Java之集合

集合简介
使用List
编写equals方法
使用Map
- HashMap&HashCOde

集合简介

集合(Collection)就是“由若干个确定的元素所构成的整体”。为了便于处理一组类似的数据，在计算机中引入集合。
在Java中，如果一个Java对象可以在内部持有若干其他Java对象，并对外提供访问接口，我们把这种Java对象称为集合。显然，Java的数组可以看作是一种集合：
```
String[] ss = new String[10]; // 可以持有10个String对象
ss[0] = "Hello"; // 可以放入String对象
String first = ss[0]; // 可以获取String对象
```
数组有如下限制：1）数组初始化后大小不可变；2）数组只能按索引顺序存取。因此，我们需要各种不同类型的集合类来处理不同的数据。
Java标准库自带的java.util包提供了集合类：Collection，它是除Map外所有其他集合类的根接口。Java的java.util包主要提供了以下三种类型的集合：

List：一种有序列表的集合，例如，按索引排列的Student的List；
Set：一种保证没有重复元素的集合，例如，所有无重复名称的Student的Set；
Map：一种通过键值（key-value）查找的映射表集合，例如，根据Student的name查找对应Student的Map。

Java集合的设计有几个特点：一是实现了接口和实现类相分离，二是支持泛型，我们可以限制在一个集合中只能放入同一种数据类型的元素。
Java访问集合总是通过统一的方式——迭代器（Iterator）来实现，它最明显的好处在于无需知道集合内部元素是按什么方式存储的。
注意：有一小部分集合类是遗留类，不应该继续使用：

Hashtable：一种线程安全的Map实现；
Vector：一种线程安全的List实现；
Stack：基于Vector实现的LIFO的栈；
Enumeration<E>：已被Iterator<E>取代。
使用List

在集合类中，List是最基础的一种集合：它是一种有序列表。List的行为和数组几乎完全相同，在添加和删除元素的时候，会非常不方便。因此，在实际应用中，需要增删元素的有序列表，我们使用最多的是ArrayList。实际上，ArrayList在内部使用了数组来存储所有元素。
ArrayList把添加和删除的操作封装起来，让我们操作List类似于操作数组，却不用关心内部元素如何移动。
我们考察List<E>接口，可以看到几个主要的接口方法：

在末尾添加一个元素：boolean add(E e)
在指定索引添加一个元素：boolean add(int index, E e)
删除指定索引的元素：int remove(int index)
删除某个元素：int remove(Object e)
获取指定索引的元素：E get(int index)
获取链表大小（包含元素的个数）：int size()

实现List接口并非只能通过数组（即ArrayList的实现方式）来实现，另一种LinkedList通过“链表”也实现了List接口。在LinkedList中，它的内部每个元素都指向下一个元素：
我们来比较一下ArrayList和LinkedList： | | ArrayList | LinkedList | | :—- | :—- | :—- | | 获取指定元素 | 速度很快 | 需要从头开始查找元素 | | 添加元素到末尾 | 速度很快 | 速度很快 | | 在指定位置添加/删除 | 需要移动元素 | 不需要移动元素 | | 内存占用 | 少 | 较大 |

通常情况下，我们总是优先使用ArrayList。

List的特点

允许添加重复的元素

允许添加null

public class ListTest {
  public static void main(String[] args) {
      List<String> list=new ArrayList<>();
      list.add("apple");//size=1
      list.add("pear"); //size=2
      list.add("apple"); //size=3
      list.add(null); //size=4
      System.out.println(list.size());
      System.out.println(list);
  }
}

创建LIst的方法

使用ArrayList和LinkedList

通过List接口提供的of()方法(JDK9新特性)

List<Integer> list = List.of(1, 2, 5);
//但是List.of()方法不接受null值，如果传入null，会抛出NullPointerException异常。

遍历List的方法

for循环+索引

public class Main {
  public static void main(String[] args) {
      List<String> list = new ArrayList<>();
      list.add("apple");//size=1
      list.add("pear"); //size=2
      list.add("banana"); //size=3
      for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
          String s = list.get(i);
          System.out.println(s);
      }
  }
}

