01、Java 集合框架概述

1.1、集合框架与数组的对比及概述

/**
 * 一、集合的框架
 *
 * 1.集合、数组都是对多个数据进行存储操作的结构，简称Java容器。
 *   说明；此时的存储，主要是指能存层面的存储，不涉及到持久化的存储（.txt,.jpg,.avi,数据库中）
 *
 * 2.1数组在存储多个数据封面的特点：
 *      》一旦初始化以后，它的长度就确定了。
 *      》数组一旦定义好，它的数据类型也就确定了。我们就只能操作指定类型的数据了。
 *      比如：String[] arr;int[] str;
 * 2.2数组在存储多个数据方面的特点：
 *      》一旦初始化以后，其长度就不可修改。
 *      》数组中提供的方法非常有限，对于添加、删除、插入数据等操作，非常不便，同时效率不高。
 *      》获取数组中实际元素的个数的需求，数组没有现成的属性或方法可用
 *      》数组存储数据的特点：有序、可重复。对于无序、不可重复的需求，不能满足。
 *
 */

1、集合的使用场景

1.2、集合框架涉及到的API

• Java 集合可分为Collection和Map两种体系
  • Collection接口：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
  • Map接口：双列数据，保存具有映射关系“key-value对”的集合

1、Collection接口继承树

2、Map接口继承树

/**
 *
 * 二、集合框架
 *      &---Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象
 *          &---List接口：存储有序的、可重复的数据。  -->“动态”数组
 *              &---ArrayList、LinkedList、Vector
 *
 *          &---Set接口：存储无序的、不可重复的数据   -->高中讲的“集合”
 *              &---HashSet、LinkedHashSet、TreeSet
 *
 *      &---Map接口：双列集合，用来存储一对(key - value)一对的数据   -->高中函数：y = f(x)
 *          &---HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、Hashtable、Properties
 *
 */

02、Collection接口方法

Collection 接口是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。
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)实现。
在Java5 之前，Java 集合会丢失容器中所有对象的数据类型，把所有对象都当成Object 类型处理；从JDK 5.0 增加了泛型以后，Java 集合可以记住容器中对象的数据类型。

2.2、Collection接口中的常用方法1

添加
add(Objec tobj)
addAll(Collection coll)
获取有效元素的个数
int size()
清空集合
void clear()
是否是空集合
boolean isEmpty()
是否包含某个元素
boolean contains(Object obj)：是通过元素的equals方法来判断是否是同一个对象
boolean containsAll(Collection c)：也是调用元素的equals方法来比较的。拿两个集合的元素挨个比较。
删除
boolean remove(Object obj) ：通过元素的equals方法判断是否是要删除的那个元素。只会删除找到的第一个元素
boolean removeAll(Collection coll)：取当前集合的差集
取两个集合的交集
boolean retainAll(Collection c)：把交集的结果存在当前集合中，不影响c
集合是否相等
boolean equals(Object obj)
转成对象数组
Object[] toArray()
获取集合对象的哈希值
hashCode()
遍历
iterator()：返回迭代器对象，用于集合遍历

import org.junit.Test;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Date;
/**
 *
 * 三、Collection接口中的方法的使用
 *
 */
public class CollectionTest {
    @Test
    public void test1(){
        Collection coll = new ArrayList();
        //add(Object e):将元素e添加到集合coll中
        coll.add("AA");
        coll.add("BB");
        coll.add(123);  //自动装箱
        coll.add(new Date());
        //size():获取添加的元素的个数
        System.out.println(coll.size());    //4
        //addAll(Collection coll1):将coll1集合中的元素添加到当前的集合中
        Collection coll1 = new ArrayList();
        coll1.add(456);
        coll1.add("CC");
        coll.addAll(coll1);
        System.out.println(coll.size());    //6
        System.out.println(coll);
        //clear():清空集合元素
        coll.clear();
        //isEmpty():判断当前集合是否为空
        System.out.println(coll.isEmpty());
    }
}

2.3、Collection接口中的常用方法2

import org.junit.Test;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Collection;
/**
 * Collection接口中声明的方法的测试
 *
 * 结论：
 * 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().
 */
public class CollectinoTest {
    @Test
    public void test(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
//        Person p = new Person("Jerry",20);
//        coll.add(p);
        coll.add(new Person("Jerry",20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);
        //1.contains(Object obj):判断当前集合中是否包含obj
        //我们在判断时会调用obj对象所在类的equals()。
        boolean contains = coll.contains(123);
        System.out.println(contains);
        System.out.println(coll.contains(new String("Tam")));
//        System.out.println(coll.contains(p));//true
        System.out.println(coll.contains(new Person("Jerry",20)));//false -->true
        //2.containsAll(Collection coll1):判断形参coll1中的所有元素是否都存在于当前集合中。
        Collection coll1 = Arrays.asList(123,4567);
        System.out.println(coll.containsAll(coll1));
    }
}

