- Java集合框架概述
- Java 集合可分为 Collection 和 Map 两种体系
- Collection接口继承树
- Java 集合框架概述:Map接口继承树
- Collection接口方法
- Collection子接口之一:List接口
- List接口方法
- Collection子接口之二:Set接口
- Set存储的无序性、不可重复性说明
- 向HashSet中添加元素的过程:(重要)
- 要求1:向 Set 中添加的数据,其所在的类一定要重写hashCode() 和 equals()。
- 要求2:重写的hashCode() 和 equals(),尽量保持一致性:相等的对象(equals判断相等),必须保证有相等的 hashCode值。
- Set实现类之二:LinkedHashSet
- Set实现类之三:TreeSet
- Map接口
- Map结构的理解
- HashMap的底层实现原理?
- HashMap源码中的重要常量
- Map接口概述
- Map接口:常用方法
- Collections工具类
Java集合框架概述
一方面,面向对象有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。另一方面,使用Array存储对象方面具有一些弊端,而Java集合就像一种容器,可以动态地把多个对象的引用放入容器中。
数组在内存存储方面的特点
- 数组初始化后,长度就确定了
- 数组声明的类型,就决定了进行元素初始化时的类型
数组在存储数据方面的弊端:
- 数组初始化好以后,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。同时无法直接提供获取元素的个数
- Java集合类可以用于存储数量不等的多个对象,还可以保存具有映射关系的关联数组。
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
Collection接口继承树
Java 集合框架概述:Map接口继承树
Collection接口方法
Collection 接口
- 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以用于操作Set集合,也可以用于操作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。
1、添加
- add(Object obj)
- addAll(Collection coll)
2、获取有效元素的个数
- int size()
3、清空集合
- void clear()
4、是否是空集合
- boolean isEmpty()
@Testpublic void test1(){Collection coll = new ArrayList();//1、add(Object e):将元素e添加到集合coll中coll.add("AA");coll.add("BB");coll.add(123);coll.add(new Date());//2、size():获取添加的元素的个数System.out.println(coll.size());//4//3、addAll(Collection coll1):将coll1集合中的元素添加到当前集合中Collection coll1=new ArrayList();coll1.add(456);coll1.add("CC");coll.addAll(coll1);System.out.println(coll.size());//6System.out.println(coll);//[AA, BB, 123, Sat Nov 21 17:18:58 CST 2020, 456, CC]//4、clear():清空集合元素coll.clear();//5、isEmpty():判断当前集合是否为空System.out.println(coll.isEmpty());//true}
5、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。
@Testpublic void test2(){Collection coll = new ArrayList();coll.add(123);coll.add(456);coll.add(new String("Tom"));coll.add(false);coll.add(new Person("Jerry",20));//1、contains(Object obj):判断当前集合中是否包含obj//在判断时会调用obj对象所在类的equals()。boolean contains = coll.contains(123);System.out.println(contains);//trueSystem.out.println(coll.contains(new String("Tom")));//trueSystem.out.println(coll.contains(new Person("Jerry",20)));//false -->true(重写Person类的equals()后)//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(123,456);System.out.println(coll.containsAll(coll1));//truecoll1= Arrays.asList(123,456789);System.out.println(coll.containsAll(coll1));//false}
6、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
@Testpublic void test3(){//3、remove():从当前集合中移除obj元素。Collection coll = new ArrayList();coll.add(123);coll.add(456);coll.add(new String("Tom"));coll.add(new Person("Jerry",20));coll.add(false);boolean remove = coll.remove(123);System.out.println(remove);//trueSystem.out.println(coll);//[456, Tom, Person{name='Jerry', age=20}, false]boolean jerry = coll.remove(new Person("Jerry", 20));System.out.println(coll);//[456, Tom, false]//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);//[Tom, false]coll.removeAll(coll1);System.out.println(coll);//[456, Tom, false]}
7、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
@Testpublic void test4(){Collection coll = new ArrayList();coll.add(123);coll.add(456);coll.add(new String("Tom"));coll.add(new Person("Jerry",20));coll.add(false);//5、retainAll(Collection coll1):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);//[123, 456]//6、equals(Object obj):判断当前集合和形参元素是否相同Collection coll1 = new ArrayList();coll1.add(123);coll1.add(456);coll1.add(new String("Tom"));coll1.add(new Person("Jerry",20));coll1.add(false);System.out.println(coll.equals(coll1));//true}
