Java 集合框架

早在 Java 2 中之前，Java 就提供了特设类。比如：Dictionary, Vector, Stack, 和 Properties 这些类用来存储和操作对象组。 虽然这些类都非常有用，但是它们缺少一个核心的，统一的主题。由于这个原因，使用 Vector 类的方式和使用 Properties 类的方式有着很大不同。 集合框架被设计成要满足以下几个目标。

• 该框架必须是高性能的。基本集合（动态数组，链表，树，哈希表）的实现也必须是高效的。
• 该框架允许不同类型的集合，以类似的方式工作，具有高度的互操作性。
• 对一个集合的扩展和适应必须是简单的。

为此，整个集合框架就围绕一组标准接口而设计。你可以直接使用这些接口的标准实现，诸如： LinkedList, HashSet, 和 TreeSet 等,除此之外你也可以通过这些接口实现自己的集合

从上面的集合框架图可以看到，Java 集合框架主要包括两种类型的容器，
一种是集合（Collection），存储一个元素集合，Collection 接口又有 3 种子类型，List、Set 和 Queue，再下面是一些抽象类，最后是具体实现类，常用的有 ArrayList、LinkedList、HashSet、LinkedHashSet、HashMap、LinkedHashMap 等等。
另一种是图（Map），存储键/值对映射。
集合框架是一个用来代表和操纵集合的统一架构。所有的集合框架都包含如下内容：

• 接口：是代表集合的抽象数据类型。例如 Collection、List、Set、Map 等。之所以定义多个接口，是为了以不同的方式操作集合对象
• 实现（类）：是集合接口的具体实现。从本质上讲，它们是可重复使用的数据结构，例如：ArrayList、LinkedList、HashSet、HashMap。
• 算法：是实现集合接口的对象里的方法执行的一些有用的计算，例如：搜索和排序。这些算法被称为多态，那是因为相同的方法可以在相似的接口上有着不同的实现。

除了集合，该框架也定义了几个 Map 接口和类。Map 里存储的是键/值对。尽管 Map 不是集合，但是它们完全整合在集合中

Java 集合框架提供了一套性能优良，使用方便的接口和类，java集合框架位于java.util包中， 所以当使用集合框架的时候需要进行导包

集合接口

集合框架定义了一些接口。本节提供了每个接口的概述：

集合实现类（集合类）

Java提供了一套实现了Collection接口的标准集合类。其中一些是具体类，这些类可以直接拿来使用，而另外一些是抽象类，提供了接口的部分实现。
标准集合类汇总于下表：

在前面的教程中已经讨论通过java.util包中定义的类，如下所示：

Hashtable集合

public class Demo02Hashtable {
    public static void main(String[] args) {
        HashMap<String,String> map = new HashMap<>();
        map.put(null,"a");
        map.put("b",null);
        map.put(null,null);
        System.out.println(map);//{null=null, b=null}
        Hashtable<String,String> table = new Hashtable<>();
        //table.put(null,"a"); //NullPointerException
        //table.put("b",null); //NullPointerException
        table.put(null,null);  //NullPointerException
    }
}

Collection常用方法

Collection是所有单列集合的父接口，因此在Collection中定义了单列集合(List和Set)通用的一些方法

Set和List的区别

Map

现实生活中，我们常会看到这样的一种集合：IP地址与主机名，身份证号与个人，系统用户名与系统用户对象等，这种一一对应的关系，就叫做映射
Collection中的集合称为单列集合，Map中的集合称为双列集合
Java提供了专门的集合类用来存放这种对象关系的对象，即java.util.Map接口

• Map集合是一个双列集合,一个元素包含两个值(一个key,一个value)
• Map集合中的元素,key和value的数据类型可以相同,也可以不同
• Map集合中的元素,key是不允许重复的,value是可以重复的
• Map集合中的元素,key和value是一一对应 | 方法 | 说明 | | —- | —- | | public V put(K key, V value) | 把指定的键与指定的值添加到Map集合中 | | public V get(Object key) | 根据指定的键，在Map集合中获取对应的值 | | boolean containsKey(Object key) | 判断集合中是否包含指定的键 | | public V remove(Object key) | 把指定的键 所对应的键值对元素 在Map集合中删除，返回被删除元素的值 | | public Set keySet() | 获取Map集合中所有的键，存储到Set集合中 | | public Set> entrySet() | 获取到Map集合中所有的键值对对象的集合(Set集合) |

集合算法

集合框架定义了几种算法，可用于集合和映射。这些算法被定义为集合类的静态方法。
在尝试比较不兼容的类型时，一些方法能够抛出 ClassCastException异常。当试图修改一个不可修改的集合时，抛出UnsupportedOperationException异常。
集合定义三个静态的变量：EMPTY_SET，EMPTY_LIST，EMPTY_MAP的。这些变量都不可改变。