2.4、Collection接口中的常用方法3

import org.junit.Test;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Collection;
/**
 * Collection接口中声明的方法的测试
 *
 * 结论：
 * 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().
 *
 */
public class CollectinoTest {
    @Test
    public void test2(){
        //3.remove(Object obj):从当前集合中移除obj元素。
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry",20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);
        coll.remove(1234);
        System.out.println(coll);
        coll.remove(new Person("Jerry",20));
        System.out.println(coll);
        //4. removeAll(Collection coll1):差集：从当前集合中移除coll1中所有的元素。
        Collection coll1 = Arrays.asList(123,456);
        coll.removeAll(coll1);
        System.out.println(coll);
    }
    @Test
    public void test3(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry",20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);
        //5.retainAll(Collection coll1):交集：获取当前集合和coll1集合的交集，并返回给当前集合
//        Collection coll1 = Arrays.asList(123,456,789);
//        coll.retainAll(coll1);
//        System.out.println(coll);
        //6.equals(Object obj):要想返回true，需要当前集合和形参集合的元素都相同。
        Collection coll1 = new ArrayList();
        coll1.add(456);
        coll1.add(123);
        coll1.add(new Person("Jerry",20));
        coll1.add(new String("Tom"));
        coll1.add(false);
        System.out.println(coll.equals(coll1));
    }
}

2.5、Collection接口中的常用方法4

import org.junit.Test;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Collection;
import java.util.List;
/**
 * Collection接口中声明的方法的测试
 *
 * 结论：
 * 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().
 *
 */
public class CollectinoTest {
    @Test
    public void test4(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry",20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);
        //7.hashCode():返回当前对象的哈希值
        System.out.println(coll.hashCode());
        //8.集合 --->数组：toArray()
        Object[] arr = coll.toArray();
        for(int i = 0;i < arr.length;i++){
            System.out.println(arr[i]);
        }
        //拓展：数组 --->集合:调用Arrays类的静态方法asList()
        List<String> list = Arrays.asList(new String[]{"AA", "BB", "CC"});
        System.out.println(list);
        List arr1 = Arrays.asList(123, 456);
        System.out.println(arr1);//[123, 456]
        List arr2 = Arrays.asList(new int[]{123, 456});
        System.out.println(arr2.size());//1
        List arr3 = Arrays.asList(new Integer[]{123, 456});
        System.out.println(arr3.size());//2
        //9.iterator():返回Iterator接口的实例，用于遍历集合元素。放在IteratorTest.java中测试
    }
}

03、Iterator迭代器接口

Iterator对象称为迭代器(设计模式的一种)，主要用于遍历Collection 集合中的元素。
GOF给迭代器模式的定义为：提供一种方法访问一个容器(container)对象中各个元素，而又不需暴露该对象的内部细节。迭代器模式，就是为容器而生。类似于“公交车上的售票员”、“火车上的乘务员”、“空姐”。
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。
Iterator 仅用于遍历集合，Iterator本身并不提供承装对象的能力。如果需要创建Iterator 对象，则必须有一个被迭代的集合。
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。

3.1、使用Iterator遍历Collection

import org.junit.Test;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;
/**
 * 集合元素的遍历操作，使用迭代器Iterator接口
 * 内部的方法：hasNext()和 next()
 *
 */
public class IteratorTest {
    @Test
    public void test(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry",20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);
        Iterator iterator = coll.iterator();
        //方式一：
//        System.out.println(iterator.next());
//        System.out.println(iterator.next());
//        System.out.println(iterator.next());
//        System.out.println(iterator.next());
//        System.out.println(iterator.next());
//        //报异常：NoSuchElementException
//        //因为：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。
//        System.out.println(iterator.next());
        //方式二：不推荐
//        for(int i = 0;i < coll.size();i++){
//            System.out.println(iterator.next());
//        }
        //方式三：推荐
        while(iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }
}