8、集合是否相等
- boolean equals(Object obj)
9、转成对象数组
- Object[] toArray()
10、获取集合对象的哈希值
- hashCode()
@Testpublic void test5(){Collection coll = new ArrayList();coll.add(123);coll.add(456);coll.add(new String("Tom"));coll.add(new Person("Jerry",20));coll.add(false);//7、hashCode():返回当前对象的哈希值System.out.println(coll.hashCode());//192959650//8、集合 --->数组:toArray()Object[] arr = coll.toArray();for (Object o:arr) {System.out.println(o);}//数组 -->集合:调用Arrays类的静态方法asList()List<java.lang.String> list = Arrays.asList(new java.lang.String[]{"AA", "BB", "CC"});System.out.println(list);List arr1 = Arrays.asList(new int[]{123, 456});System.out.println(arr1.size());//1List arr2 = Arrays.asList(new Integer[]{123, 456});System.out.println(arr2.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}
11、遍历
- iterator():返回迭代器对象,用于集合遍历
Iterator迭代器接口
使用Iterator 接口遍历集合元素
- 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。
Iterator接口的方法
/*** 集合元素的遍历,使用迭代器Iterator接口* 内部的方法:hasNext()和 next()*/@Testpublic void test1(){Collection coll = new ArrayList();coll.add(123);coll.add(456);coll.add(new String("Tom"));coll.add(new Person("Jerry",20));coll.add(false);Iterator iterator = coll.iterator();while (iterator.hasNext()){System.out.println(iterator.next());}}
Iterator接口remove()方法
@Testpublic void test2(){Collection coll = new ArrayList();coll.add(123);coll.add(456);coll.add(new String("Tom"));coll.add(new Person("Jerry",20));coll.add(false);//remove():移除集合中的对象Iterator iterator = coll.iterator();while (iterator.hasNext()){Object next = iterator.next();if ("Tom".equals(next)){iterator.remove();}}Iterator iterator1 = coll.iterator();while (iterator1.hasNext()){System.out.println(iterator1.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,再次调用remove都会报IllegalStateException。
使用 foreach 循环遍历集合元素
- 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。
@Testpublic void test3(){String[] str = new String[5];for (String myStr : str) {myStr = "atguigu";System.out.println(myStr);//5次atguigu}for (int i = 0; i < str.length; i++) {System.out.println(str[i]);//5次null}}
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。
ArrayList、LinkedList和Vector的异同
ArrayList
- 作为List接口的主要实现类
- 线程不安全,效率高
- 底层使用object[]elementData存储
LinkList
- 底层使用双向链表存储
- 对于频繁的插入、删除操作,使用此类效率比ArrayList高
Vector
- 作为List接口的古老实现类
- 线程安全,效率低
- 底层使用object[]
ArrayList源码分析(jdk 7)
- ArrayList底层使用Object[] elementData来进行存储
- 无参构造器:ArrayList list = new ArrayList();//底层创建了长度为10的object[]数组elementData。
- list.add(123);//elemetData[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容量的1.5倍,同时将原有数组当中的数据复制到新的数组当中。
- 带参数的构造器:public ArrayList(int initialCapacity)
ArrayList源码分析(jdk 8)
①、ArrayList底层使用的是Object[] elementData来进行存储的。
②、构造器:ArrayList list = new ArrayList();//底层object[] elementData初始化为{},并没有创建长度为10的数组,而是将 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 赋值给它
③、list.add(123);//第一次调用add()时,底层才创建了长度为10的数组(节省了内存),并将数据123添加到elementData[0]。
- 进入add(),首先确定容量是否足够,进入ensureCapacityInternal()方法
- 判断当前的elementData数组是否是 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA ,如果是,则取Math.max(10,1)=10,进入ensureExplicitCapacity(minCapacity)方法。
- 进入ensureExplicitCapacity(minCapacity);
- 进入grow(minCapacity);
jdk 8中ArrayList的对象创建类似于单例中的懒汉式,延迟了数组的创建,节省了内存