如何使用迭代器

通常情况下，你会希望遍历一个集合中的元素。例如，显示集合中的每个元素。
一般遍历数组都是采用for循环或者增强for，这两个方法也可以用在集合框架，但是还有一种方法是采用迭代器遍历集合框架，它是一个对象，实现了Iterator 接口或 ListIterator接口。
迭代器，使你能够通过循环来得到或删除集合的元素。ListIterator 继承了 Iterator，以允许双向遍历列表和修改元素。

如何使用比较器

TreeSet和TreeMap的按照排序顺序来存储元素. 然而，这是通过比较器来精确定义按照什么样的排序顺序。
这个接口可以让我们以不同的方式来排序一个集合

遍历

遍历 List

import java.util.*;
public class ListDemo {
  public static void main(final String[] args) {
    final List<String> list = new ArrayList<String>(); // 查找快，增删慢
    // final List<String> list = new LinkedList<String>(); // 查找慢，增删快
    list.add("Hello");
    list.add("World");
    // 第一种遍历，把链表变为数组相关的内容进行遍历
    final String[] strArray = new String[list.size()];
    list.toArray(strArray);
    for (int i = 0; i < strArray.length; i++) // 这里也可以改写为 for(String str:strArray) 这种形式
    {
      System.out.println(strArray[i]);
    }
    // 第二种,使用for根据列表长度遍历
    for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
      System.out.println(list.get(i));
    }
    // 第三种遍历方法使用 For-Each 遍历 List
    for (final String str : list) {
      System.out.println(str);
    }
    // 第四种遍历 使用迭代器进行相关遍历
    final Iterator<String> ite = list.iterator();
    while (ite.hasNext())// 判断下一个元素之后有值
    {
      System.out.println(ite.next());
    }
  }
}

遍历 Map

import java.util.*;
import java.util.LinkedHashMap;

public class MapDemo {
  public static void main(String[] args) {
    Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();    //无序、查询快
    // Map<String, String> map = new LinkedHashMap<String, String>(); //有序、查询相对慢点
    map.put("1", "value1");
    map.put("2", "value2");
    map.put("3", "value3");

    // 第一种：普遍使用，二次取值
    System.out.println("通过Map.keySet遍历key和value：");
    for (String key : map.keySet()) {
      System.out.println("key= " + key + " and value= " + map.get(key));
    }

    // 第二种
    System.out.println("通过Map.values()遍历所有的value，但不能遍历key");
    for (String v : map.values()) {
      System.out.println("value= " + v);
    }

    // 第三种：推荐，尤其是容量大时
    System.out.println("通过Map.entrySet遍历key和value");
    for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
      System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue());
    }

    // 第四种
    System.out.println("通过Map.entrySet使用iterator遍历key和value：");
    Iterator<Map.Entry<String, String>> it = map.entrySet().iterator();
    while (it.hasNext()) {
      Map.Entry<String, String> entry = it.next();
      System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue());
    }

  }
}

JDK9对集合添加的优化

我们在代码中创建一个集合（例如，List 或 Set ），并直接用一些元素填充它。 实例化集合，几个 add方法 调用，使得代码重复
Java 9，添加了几种集合工厂方法,更方便创建少量元素的集合、map实例。新的List、Set、Map的静态工厂方法可 以更方便地创建集合的不可变实例

// List接口,Set接口,Map接口:里边增加了一个静态的方法of,可以给集合一次性添加多个元素
static <E> List<E> of(E... elements)

public class HelloJDK9 {  
    public static void main(String[] args) {  
        Set<String> str1=Set.of("a","b","c");  
        //str1.add("c");这里编译的时候不会错，但是执行的时候会报错，因为是不可变的集合  
        System.out.println(str1);  

        Map<String,Integer> str2=Map.of("a",1,"b",2);  
        System.out.println(str2);  

        List<String> str3=List.of("a","b");  
        System.out.println(str3);  
    }  
}

使用前提: 当集合中存储的元素的个数已经确定了,不在改变时使用
⚠️注意:

1. of() 只适用于List接口,Set接口,Map接口,不适用于接口的实现类，其父类接口和子类实现并没有这类方法，比如 HashSet，ArrayList等待
2. of() 的返回值是一个不能改变的集合,集合不能再使用add,put方法添加元素,会抛出异常
3. Set接口和Map接口在调用of()的时候,不能有重复的元素,否则会抛出异常
4. of() 只是Map，List，Set这三个接口的静态方法，返回的集合是不可变的

总结

Java集合框架为程序员提供了预先包装的数据结构和算法来操纵他们。
集合是一个对象，可容纳其他对象的引用。集合接口声明对每一种类型的集合可以执行的操作。
集合框架的类和接口均在java.util包中。
任何对象加入集合类后，自动转变为Object类型，所以在取出的时候，需要进行强制类型转换。