3.2、迭代器Iterator的执行原理

3.3、Iterator遍历集合的两种错误写法

import org.junit.Test;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;
/**
 * 集合元素的遍历操作，使用迭代器Iterator接口
 * 1.内部的方法：hasNext()和 next()
 * 2.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。
 */
public class IteratorTest {
    @Test
    public void test2(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry",20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);
        //错误方式一：
//        Iterator iterator = coll.iterator();
//        while(iterator.next() != null){
//            System.out.println(iterator.next());
//        }
        //错误方式二：
        //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。
        while(coll.iterator().hasNext()){
            System.out.println(coll.iterator().next());
        }
    }
}

3.4、Iterator迭代器remove()的使用

import org.junit.Test;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;
/**
 * 集合元素的遍历操作，使用迭代器Iterator接口
 * 1.内部的方法：hasNext()和 next()
 * 2.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。
 * 3.内部定义了remove(),可以在遍历的时候，删除集合中的元素。此方法不同于集合直接调用remove()
 */
public class IteratorTest {
    //测试Iterator中的remove()方法
    @Test
    public void test3(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry",20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);
        //删除集合中”Tom”
        //如果还未调用next()或在上一次调用 next 方法之后已经调用了 remove 方法，
        // 再调用remove都会报IllegalStateException。
        Iterator iterator = coll.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
//            iterator.remove();
            Object obj = iterator.next();
            if("Tom".equals(obj)){
                iterator.remove();
//                iterator.remove();                
            }
        }
        //遍历集合
        iterator = coll.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }
}

注意：
Iterator可以删除集合的元素，但是是遍历过程中通过迭代器对象的remove方法，不是集合对象的remove方法。
如果还未调用next()或在上一次调用next方法之后已经调用了remove方法，再调用remove都会报IllegalStateException。

3.5、新特性foreach循环遍历集合或数组

• Java 5.0 提供了foreach循环迭代访问Collection和数组。
• 遍历操作不需获取Collection或数组的长度，无需使用索引访问元素。
• 遍历集合的底层调用Iterator完成操作。
• foreach还可以用来遍历数组。

import org.junit.Test;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
/**
 * jdk 5.0 新增了foreach循环，用于遍历集合、数组
 *
 */
public class ForTest {
    @Test
    public void test(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry",20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);
        //for(集合元素的类型 局部变量 : 集合对象),内部仍然调用了迭代器。
        for(Object obj : coll){
            System.out.println(obj);
        }
    }
    @Test
    public void test2(){
        int[] arr = new int[]{1,2,3,4,5,6};
        //for(数组元素的类型 局部变量 : 数组对象)
        for(int i : arr){
            System.out.println(i);
        }
    }
    //练习题
    @Test
    public void test3(){
        String[] arr = new String[]{"SS","KK","RR"};
//        //方式一：普通for赋值
//        for(int i = 0;i < arr.length;i++){
//            arr[i] = "HH";
//        }
        //方式二：增强for循环
        for(String s : arr){
            s = "HH";
        }
        for(int i = 0;i < arr.length;i++){
            System.out.println(arr[i]);
        }
    }
}

04、Collection子接口之一：List接口

• 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
• List集合类中元素有序、且可重复，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。

• JDK API中List接口的实现类常用的有：ArrayList、LinkedList和Vector。

  4.1、List接口常用实现类的对比

  /**
  * 1. List接口框架
  *
  *    |----Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象
  *          |----List接口：存储有序的、可重复的数据。  -->“动态”数组,替换原有的数组
  *              |----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；底层使用Object[] elementData存储
  *
  *
  * 面试题：比较ArrayList、LinkedList、Vector三者的异同？
  *        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
  *        不同：见上
  *
  */

  4.2、ArrayList的源码分析

• ArrayList是List 接口的典型实现类、主要实现类

• 本质上，ArrayList是对象引用的一个”变长”数组

  /** 
  * 2.ArrayList的源码分析：
  *   2.1 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);
  *      ...
  *      list.add(11);//如果此次的添加导致底层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)
  *
  *   2.2 jdk 8中ArrayList的变化：
  *      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，并将数据123添加到elementData[0]
  *      ...
  *      后续的添加和扩容操作与jdk 7 无异。
  *   2.3 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。
  * 
  */

  4.3、LinkedList的源码分析

• 对于频繁的插入或删除元素的操作，建议使用LinkedList类，效率较高

• LinkedList：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，作为LinkedList中保存数据的基本结构