④、后续的添加和扩容的操作与jdk 7无异
List接口方法
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(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
@Testpublic void test1(){ArrayList list=new ArrayList();list.add(123);list.add(456);list.add("AA");list.add(new Person("Tom",20));list.add(456);System.out.println(list);//[123, 456, AA, Person{name='Tom', age=20}, 456]//void add(int index, Object ele):在index位置插入ele元素list.add(1,"BB");System.out.println(list);//[123, BB, 456, AA, Person{name='Tom', age=20}, 456]//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);System.out.println(list);//[123, BB, 456, AA, Person{name='Tom', age=20}, 456, 1, 2, 3]//Object get(int index):获取指定index位置的元素System.out.println(list.get(0));//123}
- 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(左闭右开)
@Testpublic void test2(){ArrayList list=new ArrayList();list.add(123);list.add(456);list.add("AA");list.add(new Person("Tom",20));list.add(456);//int indexOf(Object obj):返回obj在集合中首次出现的位置,不存在,则返回-1int index = list.indexOf(456);System.out.println(index);//1//int lastIndexOf(Object obj):返回obj在当前集合中末次出现的位置System.out.println(list.lastIndexOf(456));//4//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);//123System.out.println(list);//[456, AA, Person{name='Tom', age=20}, 456]//Object set(int index, Object ele):设置指定index位置的元素为elelist.set(1,"CC");System.out.println(list);//[456, CC, Person{name='Tom', age=20}, 456]//List subList(int fromIndex, int toIndex):返回从fromIndex到toIndex位置的子集合(左闭右开)List sub = list.subList(2, 4);System.out.println(sub);//[Person{name='Tom', age=20}, 456]}
面试题
区分List中remove(int index) 和 remove(Object obj)
@Testpublic void testListRemove() {List list = new ArrayList();list.add(1);list.add(2);list.add(3);updateList(list);System.out.println(list);//[1, 2]}private static void updateList(List list) {//list.remove(2);//此时是通过索引去进行删除的list.remove(new Integer(2));//此时是通过对象进行删除}
Collection子接口之二:Set接口
Set 接口概述
- 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。
Set实现类
HashSet
- 数组+单向链表结构
- 作为Set接口的主要实现类
- 线程不安全
- 可以存储null值
- 不能保证元素的排列顺序
- 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。
LinkedHashSet
- 数组+双向链表结构
- 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,效率更高
TreeSet
- 可以按照添加元素指定属性,进行排序
Set存储的无序性、不可重复性说明
以HashSet为例
- 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来确定存放的位置。
- 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。
向HashSet中添加元素的过程:(重要)
说明:如何比较添加的元素是否已经存在?一般我们可以通过比较两个对象重写后的的equals()来判断。但是,当我们要添加第1000个元素时,第1000个,也就是Set当中已经存在999个元素了,那是不是得一个一个元素来和它进行比较判断?这无疑效率很差,所以在Set当中会以 HashCode值 + equals() 的方式来进行判断。
Set底层使用的也是数组结构。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。
然后根据 hashCode 值,通过某种散列函数决定该对象
在 HashSet 底层数组中的存储位置,即:索引位置。(这个散列函数会与底层数组的长度相计算得到在数组中的下标,并且这种散列函数计算还尽可能保证能均匀存储元素,越是散列分布,
该散列函数设计的越好)
判断,数组此位置上是否已经存有元素:
情况一、如果此位置上没有元素,则元素a添加成功。 ——>情况1
情况二 、如果此位置上有其他元素b(或以链表形式存在多个元素),则比较元素a和元素b的hash值:
1、如果两者的hash值不同,则元素a添加成功。 ---->**情况2**2、如果hash值相同,进而需要调用元素a的equals()方法。①、若equals() 返回true,元素a添加失败②、若equals() 返回false,则元素a添加成功 ---->**情况1**
说明: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的元素以链表的方式进行存储。
jdk 7:元素a替换原来的元素放到数组中,并指向原来的元素(头插法)jdk 8:原来的元素在数组中,指向元素a(尾插法)总结:七上八下
HashSet底层:数组+链表
要求1:向 Set 中添加的数据,其所在的类一定要重写hashCode() 和 equals()。
要求2:重写的hashCode() 和 equals(),尽量保持一致性:相等的对象(equals判断相等),必须保证有相等的 hashCode值。
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。
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。
如果只重写了equals()而不重写Hashcode()会如何?
