boolean remove(Object obj) ：从当前集合中删除第一个找到的与 obj 对象 equals 返回 true 的元素。
- boolean removeAll(Collection coll)：从当前集合中删除所有与 coll 集合中相同的元素。即 this = this - this ∩ coll。
- boolean retainAll(Collection coll)：从当前集合中删除两个集合中不同的元素，使得当前集合仅保留与 coll 集合中的元素相同的元素，即当前集合中仅保留两个集合的交集，即 this = this ∩ coll。
- Object[] toArray()：返回包含当前集合中所有元素的数组。
- hashCode()：获取集合对象的哈希值。
- iterator()：返回迭代器对象，用于集合遍历。
- void add(int index, Object ele):在 index 位置插入 ele 元素。
- boolean addAll(int index, Collection eles):从 index 位置开始将 eles 中的所有元素添加进来。
- Object get(int index):获取指定 index 位置的元素。
- List subList(int fromIndex, int toIndex):返回从 fromIndex 到 toIndex 位置的子集合。
- int indexOf(Object obj):返回 obj 在集合中首次出现的位置。
- int lastIndexOf(Object obj):返回 obj 在当前集合中末次出现的位置。
- Object remove(int index):移除指定 index 位置的元素，并返回此元素。
- Object set(int index, Object ele):设置指定 index 位置的元素为ele。
1.4.2 List 接口的实现类
- ArrayList：List的主要实现类，线程不安全但效率高；底层使用Object[]数组存储。
- Vector：List的古老实现类，线程安全但效率低；底层使用Object[]数组存储。
- LinkedList：底层使用双向链表的方式进行存储。
package p156;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Scanner;
public class StudentTest {
public static void main(String[] args) {
Scanner sc = new Scanner(System.in);
ArrayList list = new ArrayList();
System.out.println("请输入学生信息:");
while (true){
System.out.println("1:继续输入,0:结束录入");
int selection = sc.nextInt();
if (selection == 0){
break;
}
System.out.print("请输入学生姓名:");
String name = sc.next();
System.out.print("请输入学生年龄:");
int age = sc.nextInt();
Student s = new Student(name, age);
list.add(s);
}
for (Object arr:list
) {
System.out.println(arr.toString());
}
sc.close();
}
}
package p156;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
public class ListTest {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<Object> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 30; i++) {
list.add((char) (Math.random() * (122 - 97 + 1) + 97) + "");
}
int aCount = listTest(list, "a");
int bCount = listTest(list, "b");
int cCount = listTest(list, "c");
int xCount = listTest(list, "x");
System.out.println(aCount);
System.out.println(bCount);
System.out.println(cCount);
System.out.println(xCount);
}
public static int listTest(Collection list, String s){
int count = 0;
for (Object obj :
list) {
if (s.equals(obj)){
count++;
}
}
return count;
}
}
1.5 Set接口及方法
1.5.1 介绍
- Set 接口是 Collection 的子接口，Set 接口相较于 Collection 接口没有提供额外的方法。
- Set 集合不允许包含相同的元素，如果试把两个相同的元素加入同一个 Set 集合中，则添加操作失败。
- Set 集合支持的遍历方式和 Collection 集合一样：foreach 和 Iterator。
- Set 的常用实现类有：HashSet、TreeSet、LinkedHashSet。
1.5.2 HashSet
- HashSet 是 Set 接口的主要实现类，大多数时候使用 Set 集合时都使用这个实现类。
- HashSet 按 Hash 算法来存储集合中的元素，因此具有很好的存储、查找、删除性能。
- HashSet 具有以下特点：
- 不能保证元素的排列顺序。
- HashSet 不是线程安全的。
- 集合元素可以是 null。
- HashSet 集合判断两个元素相等的标准：两个对象通过 hashCode() 方法得到的哈希值相等，并且两个对象的 equals()方法返回值为 true。
