Java SE基础——Java集合

Java SE基础——Java集合

Java集合框架概述

Java容器：集合与数组

(1) 面向对象语言对事物的体现都是以对象的形式，为了方便对多个对象的操作，就要对对象进行存储。 集合，数组都是对多个数据进行存储操作的结构

• 说明：此时的存储，主要指的是内存的存储，不涉及到持久化的存储（ .txt, .jpg, .avi, 数据库中）

(2) 数组在存储多个数据方面的特点：

• 一旦初始化以后，其长度就确定了。
• 数组一旦定义好，其元素的类型也就确定了。只能操作指定类型的数据。比如：String[] arr；等，但是对于Object[] arr,可以利用多态性，存放Object类的子类。

（3）数组在存储多个数据方面的缺点:

• 数组初始化以后，长度就不可变了，不便于扩展
• 数组中提供的属性和方法少，不便于进行添加、删除、插入等操作，且效率不高。
• 获取数组中实际元素的个数的需求，数组中没有现成的属性或方法可用
• 数组存储的数据是有序的、可以重复的。---->存储数据的特点单一

集合的使用

Java集合两种体系：Collection和Map(这两者是接口)

• Collection接口（该接口没有提供具体实现类）：单列数据，定义了存取一组对象的方法的集合。

  • List：元素有序、可重复的集合
  • Set：元素无序、不可重复的集合

• Collection接口继承树：（实线：代表继承关系 ， 虚线：代表实现关系 ）
  

• Map 接口：双列数据，保存具有映射关系“key-value对”的集合

• Map接口继承树 ：

Collection接口 方法

Collection接口：

• 向Collection接口的实现类的对象中添加数据obj时，要求obj所在类要重写equals( )

• 单列集合，用来存储一个一个的对象**（如果输入的是int，double等基本类型数据，则存储的是对应转换的包装类）**，是 List、Set 和 Queue 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 和 Queue 集合。

List接口：（重心）

• 单列数据，也可以看作键值对（key-value）特点，不过这里的key对应的是索引（index）
  从0开始，key自动通过索引方式去维护
• 鉴于Java中数组用来存储数据的局限性，我们通常使用List替代数组，”“动态”数组。
• 存储有序的，可重复的数据，集合中的每个元素都有其对应的顺序索引。
• List容器中的元素都对应一个整数型的序号记载其在容器中的位置，可以根据
  序号存取容器中的元素。

List接口方法

• 使用的是equals( )
• 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
• int indexOf(Object obj): 返回obj在集合中首次出现的位置,如果找不到，就返回-1。
• 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
• List subList(int fromIndex, int toIndex): 返回从fromIndex 到toIndex位置的左闭右开区间的子集合, 这里只是将返回值赋给变量，不会修改原来的值

总结：常用的方法

• 增：add(Object obj)往末尾添加
• 删：remove(int index) / remove(Object obj)
• 改: set(int index, Object ele)
• 查: get(int index)
• 插； add(int index, Object obj)
• 长度: size( ) 返回的不是底层数组的长度，是元素的个数
• 遍历: (1) Interator迭代器方式 (2) 增强for循环 (3) 普通的循环

//用来测试遍历
@Test
public void test3(){
   
ArrayList list = new ArrayList();
list.add(123);
list.add(456);
list.add("AA");
System.out.println(list)  //输出[123, 456, AA]
    
//方式一：Iterator迭代器方式
Iterator iterator = list.iterator();
while(iterator.hasNext()){
   
System.out.println(iterator.next());
}

//方式二：增强for循环
for(Object obj : list){
   
    System.out.println(obj);
}

//方式三：普通for循环
for(int i =0;i < list.size(); i++){
   
    System.out.println(list.get(i));
}
}

public class ListTest{
   

@Test
public void test1(){
   
ArrayList list = new ArrayList();
list.add(123);
list.add(456);
list.add("AA");
list.add(new Person("TOM",12));
list.add(456);

System.out.println(list);

//void add(int index, Object ele):在index位置插入ele元素
List list1 = Arrays.asList(1,2,3);
list.addAll(list1);
//list.add(list1);//这里如果用add,相当于是把1，2，3当作一个整体。
System.out.println(list.size());
} 
}

面试题

• 区分List中remove(int index) 和remove(Object obj )

@Test
public void testListRemove() {
   
List list = new ArrayList();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);//add( )方法中，没有重载，没有选择，因为形参是Object,所以自动装箱。
updateList(list);
System.out.println(list);
}
private static void updateList(List list) {
   
list.remove(2);  //这里输出的结果是[1,2].这里remove()方法有选择，装箱麻烦，可以直接用index,所以这里remove中的2是代表索引
list.remove(new Integer(2));//这里就是删除2这个元素，结果为[1,3].
}