/**
  * 3.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
  *       private static class Node<E> {
  *            E item;
  *            Node<E> next;
  *            Node<E> prev;
  *
  *            Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
  *            this.item = element;
  *            this.next = next;     //next变量记录下一个元素的位置
  *            this.prev = prev;     //prev变量记录前一个元素的位置
  *            }
  *        }
  */

4.4、Vector的源码分析

• Vector 是一个古老的集合，JDK1.0就有了。大多数操作与ArrayList相同，区别之处在于Vector是线程安全的。

• 在各种list中，最好把ArrayList作为缺省选择。当插入、删除频繁时，使用LinkedList；Vector总是比ArrayList慢，所以尽量避免使用。

  /** 
  * 4.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。
  */

  4.5、List接口中的常用方法测试

  List除了从Collection集合继承的方法外，List 集合里添加了一些根据索引来操作集合元素的方法。

• void add(intindex, 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
• 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位置的子集合 ```java import org.junit.Test; import java.util.ArrayList; import java.util.Arrays; import java.util.Iterator; import java.util.List;

/*

• 5.List接口的常用方法 / public class ListTest { /**

  • 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
  • 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位置的子集合 *
  • 总结：常用方法
  • 增：add(Object obj)
  • 删：remove(int index) / remove(Object obj)
  • 改：set(int index, Object ele)
  • 查：get(int index)
  • 插：add(int index, Object ele)
  • 长度：size()
  • 遍历：① Iterator迭代器方式
  • ② 增强for循环

  • ③ 普通的循环 /

    @Test public void test3(){ ArrayList list = new ArrayList(); list.add(123); list.add(456); list.add(“AA”);

    //方式一：Iterator迭代器方式 Iterator iterator = list.iterator(); while(iterator.hasNext()){ System.out.println(iterator.next()); }

    System.out.println(“*“);

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

    System.out.println(“*“);

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

    @Test public void tets2(){ ArrayList list = new ArrayList(); list.add(123); list.add(456); list.add(“AA”); list.add(new Person(“Tom”,12)); list.add(456); //int indexOf(Object obj):返回obj在集合中首次出现的位置。如果不存在，返回-1. int index = list.indexOf(4567); System.out.println(index);

    //int lastIndexOf(Object obj):返回obj在当前集合中末次出现的位置。如果不存在，返回-1. System.out.println(list.lastIndexOf(456));

    //Object remove(int index):移除指定index位置的元素，并返回此元素 Object obj = list.remove(0); System.out.println(obj); System.out.println(list);

    //Object set(int index, Object ele):设置指定index位置的元素为ele list.set(1,”CC”); System.out.println(list);

    //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 List subList = list.subList(2, 4); System.out.println(subList); System.out.println(list); }

    @Test public void test(){ 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.add(1,”BB”); System.out.println(list);

    //boolean addAll(int index, Collection eles):从index位置开始将eles中的所有元素添加进来 List list1 = Arrays.asList(1, 2, 3); list.addAll(list1); // list.add(list1); System.out.println(list.size());//9

    //Object get(int index):获取指定index位置的元素 System.out.println(list.get(2));

    } } ```

    4.6、List的一个面试小题

    1、面试题1
    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? ```java /**

  • 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。 */ 2、面试题2java import org.junit.Test;

import java.util.ArrayList; import java.util.List;

public class ListEver { /**

 * 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);
    updateList(list);
    System.out.println(list);//
}
private void updateList(List list) {