- 对于存放在 Set 容器中的对象，对应的类一定要重写 hashCode()和 equals(Object obj)方法，以实现对象相等规则。即：“相等的对象必须具有相等的散列码”。
- HashSet 集合中元素的无序性，不等同于随机性。这里的无序性与元素的添加位置有关。具体来说：我们在添加每一个元素到数组中时，具体的存储位置是由元素的hashCode()调用后返回的 hash 值决定的。导致在数组中每个元素不是依次紧密存放的，表现出一定的无序性。
1.5.3 LinkedHashSet
- LinkedHashSet 是 HashSet 的子类，不允许集合元素重复。
- LinkedHashSet 根据元素的 hashCode 值来决定元素的存储位置，但它同时使用双向链表维护元素的次序，这使得元素看起来是以添加顺序保存的。
- LinkedHashSet 插入性能略低于 HashSet，但在迭代访问 Set 里的全部元素时有很好的性能。
1.5.4 TreeSet
- TreeSet 是 SortedSet 接口的实现类，TreeSet 可以按照添加的元素的指定的属性的大小顺序进行遍历。
- TreeSet 底层使用红黑树结构存储数据。
- TreeSet 特点：不允许重复、实现排序（自然排序或定制排序）。
- 自然排序：默认情况下，TreeSet 采用自然排序（TreeSet 会调用集合元素的 compareTo(Object obj) 方法来比较元素之间的大小关系，然后将集合元素按升序(默认情况)排列）。
- 如果试图把一个对象添加到 TreeSet 时，则该对象的类必须实现Comparable 接口。
- 实现 Comparable 的类必须实现compareTo(Object obj) 方法，两个对象即通过 compareTo(Object obj) 方法的返回值来比较大小。
- 定制排序：如果元素所属的类没有实现 Comparable 接口，或不希望按照升序(默认情况)的方式排列元素或希望按照其它属性大小进行排序，则考虑使用定制排序。定制排序，通过 Comparator 接口来实现。需要重写compare(T o1,T o2)方法。
- 利用 int compare(T o1,T o2)方法，比较 o1 和 o2 的大小：如果方法返回正整数，则表示 o1 大于 o2；如果返回 0，表示相等；返回负整数，表示 o1 小于 o2。
- 要实现定制排序，需要将实现 Comparator 接口的实例作为形参传递给 TreeSet 的构造器。
- 因为只有相同类的两个实例才会比较大小，所以向 TreeSet 中添加的应该是同一个类的对象。
- 对于 TreeSet 集合而言，它判断两个对象是否相等的唯一标准是：两个对象通过compareTo(Object obj) 或 compare(Object o1,Object o2)方法比较返回值。返回值为 0，则认为两个对象相等。
/**
* 将0-20之间的随机数放入集合中，要求不能出现重复元素
*/
public class Exer02 {
public static void main(String[] args) {
HashSet set = new HashSet();
while (set.size() < 10) {
int random = (int) (Math.random() * (10 - 1 + 1) + 1);
set.add(random);
}
Iterator iterator = set.iterator();
while (iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}
}
}
/**
* 去除列表中重复的元素，仅保留一个即可
*/
public class Exer01 {
public static void main(String[] args) {
ArrayList list = new ArrayList();
list.add(34);
list.add(34);
list.add(34);
list.add(24);
list.add(24);
list.add(44);
list.add(44);
list.add(44);
List newList = duplicateList(list);
System.out.println(newList);
}
public static List duplicateList(List list){
HashSet set = new HashSet(list);
ArrayList list1 = new ArrayList(set);
return list1;
}
}
1.6 Map接口及方法
1.6.1 Map及其实现类对比
- HashMap：主要实现类，线程不安全但效率高，可以添加null的key和value值，底层使用数组+单向链表+红黑树结构存储（JDK8）。
- Hashtable：古老实现类，线程安全但效率低，不可以添加null的key和value值，底层使用数组+单向链表结构存储（JDK8）。
- LinkedHashMap：是HashMap的子类，在HashMap使用的数据结构的基础上，增加了一对双向链表，用于记录添加的元素的先后顺序，进而在遍历时可以按照添加的顺序显示。在开发中，对于频繁的遍历操作，建议使用此类。
- TreeMap：底层使用红黑树存储，可以按照添加的key-value中的key元素的指定的属性大小顺序进行遍历。需要考虑自然排序和定制排序。
- Properties：是Hashtable的子类，其key和value都是String类型，常用来处理属性文件。
1.6.2 HashMap中元素的特点
- HashMap中的所有的key彼此之间是不可重复的、无序的。所有的key构成一个Set集合。key所在的类要重写hashCode()和equals()方法。
- HashMap中的所有的value彼此之间是可重复的、无序的。所有的value就构成了一个Collection集合。value所在的类要重写equals()方法。
- HashMap中的一个key-value构成一个entry。HashMap中所有的entry彼此之间是不可重复的、无序的。所有的entry构成了一个Set集合。
1.6.3 Map中的常用方法
- 添加、修改操作：
- Object put(Object key,Object value)：将指定 key-value 添加到(或修改)当前map 对象中。
