集合框架(List和Set)
一、概述
集合是一种可变数据项的容器，具有统一的父类接口Collection<E>（Map并没有继承之），与其子集合的关系如下 图，集合的特点是长度可变，可以存储多种类型的对象（不加泛型时）。这也是与数组的两点最大的不同。
| java集合类关系图 |
Collection最为根接口，List、Set、Queue接口均直接继承自它，Map接口虽然不是直接继承自Collection，但是接口中使用到了Collection，即Map的数据也是使用Collection存储的。
研究集合必不可少的是先研究Collection接口的内容，先从接口名字定义开始说起public interface Collection<E> extends Iterable<E>，这是集合的根接口，<E>是JDK1.5开始的泛型，其功能是提高安全性，增强针对性，具体介绍后面再说。Iterable<E>接口是迭代器，下面有具体介绍。Collection接口提供了一些集合的共性方法，如：
boolean add(E e)添加一条数据。boolean addAll(Collection<? extends E> c)添加另一个集合内的元素。void clear()清除所有数据。boolean contains(Object o)是否包含指定数据。Iterator<E> iterator()返回迭代器。boolean remove(Object o)删除指定数据。<T>T[] toArray(T[] a)返回数据的数组形式等等。boolean retainAll(Collection<?> c)取与集合c的交集。boolean removeAll(Collection<?> c)取与集合c的差集。
二、迭代器
一种集合的取出方式，用于集合的数据的遍历等。不同容器的数据结构不同，所以取出的动作实现不同，具体的取出动作定义在每个容器的内部，这样取出方式就可以直接访问集合内部元素，取出方式就被定义成了内部类。但是都有共性内容判断和取出，共性抽取便形成了Iterator接口（迭代器）。
迭代器的使用示例（暂时不考虑泛型）：
ArrayList alist = new ArrayList();
alist.add("java01");
alist.add("java02");
alist.add("java03");
alist.add("java04");
for(Iterator it = alist.iterator(); it.hasNext(); ) {
System.out.println(it.next());
}三、List
List为Collection的常见子接口之一，元素有序，可以重复，有索引。
List有些特有的方法，和下标相关的一些方法，如：
- 增：add(index, element)指定位置添加元素，addAll(index, Collection)指定位置添加一个集合的元素。
- 删：remove(index)删除指定为的元素。
- 改：set(index, element)修改指定位置的元素。
- 查：get(index)获取指定位置的元素，subList(from, to)获取[from, to)段的子List，listIterator()获取List特有的迭代器，indexOf(E)获取对象的位置。
ListIterator
ListIterator是Iterator的子接口，在迭代时不可以通过集合的操作对集合进行操作，会发生并发修改异常，但是Iterator的操作是有限的，如果想对元素进行添加和修改等，就需要用到其子接口ListIterator，该接口只能通过List的listIterator()方法获取，示例代码如下：
ArrayList alist = new ArrayList();
alist.add("java01");
alist.add("java02");
alist.add("java03");
alist.add("java04");
for(ListIterator it = alist.listIterator(); it.hasNext(); ) {
System.out.println(it.next());
it.add("java");
}
System.out.println(alist);
//输出结果是
java01
java02
java03
java04
[java01, java, java02, java, java03, java, java04, java]通过上面可以看到，ListIterator在获取之后其遍历的内容就已经确定下来了。 ListIterator还有逆向遍历功能。
ArrayList alist = new ArrayList();
alist.add("java01");
alist.add("java02");
alist.add("java03");
alist.add("java04");
ListIterator it = alist.listIterator();
while(it.hasNext()) {
System.out.println(it.next());
}
while(it.hasPrevious()) {
System.out.println(it.previous());
}
// 输出的结果是
java01
java02
java03
java04
java04
java03
java02
java01List中具体对象特点
List有三个具体的子类，分别是ArrayList、LinkedList和Vector。三者的特点与不同如下：
ArrayList：底层数据结构为数组结构，线程非同步，查询速度快，增删速度慢，效率比Vector高，最早出现在JDK1.2版本。初始长度默认为10，空间不足时50%延长。LinkedList：底层数据结构为链表结构，线程非同步，查询速度慢，增删速度快，最早出现在JDK1.2版本。Vector：底层数据结构是数组结构，线程同步，与ArrayList有相同的功能，已被ArrayList代替，最早出现在JDK1.0版本。默认长度为10，空间不足时100%延长。
Vector的特点
Vector的特有的一点就是，Vector的枚举（Vector的特有取出方式），和迭代器类似，名为Enumeration，ArrayList中没有此功能，但是由于方法名过长，且没有移除功能，已被Iterator代替，所以一般优先考虑使用Iterator，示例代码如下：
Vector v = new Vector();
v.add("java01");
v.add("java02");
v.add("java03");
Enumeration en = v.elements();
while(en.hasMoreElements()) {
System.out.println(en.nextElement());
}
// 输出结果为
java01