// list.remove(2); list.remove(new Integer(2)); } }

<a name="Epw9W"></a>
# 05、Collection子接口之二：Set接口
- Set接口是Collection的子接口，set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 判断两个对象是否相同不是使用==运算符，而是根据equals()方法**
<a name="oJaCg"></a>
## 5.1、Set接口实现类的对比
```java
/**
 * 1.Set接口的框架：
 * |----Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象
 *          |----Set接口：存储无序的、不可重复的数据   -->高中讲的“集合”
 *             |----HashSet：作为Set接口的主要实现类；线程不安全的；可以存储null值
 *                 |----LinkedHashSet：作为HashSet的子类；遍历其内部数据时，可以按照添加的顺序遍历
 *                                    对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet.
 *             |----TreeSet：可以按照添加对象的指定属性，进行排序。
 */

5.2、Set的无序性与不可重复性的理解

1、测试类

import org.junit.Test;
import java.util.HashSet;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;
/**
 *
 * 1.Set接口中没有定义额外的方法，使用的都是Collection中声明过的方法。
 *
 */
public class SetTest {
    /**
     * 一、Set:存储无序的、不可重复的数据
     *      1.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添加，而是根据数据的哈希值决定的。
     *
     *      2.不可重复性：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。
     *
     * 二、添加元素的过程：以HashSet为例：
     *
     *
     */
    @Test
    public void test(){
        Set set = new HashSet();
        set.add(123);
        set.add(456);
        set.add("fgd");
        set.add("book");
        set.add(new User("Tom",12));
        set.add(new User("Tom",12));
        set.add(129);
        Iterator iterator = set.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }
}

2、User类

public class User{
    private String name;
    private int age;
    public User() {
    }
    public User(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        System.out.println("User equals()....");
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        User user = (User) o;
        if (age != user.age) return false;
        return name != null ? name.equals(user.name) : user.name == null;
    }
    @Override
    public int hashCode() { 
        int result = name != null ? name.hashCode() : 0;
        result = 31 * result + age;
        return result;
    }
}

5.3、HashSet中元素的添加过程

• HashSet是Set 接口的典型实现，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，因此具有很好的存取、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
• 底层也是数组，初始容量为16，当如果使用率超过0.75，（16*0.75=12）就会扩大容量为原来的2倍。（16扩容为32，依次为64,128…等）
• 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。

• 对于存放在Set容器中的对象，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”。

  /**
     * 一、Set:存储无序的、不可重复的数据
     *      1.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添加，而是根据数据的哈希值决定的。
     *
     *      2.不可重复性：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。
     *
     * 二、添加元素的过程：以HashSet为例：
     *      我们向HashSet中添加元素a,首先调用元素a所在类的hashCode()方法，计算元素a的哈希值，
     *      此哈希值接着通过某种算法计算出在HashSet底层数组中的存放位置（即为：索引位置），判断
     *      数组此位置上是否已经有元素：
     *          如果此位置上没有其他元素，则元素a添加成功。 --->情况1
     *          如果此位置上有其他元素b(或以链表形式存在的多个元素），则比较元素a与元素b的hash值：
     *              如果hash值不相同，则元素a添加成功。--->情况2
     *              如果hash值相同，进而需要调用元素a所在类的equals()方法：
     *                    equals()返回true,元素a添加失败
     *                    equals()返回false,则元素a添加成功。--->情况2
     *
     *      对于添加成功的情况2和情况3而言：元素a 与已经存在指定索引位置上数据以链表的方式存储。
     *      jdk 7 :元素a放到数组中，指向原来的元素。
     *      jdk 8 :原来的元素在数组中，指向元素a
     *      总结：七上八下
     *
     * HashSet底层：数组+链表的结构。
     *
     */

  

  5.4、关于hashCode()和equals()的重写

  5.4.1、重写hashCode() 方法的基本原则

• 在程序运行时，同一个对象多次调用hashCode()方法应该返回相同的值。

• 当两个对象的equals()方法比较返回true时，这两个对象的hashCode()方法的返回值也应相等。

• 对象中用作equals() 方法比较的Field，都应该用来计算hashCode值。

  5.4.2、重写equals() 方法的基本原则

  以自定义的Customer类为例，何时需要重写equals()？

• 当一个类有自己特有的“逻辑相等”概念,当改写equals()的时候，总是要改写hashCode()，根据一个类的equals方法（改写后），两个截然不同的实例有可能在逻辑上是相等的，但是，根据Object.hashCode()方法，它们仅仅是两个对象。

• 因此，违反了“相等的对象必须具有相等的散列码”。

• 结论：复写equals方法的时候一般都需要同时复写hashCode方法。通常参与计算hashCode的对象的属性也应该参与到equals()中进行计算。

  5.4.3、Eclipse/IDEA工具里hashCode()的重写

  以Eclipse/IDEA为例，在自定义类中可以调用工具自动重写equals和hashCode。问题：为什么用Eclipse/IDEA复写hashCode方法，有31这个数字？

• 选择系数的时候要选择尽量大的系数。因为如果计算出来的hash地址越大，所谓的“冲突”就越少，查找起来效率也会提高。（减少冲突）

• 并且31只占用5bits,相乘造成数据溢出的概率较小。
• 31可以由i*31== (i<<5)-1来表示,现在很多虚拟机里面都有做相关优化。（提高算法效率）

• 31是一个素数，素数作用就是如果我用一个数字来乘以这个素数，那么最终出来的结果只能被素数本身和被乘数还有1来整除！(减少冲突)

  /**
  * 2.要求：向Set(主要指：HashSet、LinkedHashSet)中添加的数据，其所在的类一定要重写hashCode()和equals()