- void putAll(Map m):将 m 中的所有 key-value 对存放到当前 map 中。
- 删除操作：
- Object remove(Object key)：移除指定 key 的 key-value 对，并返回 value。
- void clear()：清空当前 map 中的所有数据。
- 元素查询的操作：
- Object get(Object key)：获取指定 key 对应的 value。
- boolean containsKey(Object key)：是否包含指定的 key。
- boolean containsValue(Object value)：是否包含指定的 value。
- int size()：返回 map 中 key-value 对的个数。
- boolean isEmpty()：判断当前 map 是否为空。
- boolean equals(Object obj)：判断当前 map 和参数对象 obj 是否相等。
- 元视图操作的方法：
- Set keySet()：返回所有 key 构成的 Set 集合。
- Collection values()：返回所有 value 构成的 Collection 集合。
- Set entrySet()：返回所有 key-value 对构成的 Set 集合。
1.6.4 TreeMap的使用
- 底层使用红黑树存储。
- 可以按照添加的key-value中的key元素的指定属性大小顺序进行遍历。
- 考虑使用自然排序和定制排序。
- 要求向TreeMap中添加的的key必须是同一个类型的对象。
1.6.5 Hashtable与Properties的使用
Properties：是Hashtable的子类，其key和value都是String类型，常用来处理属性文件。
package p161;
import java.util.*;
public class SingerTest {
public static void main(String[] args) {
HashMap singers = new HashMap();
String singer1 = "周杰伦";
ArrayList songs1 = new ArrayList();
songs1.add("夜曲");
songs1.add("晴天");
songs1.add("七里香");
songs1.add("青花瓷");
singers.put(singer1,songs1);
Set entrySet = singers.entrySet();
Iterator iterator = entrySet.iterator();
while (iterator.hasNext()){
Map.Entry entry = (Map.Entry) iterator.next();
System.out.println("歌手:"+entry.getKey());
System.out.println("歌曲有:"+entry.getValue());
}
}
}
1.7 Collections工具类
Collections是一个操作Set、List和Map等集合的工具类。
1.7.1 常用方法
Collections 中提供了一系列静态的方法对集合元素进行排序、查询和修改等操作，还提供了对集合对象设置不可变、对集合对象实现同步控制等方法（均为static 方法）。
- 排序操作：
- reverse(List)：反转 List 中元素的顺序。
- shuffle(List)：对 List 集合元素进行随机排序。
- sort(List)：根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素按升序排序。
- sort(List，Comparator)：根据指定的 Comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序。
- swap(List，int， int)：将指定 list 集合中的 i 处元素和 j 处元素进行交换。
- 查找：
- Object max(Collection)：根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最大元素。
- Object max(Collection，Comparator)：根据 Comparator 指定的顺序，返回给定集合中的最大元素。
- Object min(Collection)：根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最小元素。
- Object min(Collection，Comparator)：根据 Comparator 指定的顺序，返回给定集合中的最小元素。
- int binarySearch(List list,T key)：在 List 集合中查找某个元素的下标，但是 List 的元素必须是 T 或 T 的子类对象，而且必须是可比较大小的，即支持自然排序的。而且集合也事先必须是有序的，否则结果不确定。
- int binarySearch(List list,T key,Comparator c)：在 List 集合中查找某个元素的下标，但是List 的元素必须是 T 或 T 的子类对象，而且集合也事先必须是按照 c 比较器规则进行排序过的，否则结果不确定。
- int frequency(Collection c，Object o)：返回指定集合中指定元素的出现次数。
- 复制、替换：
- void copy(List dest,List src)：将 src 中的内容复制到 dest 中。
- boolean replaceAll(List list，Object oldVal，Object newVal)：使用新值替换 List 对象的所有旧值。
- 提供了多个unmodifiableXxx()方法，该方法返回指定 Xxx 的不可修改的视图。
- 添加：
- boolean addAll(Collection c,T… elements)：将所有指定元素添加到指定 collection 中。
- 同步：
- Collections 类中提供了多个 synchronizedXxx() 方法，该方法可使将指定集合包装成线程同步的集合，从而可以解决多线程并发访问集合时的线程安全问题。