java02
java03LinkedList
LinkedList的特有方法：addFirst(E e)、addLast(E e)添加到头部或者尾部、getFirst()、getLast()获取头部元素或者尾部元素、removeFirst()、removeLast()删除头部元素或者尾部元素，并返回删除的元素，没有会报NoSuchElementException，这些是LinkedList所特有的方法。JDK1.6版本名称发生了变化，分别变成了offerFirst(E e)，offerLast(E e)，peekFirst()，peekLast()，pollFirst()，pollLast()，没有会返回null。
LinkedList练习，模拟队列进行添加和取出动作。示例代码如下：
import java.util.*;
class MyQueue {
private LinkedList link;
MyQueue() {
link = new LinkedList();
}
public void myAdd(Object obj) {
link.addFirst(obj);
}
public Object myGet() {
return link.removeFirst();
}
public boolean isNull() {
return link.isEmpty();
}
}
class LinkedListTest {
public static void main(String[] args) {
MyQueue q = new MyQueue();
q.myAdd("java01");
q.myAdd("java02");
q.myAdd("java03");
q.myAdd("java04");
while(!q.isNull()) {
System.out.println(q.myGet());
}
}
}ArrayList
ArrayList练习，去除ArrayList中的重复项。代码示例如下：
import java.util.*;
class ArrayListTest {
public static void main(String[] args) {
ArrayList list = new ArrayList();
list.add("java01");
list.add("java02");
list.add("java01");
list.add("java02");
list.add("java01");
list.add("java03");
// 去除重复前
System.out.println(list);
list = singleElement(list);
// 去除重复后
System.out.println(list);
}
public static ArrayList singleElement(ArrayList list) {
//定义一个临时容器。
ArrayList newList = new ArrayList();
// 获取迭代器
Iterator it = list.iterator();
while(it.hasNext()) {
Object obj = it.next();
if(!newList.contains(obj)) {
newList.add(obj);
}
}
return newList;
}
}ArrayList练习，自定义类添加至ArrayList，需要覆盖自定义类的equals方法。
import java.util.*;
class Person {
private String name;
private int age;
Person(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
// 覆盖equals方法
public boolean equals(Object obj) {
if(!(obj instanceof Person))
return false;
Person p = (Person)obj;
return this.name.equals(p.name) && this.age == p.age;
}
public String getName() {
return name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public String toString() {
return "Name:" + this.name + " Age:" + this.age;
}
}
class ArrayListTest {
public static void main(String[] args) {
ArrayList list= new ArrayList();
list.add(new Person("lisi01",30));
list.add(new Person("lisi02",32));
list.add(new Person("lisi02",32));
list.add(new Person("lisi04",35));
list.add(new Person("lisi03",33));
list.add(new Person("lisi04",35));
System.out.println(list);
list = singleElement(list);
System.out.println(list);
}
public static ArrayList singleElement(ArrayList al) {
// 定义一个临时容器。
ArrayList newList = new ArrayList();
// 取出迭代器
Iterator it = al.iterator();
while(it.hasNext()) {
Object obj = it.next();
if(!newList.contains(obj))
newList.add(obj);
}
return newList;
}
}四、Set
元素无序（存入与取出的顺序不一致），元素不可重复。有两个主要子类：HashSet和TreeSet。
HashSet：底层数据结构为哈希表。TreeSet：底层数据结构为二叉树。
HashSet
根据hashCode()和equals()方法进行存储。add时，如果是第一次添加返回true（添加成功），否则返回false（添加失败）。示例代码如下：
import java.util.*;
class HashSetDemo {
public static void main(String[] args) {
HashSet hs = new HashSet();
// 第一次添加java01返回true
System.out.println(hs.add("java01"));