此时,对象所在类的 HashCode() 将延用Object类当中的 HashCode(),而Object类中该方法,将会根据对象所在的内存中的地址计算得到一个 hashCode值,可以近似的认为是随机值,也就是不同的对象(通过 == 判断),则不同。因为hashCode值不同,则该元素对象直接根据 hashCode 值映射计算得到的数组中的索引位置进行存放,而不会执行equals()方法判断是否已经存在。所以也就无法实现HashSet存储元素的不可重复性。
重写HashCode()
该方法能保证如果两个对象相等(equals()相等),则计算出的HashCode值也一定相等。
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)
Set实现类之二:LinkedHashSet
- 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。
/*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地址(双向链表),记录该数据前一个数据所在的位置和后一个数据所在的位置。优点:对于频繁的遍历操作,LinkedHashSet效率高于HashSet*/@Testpublic void test1(){Set set = new LinkedHashSet();set.add(123);set.add(456);set.add("AA");set.add("CC");set.add(new User("Tom",18));set.add(new User("Tom",18));set.add(129);Iterator iterator = set.iterator();while (iterator.hasNext()){System.out.println(iterator.next());}}
Set实现类之三:TreeSet
- 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
- 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。
排序—自然排序
- 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。
- 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。
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;}@Overridepublic String toString() {return "User{" +"name='" + name + '\'' +", age=" + age +'}';}@Overridepublic boolean equals(Object o) {System.out.println("User的equals方法");if (this == o) return true;if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;User user = (User) o;return age == user.age &&Objects.equals(name, user.name);}@Overridepublic int hashCode() {return Objects.hash(name, age);}//按照姓名从小到大排序@Overridepublic int compareTo(Object o) {if(o instanceof User){User user=(User)o;return this.name.compareTo(user.name);}else{throw new RuntimeException("输入的类型不匹配");}}
TreeSet自然排序
/*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(Object o)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(Object o1, Object o2)返回0,不再是equals()*/@Testpublic void test(){TreeSet set = new TreeSet();//1、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(123);// set.add(-43);// set.add(43);// set.add(8);// set.add(11);//// Iterator iterator = set.iterator();// while (iterator.hasNext()){// System.out.println(iterator.next());//-43,8,11,43,123,// }//举例二:set.add(new User("Tom",12));set.add(new User("Jerry",52));set.add(new User("Jim",18));set.add(new User("Mike",32));set.add(new User("Jack",2));/*下面那条数据,未添加进TreeSet当中,因为TreeSet当中比较两个对象是否相同,不是根据equals()来比较,而是根据自然排序compareTo(Object o)来进行比较,若compareTo(Object o)返回的结果是 0,则就认为两个元素相同,而不会添加进去。(我们此处重写了User类中的compareTo(Object o)方法,根据User.name来比较大小)*/set.add(new User("Jack",15));Iterator iterator1 = set.iterator();while (iterator1.hasNext()){System.out.println(iterator1.next());//-43,8,11,43,123,}}
排序—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。
TreeSet定制排序
@Testpublic void test2(){Comparator com = new Comparator() {//按照年龄从小到大排序@Overridepublic 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);//提供了参数,则按照定制排序来,不提供,按照自然排序比较set.add(new User("Tom",26));set.add(new User("Jerry",52));set.add(new User("Jim",18));set.add(new User("Mike",32));set.add(new User("Jack",2));set.add(new User("Marry",2));//该条数据不会被添加到TreeSet当中,因为compare比较后的年龄相同set.add(new User("Jack",15));Iterator iterator = set.iterator();while (iterator.hasNext()){System.out.println(iterator.next());}}
练习
在List内去除重复数字值,要求尽量简单
public static List duplicateList(List list) {HashSet set = new HashSet();set.addAll(list);return new ArrayList(set);}public static void main(String[] args) {List list = new ArrayList();list.add(new Integer(1));list.add(new Integer(2));list.add(new Integer(2));list.add(new Integer(4));list.add(new Integer(4));List list2 = duplicateList(list);for (Object integer : list2) {System.out.println(integer);}}
Map接口
HashMap
- 作为Map的主要实现类
- 线程不安全,效率高
- 可以存储null的key和value
LinkedHashMap
- HashMap的子类
- 保证在遍历map元素时,可以按照添加的顺序实现遍历。
- 原因:在原有的HashMap底层结构基础上,添加了一对指针,指向前一个元素和后一个元素
- 对于频繁的遍历操作,此类的执行效率高于HashMap
TreeMap
- 保证按照添加的key-value对进行排序,实现排序遍历。此时考虑key的自然排序和定制排序
- 底层使用红黑树
Hashtable
- 作为古老的实现类
- 线程安全,效率低
- 不能存储null的key和value
Properties
- Hashtable的子类,常用来处理配置文件
- key 和 value都是String类型
HashMap底层
数组+链表(jdk 7及之前)
数组+链表+ 红黑树(jdk 8)
Map结构的理解
以HashMap为例
- Map中的key:无序的、不可重复的,使用Set存储所有的key。—-> key所在的类要重写equals() 和 hashCode()
- Map中的value:无序的、可重复的,使用Collection存储所有的value —-> value所在的类要重写equals()
- 一个键值对:key-value构成一个Entry对象
- Map中的entry:无序的、不可重复的,使用Set存储所有的entry
HashMap的底层实现原理?