但这种方式并不推荐，一是代码复杂，二是因为get(int)方法只有ArrayList的实现是高效的，换成LinkedList后，索引越大，访问速度越慢。

使用迭代器Iterator来访问List

Iterator对象有两个方法：boolean hasNext()判断是否有下一个元素，E next()返回下一个元素。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("apple");//size=1
        list.add("pear"); //size=2
        list.add("banana"); //size=3
        for (Iterator<String> it = list.iterator(); it.hasNext(); ) {
            String s = it.next();
            System.out.println(s);
        }
    }
}

由于Iterator遍历是如此常用，所以，Java的for each循环本身就可以帮我们使用Iterator遍历。

for (String s : list) {
     System.out.println(s);
}

List和Array的转换
1. List—>Array
  1. 调用toArray()方法直接返回一个Object[]数组，这种方法会丢失类型信息，所以实际应用很少。
```
Object[] array=list.toArray();
for (Object s:array){
System.out.println(s);
}
```
    ii. 给toArray(T[])传入一个类型相同的Array，List内部自动把元素复制到传入的Array中。
```
public class Main {
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list = List.of(12, 34, 56);
Integer[] array = list.toArray(new Integer[3]);
for (Integer n : array) {
   System.out.println(n);
}
}
}
```
    注意：如果传入的数组不够大，那么List内部会创建一个新的刚好够大的数组，填充后返回；如果传入的数组比List元素还要多，那么填充完元素后，剩下的数组元素一律填充null。
    b. Array—>List
  2. 通过List.of(T...)方法（JDK9）
  3. 对于JDK 11之前的版本，可以使用Arrays.asList(T...)方法把数组转换成List
```
Integer[] array1 = { 1, 2, 3 };
List<Integer> list2 = Arrays.asList(array);
System.out.println(list2);
```
    注意，如果我们调用List.of()，它返回的是一个只读List，对只读List调用add()、remove()方法会抛出UnsupportedOperationException。
    编写equals方法
要正确使用List的contains()、indexOf()这些方法，放入的实例必须正确覆写equals()方法，否则，放进去的实例，查找不到。我们之所以能正常放入String、Integer这些对象，是因为Java标准库定义的这些类已经正确实现了equals()方法。
如何正确编写equals()方法？equals()方法要求我们必须满足以下条件：

自反性（Reflexive）：对于非null的x来说，x.equals(x)必须返回true；
对称性（Symmetric）：对于非null的x和y来说，如果x.equals(y)为true，则y.equals(x)也必须为true；
传递性（Transitive）：对于非null的x、y和z来说，如果x.equals(y)为true，y.equals(z)也为true，那么x.equals(z)也必须为true；
一致性（Consistent）：对于非null的x和y来说，只要x和y状态不变，则x.equals(y)总是一致地返回true或者false；
对null的比较：即x.equals(null)永远返回false。

以Person为例，定义“相等”的逻辑含义。对于Person类，如果name相等，并且age相等，我们就认为两个Person实例相等。 ```java public class Main { public static void main(String[] args) {
```
 List<Person> list = List.of(
     new Person("Xiao Ming"),
     new Person("Xiao Hong"),
     new Person("Bob")
 );
 System.out.println(list.contains(new Person("Bob"))); // TRUE
```
} }

class Person { public String name; public int age;

public Person(String name) {
    this.name = name;
}

public boolean equals(Object o) {
    if (o instanceof Person) {
        Person p = (Person) o;
        boolean nameEquals = false;
        if (this.name == null && p.name == null) {
            nameEquals = true;
        }
        if (this.name != null) {
            nameEquals = this.name.equals(p.name);
        }
        return nameEquals && this.age == p.age;
    }
    return false;
}