// 第二次添加java01返回false
System.out.println(hs.add("java01"));
hs.add("java02");
hs.add("java03");
hs.add("java03");
hs.add("java04");
// 遍历集合
Iterator it = hs.iterator();
while(it.hasNext()) {
System.out.println(it.next());
}
}
}HashSet存储自定义对象，自定义对象需要覆盖hashCode和equals方法，当hashCode值相同、equals返回真时，认为是同一个对象。添加时，当hashCode值不同时，不会调用equals比较，当hashCode的值相同时，才会调用equals方法比较两个对象。示例代码如下：
import java.util.*;
/** *姓名和年龄相同认为是同一个人 */
class Person {
private String name;
private int age;
Person(String name,int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public int hashCode() {
System.out.println(this.name+"....hashCode");
return name.hashCode() + age*37;
}
public boolean equals(Object obj) {
if(!(obj instanceof Person))
return false;
Person p = (Person)obj;
System.out.println(this.name+"...equals.."+p.name);
return this.name.equals(p.name) && this.age == p.age;
}
public String getName() {
return name;
}
public int getAge() {
return age;
}
}
class HashSetTest {
public static void main(String[] args) {
HashSet hs = new HashSet();
hs.add(new Person("a1",11));
hs.add(new Person("a2",12));
hs.add(new Person("a3",13));
// 添加一个相同的人
hs.add(new Person("a2",12));
hs.add(new Person("a4",14));
// 遍历集合中的人
Iterator it = hs.iterator();
while(it.hasNext()) {
Person p = (Person)it.next();
System.out.println(p.getName()+"::"+p.getAge());
}
}
}
// 运行结果为
a1....hashCode
a2....hashCode
a3....hashCode
a2....hashCode
a2...equals..a2
a4....hashCode
a3::13
a1::11
a4::14
a2::12从上面代码运行的结果可以看出，当添加new Person("a2",12)时，因为集合中已经有这个人了，所以hashCode的返回值已经存在，因此便会调用equals方法判断，最终结果还是此人已存在，所以最总集合中只有4个人。
HashSet的判断和删除依据，可以看到判读元素是否存在和删除元素都是首先根据hashCode值，然后再通过equals判断是否相同。
import java.util.*;
/** *姓名和年龄相同认为是同一个人 */
class Person {
private String name;
private int age;
Person(String name,int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
/** *统一返回1作为哈希值 */
public int hashCode() {
System.out.println("hashCode");
return 1;
}
/** * 姓名和年龄相同认为是同一个人 */
public boolean equals(Object obj) {
if(!(obj instanceof Person))
return false;
Person p = (Person)obj;
System.out.println(this.name+"...equals.."+p.name);
return this.name.equals(p.name) && this.age == p.age;
}
public String getName() {
return name;
}
public int getAge() {
return age;
}
}
class HashSetTest {
public static void main(String[] args) {
HashSet hs = new HashSet();
hs.add(new Person("a1",11));
hs.add(new Person("a2",12));
hs.add(new Person("a3",13));
// 添加一个相同的人
hs.add(new Person("a2",12));
hs.add(new Person("a4",14));
System.out.println("--------");
// 判断是否存在元素
hs.contains(new Person("a4", 14));
System.out.println("--------");
// 删除指定元素
hs.remove(new Person("a1", 11));
}
}
// 运行结果为
hashCode
hashCode
a2...equals..a1
hashCode
a3...equals..a1
a3...equals..a2
hashCode
a2...equals..a1
a2...equals..a2
hashCode
a4...equals..a1
a4...equals..a2
a4...equals..a3
--------
hashCode
a4...equals..a1
a4...equals..a2
a4...equals..a3
a4...equals..a4
--------
hashCode
a1...equals..a1TreeSet
可以对集合中的元素进行排序。底层数据结构为二叉树，中序遍历便是TreeSet的顺序。示例代码如下：
import java.util.*;