以jdk 7为例说明
HashMap map = new HashMap();
在实例化以后,底层创建了一个长度是16的一维数组Entry[ ] table.
…假设此时已经执行过多次put操作…
map.put(key1,value1):
首先,调用key1所在类的hashCode()计算key1哈希值,此哈希值经过某种算法计算之后,得到在Entry数组中的存放位置。
如果此位置上的数据为空,此时的key1-value1添加成功。 ——>情况1
如果此位置上的数据不为空,(意味着此位置上存在一个或多个数据(以链表形式存在)),比较key1和已经存在的一个或多个数据的哈希值。
如果key1的哈希值与已经存在的数据的哈希值不同,此时key1-value1添加成功。---->情况2如果key1的哈希值和已经存在的某一个数据(key2-value2)的哈希值相同,继续比较:调用key1所在类的equals(key2)如果equals()返回false:此时key1-value1添加成功。 ---->情况3如果equals()返回true:则使用value1替换掉value2.
补充:关于情况1和情况3:此时key1-value1和原来的数据以链表的方式存储。
在不断的添加过程中,会涉及到扩容问题,当超出临界值(且要存放的位置非空)时,扩容默认的扩容方式:扩容为原来容量的2倍,并将原有的数据赋值过来。
jdk 8相较于jdk 7在底层实现方面的不同。
- 1、new HashMap():底层没有创建一个长度为16的数组
- 2、jdk 8底层的数组是:Node[],而非Entry[]
- 3、收低调用put()方法时,底层创建长度为16的数组。
4、jkd7的底层结构只有:数组+链表。jdk8中底层结构:数组+链表+红黑树
- 当数组的某一个索引位置上的元素以链表形式存在的数据个数 > 8,且当前数组长度 > 64时,此时此索引位置上的所有数据改为使用红黑树存储.
HashMap源码中的重要常量
- DEFAULT_INITIAL_CAPACITY : HashMap的默认容量,16
- MAXIMUM_CAPACITY : HashMap的最大支持容量,2^30
- DEFAULT_LOAD_FACTOR:HashMap的默认加载因子
- TREEIFY_THRESHOLD:Bucket中链表长度大于该默认值,转化为红黑树
- UNTREEIFY_THRESHOLD:Bucket中红黑树存储的Node小于该默认值,转化为链表
- MIN_TREEIFY_CAPACITY:桶中的Node被树化时最小的hash表容量。(当桶中Node的数量大到需要变红黑树时,若hash表容量小于MIN_TREEIFY_CAPACITY时,此时应执行resize扩容操作这个MIN_TREEIFY_CAPACITY的值至少是TREEIFY_THRESHOLD的4倍。)
- table:存储元素的数组,总是2的n次幂
- entrySet:存储具体元素的集
- size:HashMap中存储的键值对的数量
- modCount:HashMap扩容和结构改变的次数。
- threshold:扩容的临界值,=容量*填充因子
- loadFactor:填充因子
HashMap的存储结构
JDK 1.8之前
- HashMap的内部存储结构其实是数组和链表的结合。当实例化一个HashMap时,系统会创建一个长度为Capacity的Entry数组,这个长度在哈希表中被称为容量(Capacity),在这个数组中可以存放元素的位置我们称之为“桶”(bucket),每个bucket都有自己的索引,系统可以根据索引快速的查找bucket中的元素。
- 每个bucket中存储一个元素,即一个Entry对象,但每一个Entry对象可以带一个引用变量,用于指向下一个元素,因此,在一个桶中,就有可能生成一个Entry链。而且新添加的元素作为链表的head。
HashMap的扩容
JDK 1.8之前
- 当HashMap中的元素越来越多的时候,hash冲突的几率也就越来越高,因为数组的长度是固定的。所以为了提高查询的效率,就要对HashMap的数组进行扩容,而在HashMap数组扩容之后,最消耗性能的点就出现了:原数组中的数据必须重新计算其在新数组中的位置,并放进去,这就是resize。
那么HashMap什么时候进行扩容呢?