  *   要求：重写的hashCode()和equals()尽可能保持一致性：相等的对象必须具有相等的散列码
  *        重写两个方法的小技巧：对象中用作 equals() 方法比较的 Field，都应该用来计算 hashCode 值。
  */

  5.5、LinkedHashSet的使用

• LinkedHashSet是HashSet的子类

• 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插入顺序保存的。
• 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。
• LinkedHashSet不允许集合元素重复。

1、测试类

import org.junit.Test;
import java.util.Iterator;
import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.Set;
public class SetTest {
    /**
     * LinkedHashSet的使用
     * LinkedHashSet作为HashSet的子类，在添加数据的同时，每个数据还维护了两个引用，记录此数据前一个
     * 数据和后一个数据。
     * 优点：对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet
     */
    @Test
    public void test2(){
        Set set = new LinkedHashSet();
        set.add(456);
        set.add(123);
        set.add(123);
        set.add("AA");
        set.add("CC");
        set.add(new User("Tom",12));
        set.add(new User("Tom",12));
        set.add(129);
        Iterator iterator = set.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }
}

2、User类

public class User{
    private String name;
    private int age;
    public User() {
    }
    public User(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        System.out.println("User equals()....");
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        User user = (User) o;
        if (age != user.age) return false;
        return name != null ? name.equals(user.name) : user.name == null;
    }
    @Override
    public int hashCode() { //return name.hashCode() + age;
        int result = name != null ? name.hashCode() : 0;
        result = 31 * result + age;
        return result;
    }
}

5.6、TreeSet的自然排序

• TreeSet是SortedSet接口的实现类，TreeSet可以确保集合元素处于排序状态。
• TreeSet底层使用红黑树结构存储数据
• 新增的方法如下：(了解)
  • Comparator comparator()
  • Object first()
  • Object last()
  • Object lower(Object e)
  • Object higher(Object e)
  • SortedSet subSet(fromElement, toElement)
  • SortedSet headSet(toElement)
  • SortedSet tailSet(fromElement)
• TreeSet两种排序方法：自然排序和定制排序。默认情况下，TreeSet采用自然排序。
• TreeSet和后面要讲的TreeMap采用红黑树的存储结构
• 特点：有序，查询速度比List快
• 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。
• Comparable 的典型实现：
  • BigDecimal、BigInteger以及所有的数值型对应的包装类：按它们对应的数值大小进行比较
  • Character：按字符的unicode值来进行比较
  • Boolean：true 对应的包装类实例大于false 对应的包装类实例
  • String：按字符串中字符的unicode 值进行比较
  • Date、Time：后边的时间、日期比前面的时间、日期大
• 向TreeSet中添加元素时，只有第一个元素无须比较compareTo()方法，后面添加的所有元素都会调用compareTo()方法进行比较。
• 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)方法比较返回值。
• 当需要把一个对象放入TreeSet中，重写该对象对应的equals()方法时，应保证该方法与compareTo(Object obj)方法有一致的结果：如果两个对象通过equals()方法比较返回true，则通过compareTo(Object obj)方法比较应返回0。否则，让人难以理解。

红黑树

1、测试类

import org.junit.Test;
import java.util.Iterator;
import java.util.TreeSet;
/**
 * 1.向TreeSet中添加的数据，要求是相同类的对象。
 * 2.两种排序方式：自然排序（实现Comparable接口） 和 定制排序（Comparator）
 * 3.自然排序中，比较两个对象是否相同的标准为：compareTo()返回0.不再是equals().
 * 4.定制排序中，比较两个对象是否相同的标准为：compare()返回0.不再是equals().
 */
public class TreeSetTest {
    @Test
    public void test() {
        TreeSet set = new TreeSet();
        //失败：不能添加不同类的对象
//        set.add(123);
//        set.add(456);
//        set.add("AA");
//        set.add(new User("Tom",12));
        //举例一：
//        set.add(34);
//        set.add(-34);
//        set.add(43);
//        set.add(11);
//        set.add(8);
        //举例二：
        set.add(new User("Tom",12));
        set.add(new User("Jerry",32));
        set.add(new User("Jim",2));
        set.add(new User("Mike",65));
        set.add(new User("Jack",33));
        set.add(new User("Jack",56));
        Iterator iterator = set.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }
}

2、User类

public class User implements Comparable{
    private String name;
    private int age;
    public User() {
    }
    public User(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        System.out.println("User equals()....");
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        User user = (User) o;
        if (age != user.age) return false;
        return name != null ? name.equals(user.name) : user.name == null;
    }
    @Override
    public int hashCode() { //return name.hashCode() + age;
        int result = name != null ? name.hashCode() : 0;
        result = 31 * result + age;
        return result;
    }
    //按照姓名从大到小排列,年龄从小到大排列