class TreeSetDemo {
public static void main(String[] args) {
TreeSet ts = new TreeSet();
ts.add("asdas");
ts.add("abc");
ts.add("beds");
ts.add("abd");
Iterator it = ts.iterator();
while(it.hasNext()) {
System.out.println(it.next());
}
}
}
// 运行结果为
abc
abd
asdas
beds对于自定义对象的排序，一般有两种做法，一是自定义对象自己实现Comparable接口，二是集合提供比较器(Comparator接口)。
自定义对象实现Comparable接口，示例代码如下：
import java.util.*;
class Student implements Comparable {
private String name;
private int age;
Student(String name,int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
/** *比较结果又三种，负数表示小于，0表示等于，正数表示大于 */
public int compareTo(Object obj) {
if(!(obj instanceof Student))
throw new RuntimeException("不是学生对象");
Student s = (Student)obj;
System.out.println(this.name+"....compareto....."+s.name);
if(this.age>s.age)
return 1;
if(this.age==s.age) {
// String类已经实现了Comparable接口
return this.name.compareTo(s.name);
}
return -1;
}
public String getName() {
return name;
}
public int getAge() {
return age;
}
}
class TreeSetDemo {
public static void main(String[] args) {
TreeSet ts = new TreeSet();
ts.add(new Student("lisi02",22));
ts.add(new Student("lisi007",20));
ts.add(new Student("lisi09",19));
ts.add(new Student("lisi08",19));
ts.add(new Student("lisi007",20));
ts.add(new Student("lisi01",40));
// 遍历集合
Iterator it = ts.iterator();
while(it.hasNext()) {
Student stu = (Student)it.next();
System.out.println(stu.getName()+"..."+stu.getAge());
}
}
}集合提供比较器(Comparator接口)的比较方式，用于元素不具备比较性或者具备的比较性不是用户所需要的时。示例代码如下：
import java.util.*;
class Student implements Comparable {
private String name;
private int age;
Student(String name,int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
/** *比较结果又三种，负数表示小于，0表示等于，正数表示大于 */
public int compareTo(Object obj) {
if(!(obj instanceof Student))
throw new RuntimeException("不是学生对象");
Student s = (Student)obj;
System.out.println(this.name+"....compareto....."+s.name);
if(this.age>s.age)
return 1;
if(this.age==s.age) {
return this.name.compareTo(s.name);
}
return -1;
}
public String getName() {
return name;
}
public int getAge() {
return age;
}
}
class TreeSetDemo2 {
public static void main(String[] args) {
TreeSet ts = new TreeSet(new MyCompare());
ts.add(new Student("lisi02",22));
ts.add(new Student("lisi02",21));
ts.add(new Student("lisi007",20));
ts.add(new Student("lisi09",19));
ts.add(new Student("lisi06",18));
ts.add(new Student("lisi06",18));
ts.add(new Student("lisi007",29));
ts.add(new Student("lisi007",20));
ts.add(new Student("lisi01",40));
Iterator it = ts.iterator();
while(it.hasNext()) {
Student stu = (Student)it.next();
System.out.println(stu.getName()+"..."+stu.getAge());
}
}
}
class MyCompare implements Comparator {
public int compare(Object o1,Object o2) {
Student s1 = (Student)o1;
Student s2 = (Student)o2;
// 姓名比较优先
int num = s1.getName().compareTo(s2.getName());
if(num==0) {
// 姓名相同时，年龄小的在前
return new Integer(s1.getAge()).compareTo(new Integer(s2.getAge()));
}
return num;
}
}五、泛型