当HashMap中的元素个数超过数组大小(数组总大小length,不是数组中个数
size)loadFactor 时 , 就 会 进 行 数 组 扩 容 , loadFactor 的默认 值
(DEFAULT_LOAD_FACTOR)为0.75,这是一个折中的取值。也就是说,默认情况
下,数组大小(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)为16,那么当HashMap中元素个数
超过160.75=12(这个值就是代码中的threshold值,也叫做临界值)的时候,就把
数组的大小扩展为 2*16=32,即扩大一倍,然后重新计算每个元素在数组中的位置,
而这是一个非常消耗性能的操作,所以如果我们已经预知HashMap中元素的个数,
那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能。
HashMap的存储结构
JDK 1.8
- HashMap的内部存储结构其实是数组+链表+树的结合。当实例化一个HashMap时,会初始化initialCapacity和loadFactor,在put第一对映射关系时,系统会创建一个长度为initialCapacity的Node数组,这个长度在哈希表中被称为容量(Capacity),在这个数组中可以存放元素的位置我们称之为“桶”(bucket),每个bucket都有自己的索引,系统可以根据索引快速的查找bucket中的元素。
- 每个bucket中存储一个元素,即一个Node对象,但每一个Node对象可以带一个引用变量next,用于指向下一个元素,因此,在一个桶中,就有可能生成一个Node链。也可能是一个一个TreeNode对象,每一个TreeNode对象可以有两个叶子结点left和right,因此,在一个桶中,就有可生成一个TreeNode树。而新添加的元素作为链表的last,或树的叶子结点。
那么HashMap什么时候进行扩容和树形化呢?
当HashMap中的元素个数超过数组大小(数组总大小length,不是数组中个数
size)loadFactor 时 , 就会进行数组扩容 , loadFactor 的默认 值
(DEFAULT_LOAD_FACTOR)为0.75,这是一个折中的取值。也就是说,默认
情况下,数组大小(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)为16,那么当HashMap中
元素个数超过160.75=12(这个值就是代码中的threshold值,也叫做临界值)
的时候,就把数组的大小扩展为 2*16=32,即扩大一倍,然后重新计算每个元
素在数组中的位置,而这是一个非常消耗性能的操作,所以如果我们已经预知
HashMap中元素的个数,那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能。
当HashMap中的其中一个链的对象个数如果达到了8个,此时如果capacity没有
达到64,那么HashMap会先扩容解决,如果已经达到了64,那么这个链会变成
树,结点类型由Node变成TreeNode类型。当然,如果当映射关系被移除后,
下次resize方法时判断树的结点个数低于6个,也会把树再转为链表。
关于映射关系的key是否可以修改?回答:不要修改
映射关系存储到HashMap中会存储key的hash值,这样就不用在每次查找时重新计算每一个Entry或Node(TreeNode)的hash值了,因此如果已经put到Map中的映射关系,再修改key的属性,而这个属性又参与hashcode值的计算,那么会导致匹配不上。
总结:JDK1.8相较于之前的变化:
- 1.HashMap map = new HashMap();//默认情况下,先不创建长度为16的数组
- 2.当首次调用map.put()时,再创建长度为16的数组
- 3.数组为Node类型,在jdk7中称为Entry类型
- 4.形成链表结构时,新添加的key-value对在链表的尾部(七上八下)
- 5.当数组指定索引位置的链表长度>8时,且map中的数组的长度> 64时,此索引位置上的所有key-value对使用红黑树进行存储。
面试题:
谈谈你对HashMap中put/get方法的认识?如果了解再谈谈HashMap的扩容机制?默认大小是多少?什么是负载因子(或填充比)?什么是吞吐临界值(或阈值、threshold)?