    @Override
    public int compareTo(Object o) {
        if (o instanceof User) {
            User user = (User) o;
//            return this.name.compareTo(user.name);  //按照姓名从小到大排列
//            return -this.name.compareTo(user.name);  //按照姓名从大到小排列
            int compare = -this.name.compareTo(user.name);  //按照姓名从大到小排列
            if(compare != 0){   //年龄从小到大排列
                return compare;
            }else{
                return Integer.compare(this.age,user.age);
            }
        } else {
            throw new RuntimeException("输入的类型不匹配");
        }
    }
}

5.7、TreeSet的定制排序

• TreeSet的自然排序要求元素所属的类实现Comparable接口，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。
• 此时，仍然只能向TreeSet中添加类型相同的对象。否则发生ClassCastException异常。
• 使用定制排序判断两个元素相等的标准是：通过Comparator比较两个元素返回了0。

1、测试类

import org.junit.Test;
import java.util.Comparator;
import java.util.Iterator;
import java.util.TreeSet;
/**
 * 1.向TreeSet中添加的数据，要求是相同类的对象。
 * 2.两种排序方式：自然排序（实现Comparable接口） 和 定制排序（Comparator）
 * 3.自然排序中，比较两个对象是否相同的标准为：compareTo()返回0.不再是equals().
 * 4.定制排序中，比较两个对象是否相同的标准为：compare()返回0.不再是equals().
 */
public class TreeSetTest {
    @Test
    public void tets2(){
        Comparator com = new Comparator() {
            //按照年龄从小到大排列
            @Override
            public int compare(Object o1, Object o2) {
                if(o1 instanceof User && o2 instanceof User){
                    User u1 = (User)o1;
                    User u2 = (User)o2;
                    return Integer.compare(u1.getAge(),u2.getAge());
                }else{
                    throw new RuntimeException("输入的数据类型不匹配");
                }
            }
        };
        TreeSet set = new TreeSet(com);
        set.add(new User("Tom",12));
        set.add(new User("Jerry",32));
        set.add(new User("Jim",2));
        set.add(new User("Mike",65));
        set.add(new User("Mary",33));
        set.add(new User("Jack",33));
        set.add(new User("Jack",56));
        Iterator iterator = set.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }
}

2、User类

public class User implements Comparable{
    private String name;
    private int age;
    public User() {
    }
    public User(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        System.out.println("User equals()....");
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        User user = (User) o;
        if (age != user.age) return false;
        return name != null ? name.equals(user.name) : user.name == null;
    }
    @Override
    public int hashCode() { //return name.hashCode() + age;
        int result = name != null ? name.hashCode() : 0;
        result = 31 * result + age;
        return result;
    }
    //按照姓名从大到小排列,年龄从小到大排列
    @Override
    public int compareTo(Object o) {
        if (o instanceof User) {
            User user = (User) o;
//            return this.name.compareTo(user.name);  //按照姓名从小到大排列
//            return -this.name.compareTo(user.name);  //按照姓名从大到小排列
            int compare = -this.name.compareTo(user.name);  //按照姓名从大到小排列
            if(compare != 0){   //年龄从小到大排列
                return compare;
            }else{
                return Integer.compare(this.age,user.age);
            }
        } else {
            throw new RuntimeException("输入的类型不匹配");
        }
    }
}

5.8、TreeSet的课后练习

1、MyDate类

/**
 * MyDate类包含:
 * private成员变量year,month,day；并为每一个属性定义getter,  setter 方法；
 */
public class MyDate implements Comparable{
    private int year;
    private int month;
    private int day;
    public int getYear() {
        return year;
    }
    public void setYear(int year) {
        this.year = year;
    }
    public int getMonth() {
        return month;
    }
    public void setMonth(int month) {
        this.month = month;
    }
    public int getDay() {
        return day;
    }
    public void setDay(int day) {
        this.day = day;
    }
    public MyDate() {
    }
    public MyDate(int year, int month, int day) {
        this.year = year;
        this.month = month;
        this.day = day;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "MyDate{" +
                "year=" + year +
                ", month=" + month +
                ", day=" + day +
                '}';
    }
    @Override
    public int compareTo(Object o) {
        if(o instanceof MyDate){