泛型的出现解决了类型不同的安全问题，JDK1.5版本开始出现的。具体做法就是在集合定义时指明数据类型，如ArrayList<String> list= new ArrayList<String>()，这样一来如果向list中添加非String类型对象时，就会在编译时期提示ClassCastException异常。示例代码如下：
import java.util.*;
class GenericDemo {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("abc01");
list.add("abc0991");
list.add("abc014");
// Iterator也有对应的泛型
Iterator<String> it = al.iterator();
while(it.hasNext()) {
System.out.println(s+":"+s.length());
}
}
}自定义类中使用泛型的概念。试用于用数据类型不确定时，示例代码如下：
class Worker {
}
class Student {
}
/** *泛型类，使用与引用数据类型不确定时。 */
class Utils<Q> {
private Q q;
public void setObject(Q q) {
this.q = q;
}
public Q getObject() {
return q;
}
}
class GenericDemo3 {
public static void main(String[] args) {
Utils<Worker> u = new Utils<Worker>();
u.setObject(new Worker());
Worker w = u.getObject();;
}
}泛型定义在方法上，示例代码如下：
class Demo {
public <T> void show(T t) {
System.out.println("show:"+t);
}
public <Q> void print(Q q) {
System.out.println("print:"+q);
}
/** * 静态方法不可以访问类上的泛型，可使用静态泛型方法，注意：泛型标识<E>需放在返回值前。 */
public static <E> void printf(E e) {
System.out.println("printf:"+e);
}
}
class GenericDemo4 {
public static void main(String[] args) {
Demo demo = new Demo();
demo.show("Hi");
demo.print("Hello");
Demo.printf(5);
}
}
//执行结果为
show:Hi
print:Hello
show:5泛型限定
一般有三种情况，
<?>：?为通配符。<? extends E>：E和E的子类，称为上限。<? super E>：E和E的父类，称为下限。
如对所有类型的ArrayList进行遍历输出，示例代码如下：
public static void print(ArrayList<?> list) {
Iterator<?> it = list.iterator();
while(it.hasNext()) {
System.out.println(it.next().toString());
}
}对Person或者Person的子类Student进行遍历并输出，示例代码如下：
public static void print(ArrayList<? extends Person> list) {
Iterator<? extends Person> it = list.iterator();
while(it.hasNext()) {
System.out.println(it.next().getName());
}
}对于<? super E>并不常用，举一个TreeSet里的例子，TreeSet(Comparator<? super E> comparator)，使用父类的比较器进行子类的比较。示例代码如下：
import java.util.*;
class Person {
private String name;
Person(String name) {
this.name = name;
}
public String getName() {
return name;
}
public String toString() {
return "Person :"+name;
}
}
class Student extends Person {
Student(String name) {
super(name);
}
}
class Worker extends Person {
Worker(String name) {
super(name);
}
}
/** * 定义使用与Person的比较器 */
class Comp implements Comparator<Person> {
public int compare(Person p1,Person p2) {
// 倒序
return p2.getName().compareTo(p1.getName());
}
}
class GenericDemo {
public static void main(String[] args) {
// 使用使用父类的比较器进行比较
TreeSet<Student> ts = new TreeSet<Student>(new Comp());
ts.add(new Student("abc03"));
ts.add(new Student("abc02"));
ts.add(new Student("abc06"));
ts.add(new Student("abc01"));
Iterator<Student> it = ts.iterator();
while(it.hasNext()) {
System.out.println(it.next().getName());
}
// 使用使用父类的比较器进行比较
TreeSet<Worker> ts1 = new TreeSet<Worker>(new Comp());
ts1.add(new Worker("wabc--03"));
ts1.add(new Worker("wabc--02"));
ts1.add(new Worker("wabc--06"));
ts1.add(new Worker("wabc--01"));
Iterator<Worker> it1 = ts1.iterator();
while(it1.hasNext()) {
System.out.println(it1.next().getName());
}
}
}
// 执行结果为
abc06
abc03
abc02
abc01
wabc--06
wabc--03
wabc--02
wabc--01