面试题:负载因子值的大小,对HashMap有什么影响
- 负载因子的大小决定了HashMap的数据密度。
- 负载因子越大密度越大,发生碰撞的几率越高,数组中的链表越容易长,造成查询或插入时的比较次数增多,性能会下降。
- 负载因子越小,就越容易触发扩容,数据密度也越小,意味着发生碰撞的几率越小,数组中的链表也就越短,查询和插入时比较的次数也越小,性能会更高。但是会浪费一定的内容空间。而且经常扩容也会影响性能,建议初始化预设大一点的空间。
- 按照其他语言的参考及研究经验,会考虑将负载因子设置为0.7~0.75,此时平均检索长度接近于常数。
Map接口概述
- Map与Collection并列存在。用于保存具有映射关系的数据:key-value
- Map 中的 key 和 value 都可以是任何引用类型的数据
- Map 中的 key 用Set来存放,不允许重复,即同一个 Map 对象所对应的类,须重写hashCode()和equals()方法
- 常用String类作为Map的“键”
- key 和 value 之间存在单向一对一关系,即通过指定的 key 总能找到唯一的、确定的 value
- Map接口的常用实现类:HashMap、TreeMap、LinkedHashMap和Properties。其中,HashMap是 Map 接口使用频率最高的实现类
Map接口:常用方法
添加、删除、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
- 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
@Testpublic void test1(){Map map = new HashMap();//添加map.put("AA",123);map.put(45,123);map.put("BB",56);//修改map.put("AA",87);System.out.println(map);//{AA=87, BB=56, 45=123}Map map1 = new HashMap();map1.put("CC",123);map1.put("DD",123);//putAll()map.putAll(map1);System.out.println(map);//{AA=87, BB=56, CC=123, DD=123, 45=123}//remove(Object key)Object value = map.remove("CC");System.out.println(value);//123System.out.println(map);//{AA=87, BB=56, DD=123, 45=123}//clear()map.clear();//与map = null操作不同System.out.println(map.size());//0System.out.println(map);//{}}
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
@Testpublic void test2(){/*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*/Map map = new HashMap();map.put("AA",123);map.put(45,123);map.put("BB",465);//get(Object key)System.out.println(map.get(45));//123//containsKey(Object key)boolean isExist = map.containsKey("AA");System.out.println(isExist);//true//containsValue(Object value)isExist=map.containsValue(123);System.out.println(isExist);//true//isEmpty()map.clear();System.out.println(map.isEmpty());//true}
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
@Testpublic void test3(){/*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*/Map map = new HashMap();map.put("AA",123);map.put(45,1234);map.put("BB",465);//遍历所有的key集:keySet()Set set = map.keySet();Iterator iterator = set.iterator();while (iterator.hasNext()){System.out.println(iterator.next());}System.out.println("**********************");//遍历所有的valueCollection values = map.values();Iterator iterator1 = values.iterator();while (iterator1.hasNext()){System.out.println(iterator1.next());}System.out.println("***********************");//遍历所有的key-value//方式一:entrySet()Set entrySet = map.entrySet();Iterator iterator2 = entrySet.iterator();while (iterator2.hasNext()){Object obj = iterator2.next();//entrySet集合中的元素都是entryMap.Entry entry = (Map.Entry)obj;System.out.println(entry.getKey()+"---->"+entry.getValue());}System.out.println("************************");//方式二:Set keySet = map.keySet();Iterator iot = keySet.iterator();while (iot.hasNext()){Object key = iot.next();Object value = map.get(key);System.out.println(key+"---->"+value);}}
Map实现类之一:HashMap
- HashMap是 Map 接口使用频率最高的实现类
- 允许使用null键和null值,与HashSet一样,不保证映射的顺序。
- 所有的key构成的集合是Set:无序的、不可重复的。所以,key所在的类要重写:
equals()和hashCode() - 所有的value构成的集合是Collection:无序的、可以重复的。所以,value所在的类
要重写:equals() - 一个key-value构成一个entry
- 所有的entry构成的集合是Set:无序的、不可重复的
- HashMap 判断两个 key 相等的标准是:两个 key 通过 equals() 方法返回 true,
hashCode 值也相等。 - HashMap 判断两个 value相等的标准是:两个 value 通过 equals() 方法返回 true。
Map实现类之二:LinkedHashMap
- LinkedHashMap 是 HashMap 的子类
- 在HashMap存储结构的基础上,使用了一对双向链表来记录添加
元素的顺序 - 与LinkedHashSet类似,LinkedHashMap 可以维护 Map 的迭代
顺序:迭代顺序与 Key-Value 对的插入顺序一致
Map实现类之三:TreeMap
- TreeMap存储 Key-Value 对时,需要根据 key-value 对进行排序。TreeMap 可以保证所有的 Key-Value 对处于有序状态。
- TreeSet底层使用红黑树结构存储数据
TreeMap 的 Key 的排序:
- 自然排序:TreeMap 的所有的 Key 必须实现 Comparable 接口,而且所有
的 Key 应该是同一个类的对象,否则将会抛出 ClasssCastException - 定制排序:创建 TreeMap 时,传入一个 Comparator 对象,该对象负责对
TreeMap 中的所有 key 进行排序。此时不需要 Map 的 Key 实现
Comparable 接口
- 自然排序:TreeMap 的所有的 Key 必须实现 Comparable 接口,而且所有
- TreeMap判断两个key相等的标准:两个key通过compareTo()方法或者compare()方法返回0。
