Java 中的集合

原文： https://howtodoinjava.com/java-collections/

顾名思义，集合是一组对象。 Java 集合框架由接口和类组成，这些接口和类有助于处理不同类型的集合，例如列表，集合，映射，栈和队列等。

这些现成的集合类解决了许多非常常见的问题，在这些问题中，我们需要处理一组同构对象和异类对象。 其中的常见操作涉及添加，删除，更新，排序，搜索和更复杂的算法。 这些集合类使用集合 API 为所有此类操作提供了非常透明的支持。

1. Java 集合层次结构

借助核心接口可以更好地理解集合框架。 集合类实现这些接口并提供具体功能。

Java 集合层次结构

1.1 集合

集合接口位于层次结构的根部。 集合接口提供所有集合类必须支持（或抛出UnsupportedOperationException）的所有通用方法。 它扩展了Iterable接口，该接口使用“for-each循环”语句添加了对集合元素进行迭代的支持。

所有其他集合接口和类（Map除外）都可以扩展或实现此接口。 例如，列表（已索引，有序）和集（已排序）接口实现了此集合。

1.2 列表

列表表示元素的有序集合。 使用列表，我们可以按元素的整数索引（列表中的位置）访问元素，并在列表中搜索元素。 索引以0开头，就像数组一样。

实现List接口的一些有用的类是 – ArrayList，CopyOnWriteArrayList， LinkedList，Stack和Vector。

1.3 集

集代表排序的元素的集合。 集合不允许重复的元素。Set接口不能保证以任何可预测的顺序返回元素。 尽管某些Set实现以其自然顺序存储元素并保证此顺序。

实现Set接口的一些有用的类是 – ConcurrentSkipListSet， CopyOnWriteArraySet， EnumSet，HashSet，LinkedHashSet和TreeSet。

1.4 映射

Map接口使我们能够将数据存储在键值对中（键应该是不可变的）。 映射不能包含重复的键； 每个键最多可以映射到一个值。

Map接口提供了三个集合视图，这些视图允许将映射的内容作为一组键，值的集合或一组键值映射来查看。 一些映射实现（例如TreeMap类）对其顺序做出特定的保证。 其他的（例如HashMap类）则没有。

实现Map接口的一些有用的类是 – ConcurrentHashMap，ConcurrentSkipListMap，EnumMap，HashMap，HashTable，IdentityHashMap，LinkedHashMap，Property，TreeMap和WeakHashMap。

1.5 Stack

Java Stack接口表示经典的栈数据结构，其中的元素可以被推入对象的后进先出（LIFO）栈。 在栈中，我们将元素推到栈的顶部，然后再次从栈顶部弹出。

1.6 Queue

队列数据结构旨在在由使用者线程进行处理之前保存元素（由生产者线程放入）。 除了基本的“集合”操作外，队列还提供其他插入，提取和检查操作。

队列通常但不一定以 FIFO（先进先出）的方式对元素进行排序。 一种此类异常情况是优先级队列，该队列根据提供的比较器或元素的自然顺序对元素进行排序。

通常，队列不支持阻止插入或检索操作。 阻塞队列实现类实现了BlockingQueue接口。

实现Map接口的一些有用的类是 – ArrayBlockingQueue，ArrayDeque，ConcurrentLinkedDeque，ConcurrentLinkedQueue，DelayQueue，LinkedBlockingDeque，LinkedBlockingQueue，LinkedList，LinkedTransferQueue，PriorityBlockingQueue，PriorityQueue和SynchronousQueue。

1.7 Deque

一个双端队列（发音为“DQ”），支持两端的元素插入和移除。 当双端队列用作队列时，将产生 FIFO（先进先出）)行为。 当双端队列用作栈时，将产生 LIFO（后进先出）行为。

此接口应优先于旧版Stack类使用。 当双端队列用作栈时，元素从双端队列的开头被压入并弹出。

实现此接口的一些常见的已知类是ArrayDeque，ConcurrentLinkedDeque，LinkedBlockingDeque和LinkedList。

2. Java 集合和泛型

有目的的泛型提供类型安全性。 它检测到不兼容的类型（在方法参数中），并在运行时防止ClassCastException。 同样在 Java 集合中，我们可以定义一个集合类以仅存储某种类型的对象。 所有其他类型均应禁止。 这是通过泛型完成的。

在给定的示例中，允许使用前两个add()方法。 第三者将无法编译并给出错误 - “类型为HashMap<Integer,String>的put(Integer, String)方法不适用于参数(String, String)”。 它有助于及早发现不兼容的类型，以防止运行时发生不可预测的行为。

HashMap<Integer, String> map = new HashMap<>();
map.put(1, "A");    //allowed
map.put(2, "B");    //allowed
map.put("3", "C");    //NOT allowed - Key is string

3. equals()和hashCode()方法

许多集合类提供特定的特征，例如排序的元素，没有重复的元素等。要实现此行为，添加的元素（对象）必须正确实现 equals()和hashCode()方法。

所有 Java 包装器类和String类均以其特定实现覆盖这些函数，因此它们在此类集合中的行为正确。 我们还需要确保在用户定义的自定义类中正确覆盖了这些函数。

SortedSet<Integer> sortedSet = new TreeSet<>();
sortedSet.add(2);
sortedSet.add(1);
sortedSet.add(1);
sortedSet.add(3);
System.out.println(sortedSet);     //[1,2,3]

4. Java 8 集合

Java 8 是主要版本，它引入了 Java 编程中的 lambda 样式。 结果，集合类也得到了改善。 例如，我们可以单行遍历集合，并使用forEach语句对集合的所有元素执行操作。

ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
list.forEach(System.out::print);

5. Java 集合的好处

• 一致且可重用的API – 这是任何框架所做的。 它提供了一组一致的类方法，这些方法可用于一遍又一遍地解决一组类似的问题，而不会得到无法预测的结果。 Java 集合框架还有助于以一致的方式解决与一组对象有关的常见问题。
  所有集合类都具有一致的实现，并提供一些常见的方法，例如add，get，put，remove等。无论您要处理哪种数据结构，这些方法都将根据基础实现工作并透明地执行操作。

• 更少的开发时间 – 通用且可预测的框架总是会减少开发时间，并有助于快速编写应用程序。 Java 集合还有助于对对象和集合执行一些最重复的常见任务，从而改善时间因素。

• 性能 – Java 集合 API 是由一些最杰出的行业人士编写的，它们的性能在大多数情况下都是一流的。 Oracle 和非常热心的 Java 开发人员社区正在进行的开发工作有助于使它变得更好。

• 干净的代码 – 这些 API 都是使用所有良好的编码惯例编写的，并且记录得很好。 它们在整个 Java 集合框架中遵循特定的标准。 它使程序员的代码看起来干净整洁。
  由于一致的类和方法名称，因此代码也更易于阅读。

6. Java 集合示例

• 数组
• ArrayList
• LinkedList
• HashMap
• HashMap
• LinkedHashMap
• TreeMap
• HashSet
• LinkedHashSet
• TreeSet
• Comparable
• Comparator
• Iterator
• ListIterator
• Spliterator
• PriorityQueue
• PriorityBlockingQueue
• ArrayBlockingQueue
• LinkedTransferQueue
• CopyOnWriteArrayList
• CopyOnWriteArraySet
• 集合排序
• 面试问题

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