}

如果`Person`有好几个引用类型的字段，上面的写法就太复杂了。要简化引用类型的比较，我们使用`Objects.equals()`静态方法：
```java
public boolean equals(Object o) {
    if (o instanceof Person) {
        Person p = (Person) o;
        return Objects.equals(this.name, p.name) && this.age == p.age;
    }
    return false;
}

使用Objects.equals()比较两个引用类型是否相等的目的是省去了判断null的麻烦。两个引用类型都是null时它们也是相等的。

使用Map

Map这种键值（key-value）映射表的数据结构，作用就是能高效通过key快速查找value（元素）。
Map<K, V>是一种键-值映射表，当我们调用put(K key, V value)方法时，就把key和value做了映射并放入Map。当我们调用V get(K key)时，就可以通过key获取到对应的value。如果key不存在，则返回null。和List类似，Map也是一个接口，最常用的实现类是HashMap。
如果只是想查询某个key是否存在，可以调用boolean containsKey(K key)方法。

Map中不存在重复的key，value可重复，因为放入相同的key，只会把原有的key-value对应的value给替换掉。

public class MapTest {
 public static void main(String[] args) {
     Person p = new Person("liu", 22);
     Map<String, Person> map = new HashMap<>();
     map.put("liu", p);//将“liu”和Person实例映射并关联
     Person target = map.get("liu"); //通过key查找并返回映射的Person实例
     System.out.println(target == p); //true，同一个实例
     System.out.println(target.age); //22
     Person another=map.get("Bob");
     System.out.println(another); //未找到，返回null
     System.out.println(map.containsKey("liu"));
 }
}

遍历Map

键找值方式：要遍历key可以使用for each循环遍历Map实例的keySet()方法返回的Set集合，它包含不重复的key的集合

public static void main(String[] args) {
  Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
  map.put("apple", 123);
  map.put("pear", 456);
  map.put("banana", 789);
  for (String key : map.keySet()) {
      Integer value = map.get(key);
      System.out.println(key + " = " + value);
  }
}

键值对方式：同时遍历key和value可以使用for each循环遍历Map对象的entrySet()集合，它包含每一个key-value映射

public static void main(String[] args) {
  Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
  map.put("apple", 123);
  map.put("pear", 456);
  map.put("banana", 789);
  for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {
      String key = entry.getKey();
      Integer value = entry.getValue();
      System.out.println(key + " = " + value);
  }
}

Map和List不同的是，Map存储的是key-value的映射关系，并且，它不保证顺序。在遍历的时候，遍历的顺序既不一定是put()时放入的key的顺序，也不一定是key的排序顺序。

HashMap&HashCOde
HashMap之所以能根据key直接拿到value，原因是它内部通过空间换时间的方法，用一个大数组存储所有value，并根据key直接计算出value应该存储在哪个索引。
HashMap：存储数据采用的哈希表结构，元素的存取顺序不能保证一致。由于要保证键的唯一、不重复，需要重写键的hashCode()方法、equals()方法。
在Map的内部，对key做比较是通过equals()实现的，正确使用Map必须保证：作为key的对象必须正确覆写equals()方法。通过key计算索引的方式就是调用key对象的hashCode()方法，它返回一个int整数。HashMap正是通过这个方法直接定位key对应的value的索引，继而直接返回value。
正确使用Map必须保证：
1. 作为key的对象必须正确覆写equals()方法，相等的两个key实例调用equals()必须返回true；
2. 作为key的对象还必须正确覆写hashCode()方法，且hashCode()方法要严格遵循以下规范：
- 如果两个对象相等，则两个对象的hashCode()必须相等；
- 如果两个对象不相等，则两个对象的hashCode()尽量不要相等。

即对应两个实例a和b：

如果a和b相等，那么a.equals(b)一定为true，则a.hashCode()必须等于b.hashCode()；
如果a和b不相等，那么a.equals(b)一定为false，则a.hashCode()和b.hashCode()尽量不要相等。
1. 我们把不同的key具有相同的hashCode()的情况称之为哈希冲突。在冲突的时候，一种最简单的解决办法是用List存储hashCode()相同的key-value。显然，如果冲突的概率越大，这个List就越长，Map的get()方法效率就越低。

集合简介

使用List

编写equals方法

使用Map

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