public class TreeMapTest {//向TreeMap中添加key-value,要求key必须时同一个类创建的对象//因为要按照key进行排序:自然排序、定制排序//自然排序@Testpublic void tets1(){TreeMap map = new TreeMap();User u1 = new User("Tom",23);User u2 = new User("Jerry",15);User u3 = new User("Jack",65);User u4 = new User("Rose",2);map.put(u1,98);map.put(u2,89);map.put(u3,76);map.put(u4,100);//遍历Set set = map.entrySet();Iterator iterator = set.iterator();while (iterator.hasNext()){Object entrys = iterator.next();Map.Entry entry = (Map.Entry)entrys;System.out.println(entry.getKey()+"----->"+entry.getValue());}}@Testpublic void test2(){TreeMap map = new TreeMap(new Comparator() {//按照年龄排序@Overridepublic 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());}throw new RuntimeException("输入数据类型不匹配");}});User u1 = new User("Tom",23);User u2 = new User("Jerry",15);User u3 = new User("Jack",65);User u4 = new User("Rose",2);map.put(u1,98);map.put(u2,89);map.put(u3,76);map.put(u4,100);Set set = map.entrySet();Iterator iterator = set.iterator();while (iterator.hasNext()){Object entrys = iterator.next();Map.Entry entry = (Map.Entry)entrys;System.out.println(entry.getKey()+"----->"+entry.getValue());}}}
Map实现类之四:Hashtable
- Hashtable是个古老的 Map 实现类,JDK1.0就提供了。不同于HashMap,
Hashtable是线程安全的。 - Hashtable实现原理和HashMap相同,功能相同。底层都使用哈希表结构,查询速度快,很多情况下可以互用。
- 与HashMap不同,Hashtable 不允许使用 null 作为 key 和 value
- 与HashMap一样,Hashtable 也不能保证其中 Key-Value 对的顺序
- Hashtable判断两个key相等、两个value相等的标准,与HashMap一致。
Map实现类之五:Properties
- Properties 类是 Hashtable 的子类,该对象用于处理属性文件
- 由于属性文件里的 key、value 都是字符串类型,所以 Properties 里的 key和 value 都是字符串类型
- 存取数据时,建议使用setProperty(String key,String value)方法和
getProperty(String key)方法
//Properties 类是 Hashtable 的子类,该对象用于处理属性文件public static void main(String[] args) throws Exception{Properties pros = new Properties();FileInputStream fis = new FileInputStream("jdbc.properties");pros.load(fis);String name = pros.getProperty("name");String pasword = pros.getProperty("pasword");System.out.println("name="+name+" password="+pasword);//name=Tom password=null}
Collections工具类
Collections 是一个操作 Set、List 和 Map 等集合的工具类
- 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
排序操作:(均为static方法)
- 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、替换
- 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)
- Object min(Collection,Comparator)
- int frequency(Collection,Object):返回指定集合中指定元素的出现次数
- 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
- 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
@Testpublic void test1() {List list = new ArrayList();list.add(123);list.add(45);list.add(748);list.add(748);list.add(748);list.add(-18);list.add(0);System.out.println(list);//[123, 45, 748, -18, 0]//reverse(List):反转 List 中元素的顺序Collections.reverse(list);System.out.println(list);//[0, -18, 748, 45, 123]//shuffle(List):对 List 集合元素进行随机排序Collections.shuffle(list);System.out.println(list);//[45, 0, -18, 123, 748]//sort(List):根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素按升序排序Collections.sort(list);System.out.println(list);//[-18, 0, 45, 123, 748]//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Collections.swap(list,1,2);System.out.println(list);//[-18, 45, 0, 123, 748]//int frequency(Collection,Object):返回指定集合中指定元素的出现次数int frequency = Collections.frequency(list, 748);System.out.println(frequency);//3}@Testpublic void test2(){//void copy(List dest,List src):将src中的内容复制到dest中List list = new ArrayList();list.add(123);list.add(45);list.add(748);list.add(748);list.add(748);list.add(-18);list.add(0);System.out.println(list);//[123, 45, 748, -18, 0]//报异常的写法// ArrayList dest = new ArrayList();// Collections.copy(dest,list);// System.out.println(dest);//java.lang.IndexOutOfBoundsException: Source does not fit in dest//正确的写法List dest = Arrays.asList(new Object[list.size()]);Collections.copy(dest,list);System.out.println(dest);//boolean replaceAll(List list,Object oldVal,Object newVal):使用新值替换boolean b = Collections.replaceAll(list, 748, 847);System.out.println(b);//trueSystem.out.println(list);//[123, 45, 847, 847, 847, -18, 0]/*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*///返回的list1即为线程安全的listList list1 = Collections.synchronizedList(list);}