            MyDate m = (MyDate)o;
            //比较年
            int minusYear = this.getYear() - m.getYear();
            if(minusYear != 0){
                return minusYear;
            }
            //比较月
            int minusMonth = this.getMonth() - m.getMonth();
            if(minusMonth != 0){
                return minusMonth;
            }
            //比较日
            return this.getDay() - m.getDay();
        }
        throw new RuntimeException("传入的数据类型不一致！");
    }
}

2、Employee类

/**
 * 定义一个Employee类。
 * 该类包含：private成员变量name,age,birthday，
 * 其中birthday 为MyDate 类的对象；
 * 并为每一个属性定义getter, setter 方法；
 * 并重写toString 方法输出name, age, birthday
 */
public class Employee implements Comparable{
    private String name;
    private int age;
    private MyDate birthday;
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    public MyDate getBirthday() {
        return birthday;
    }
    public void setBirthday(MyDate birthday) {
        this.birthday = birthday;
    }
    public Employee() {
    }
    public Employee(String name, int age, MyDate birthday) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.birthday = birthday;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Employee{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", birthday=" + birthday +
                '}';
    }
    //按name排序
    @Override
    public int compareTo(Object o){
        if(o instanceof Employee){
            Employee e = (Employee)o;
            return this.name.compareTo(e.name);
        }
//        return 0;
        throw new RuntimeException("传入的数据类型不一致");
    }
}

3、测试类

import org.junit.Test;
import java.util.Comparator;
import java.util.Iterator;
import java.util.TreeSet;
/**
 * 创建该类的5 个对象，并把这些对象放入TreeSet 集合中
 * （下一章：TreeSet 需使用泛型来定义）分别按以下两种方式
 * 对集合中的元素进行排序，并遍历输出：
 *
 * 1). 使Employee 实现Comparable 接口，并按name 排序
 * 2). 创建TreeSet 时传入Comparator对象，按生日日期的先后排序。
 */
public class EmployeeTest {
    //问题二：按生日日期的先后排序
    @Test
    public void test2(){
        TreeSet set = new TreeSet(new Comparator() {
            @Override
            public int compare(Object o1, Object o2) {
                if(o1 instanceof Employee && o2 instanceof Employee){
                    Employee e1 = (Employee)o1;
                    Employee e2 = (Employee)o2;
                    MyDate b1 = e1.getBirthday();
                    MyDate b2 = e2.getBirthday();
                    //方式一：
//                    //比较年
//                    int minusYear = b1.getYear() - b2.getYear();
//                    if(minusYear != 0){
//                        return minusYear;
//                    }
//
//                    //比较月
//                    int minusMonth = b1.getMonth() - b2.getMonth();
//                    if(minusMonth != 0){
//                        return minusMonth;
//                    }
//
//                    //比较日
//                    return b1.getDay() - b2.getDay();
                    //方式二：
                    return b1.compareTo(b2);
                }
//                return 0;
                throw new RuntimeException("传入的数据类型不一致！");
            }
        });
        Employee e1 = new Employee("wangxianzhi",41,new MyDate(334,5,4));
        Employee e2 = new Employee("simaqian",43,new MyDate(-145,7,12));
        Employee e3 = new Employee("yanzhenqin",44,new MyDate(709,5,9));
        Employee e4 = new Employee("zhangqian",51,new MyDate(-179,8,12));
        Employee e5 = new Employee("quyuan",21,new MyDate(-340,12,4));
        set.add(e1);
        set.add(e2);
        set.add(e3);
        set.add(e4);
        set.add(e5);
        Iterator iterator = set.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }
    //问题一：使用自然排序
    @Test
    public void test(){
        TreeSet set = new TreeSet();
        Employee e1 = new Employee("wangxianzhi",41,new MyDate(334,5,4));
        Employee e2 = new Employee("simaqian",43,new MyDate(-145,7,12));
        Employee e3 = new Employee("yanzhenqin",44,new MyDate(709,5,9));
        Employee e4 = new Employee("zhangqian",51,new MyDate(-179,8,12));
        Employee e5 = new Employee("quyuan",21,new MyDate(-340,12,4));
        set.add(e1);
        set.add(e2);
        set.add(e3);
        set.add(e4);
        set.add(e5);
        Iterator iterator = set.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }
}