JDK API中List接口的实现类常用的有：

ArrayList

• ArrayList 是 List 接口的典型实现类、主要实现类
• 作为List接口的主要实现类 ；线程不安全的，效率高；底层使用Object[] elementData存储.
• 本质上，ArrayList是对象引用的一个”变长”数组
• Arrays.asList(…) 方法返回的 List 集合，既不是 ArrayList 实例，也不是
  Vector 实例。 Arrays.asList(…) 返回值是一个固定长度的 List 集合

ArrayList的源码分析

• jdk 7情况下:
  • ArrayList list = new ArrayList();底层创建了长度是10的Object[]数组elementData,
    list.add(123);elementData[0] = new Integer(123);… 如果此次添导致底层elementData数组容量不够，则扩容。默认情况下。扩容为原来的容量的1.5倍，同时需要将原有数组中的数据复制到新的数组中。
    结论：建议开发中使用带参的构造器：ArrayList list = new ArrayList(int capacity)
• jdk 8情况下：
  • ArrayList list = new ArrayList()；底层Object[ ] elementData初始化为{ }，并没有创建长度为10的数组
  • List.add(123);第一次调用add( )时，底层才创建了长度10的数组，并将数组123添加到 elementData[0]中，后续的添加和扩容操作与jdk 7 无异。
• 小结：jdk7中的ArrayList的对象的创建类似于单例的饿汉式，而jdk8中的ArrayList的对象的创建类似于单例的懒汉式，延迟了数组的创建，节省内存。

LinkedList

• 对于频繁的插入，删除操作，使用此类效率比ArrayList高；底层使用双向链表存储
• 没有角标的说法，双向链表，内部没有声明数组，而是定义了Node类型的first和last，
  用于记录首末元素。同时，定义内部类Node:数据存储的基本单位，作为LinkedList中保存数据的基本结构。Node除了保存数据，还定义了两个变量：(1) prev变量记录前一个元素的位置,(2) next变量记录下一个元素的位置

LinkedList的源码分析

• LinkedList list = new LinkedList( )；内部声明了Node类型的first和last属性，默认值为null
• list.add(123); 将123封装到Node中，创建了Node对象
• 其中，Node定义为：体现了LinkedList的双向链表的说法
  

Vector（不重要，不常用）

• 作为List接口的古老实现类；线程安全的，效率低

Vector的源码分析：

• jdk7和jdk8中通过Vector( )构造器创建对象时，底层都创建了长度为10的数组，在扩容方面，默认扩容为原来的数组长度的2倍。

面试题：ArrayList,LinkedList,Vector三者的异同？

（1）同：三个类都是实现了List接口，存储数据的特点相同：存储有序的，可重复的数据
（2）异：ArrayList: 作为List接口的主要实现类 ；线程不安全的，效率高；底层使用Object[] elementData存储.
LinkedList:对于频繁的插入，删除操作，使用此类效率比ArrayList高；底层使用双向链表存储。
Vector:作为List接口的古老实现类；线程安全的，效率低，底层是数组

面试题：请问ArrayList/LinkedList/Vector的异同？谈谈你的理解？ArrayList底层是什么？扩容机制？Vector和ArrayList的最大区别?

• ArrayList和LinkedList的异同

  • 二者都线程不安全，相对线程安全的Vector，执行效率高。此外，ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构，LinkedList基于链表的数据结构。对于随机访问get和set，ArrayList觉得优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针。对于新增和删除操作add(特指插入)和remove，LinkedList比较占优势，因为ArrayList要移动数据。

• ArrayList和Vector的区别

  • Vector和ArrayList几乎是完全相同的,唯一的区别在于Vector是同步类synchronized,属于强同步类。因此开销就比ArrayList要大，访问要慢。正常情况下,大多数的Java程序员使用ArrayList而不是Vector,因为同步完全可以由程序员自己来控制。Vector每次扩容请求其大小的2倍空间，而ArrayList是1.5倍。Vector还有一个子类Stack。

Set接口：

• 存储无序的（即:无索引），这里无序性：不等于随机性。存储的数据在底层数组中并非按照数组索引的顺序来添加，而是根据数据的哈希值决定的。
• 不可重复的数据：保证添加的元素按照equals( )判断时，不能返回true. 即：相同的元素只能添加一个。
• Set接口是Collection的子接口，set接口没有提供额外的方法，使用的都是Collection中声明过的方法
• 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 判断两个对象是否相同不是使用 == 运算符，而是根据 equals() 方法

HashSet

• 作为Set接口的主要实现类；线程不安全的；可以存储null值，不能保证元素的排列顺序

• 底层：数组+链表的结构（前提：jdk7）

• 对于存放在Set容器（主要指：HashSet , LinkedHashSet）中的对象, 对应的类一定要重写equals() 和hashCode(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(即：哈希值)” 。

• HashSet 集合判断两个元素相等的标准：两个对象通过 hashCode() 方法比较相等，并且两个对象的 equals() 方法返回值也相等。

• 添加元素过程

  • 1. 向HashSet中添加元素a，首先调用元素a所在类的hashCo