4.Java集合与泛型

泛型

• Java5开始增加泛型机制，也就是在集合名称的右侧使用<数据类型> 的方式来明确要求该集合中可以存放的元素类型，若放入其它类型的元素则编译报错
• 泛型只在编译时期有效，在运行时期不区分是什么类型(类型擦除)
• 泛型的本质就是参数化类型，也就是让数据类型作为参数传递，其中E相当于形式参数负责占位， 而使用集合时<>中的数据类型相当于实际参数，用于给形式参数E进行初始化，从而使得集合中所有的E被实际参数替换，由于实际参数可以传递各种各样广泛的数据类型，因此得名为泛型

1.泛型类

• 在类名后面增加了类型参数，可以有多个，比如：

public class Person<T, U>{
    private T t;
    private U u;
    ...
}

泛型类的创建：

Person<String, Integer> p = new Person<>();

在Java中泛型类型一般用大写字母表示，通常E代表集合，K和V代表键值类型，T代表任意类型

2.泛型方法

• 泛型方法就是我们输入参数的时候，输入的是泛型参数，而不是具体的参数。我们在调用这个泛型 方法的时需要对泛型参数进行实例化
• 泛型方法的格式：[访问权限] <泛型> 返回值类型 方法名([泛型标识 参数名称]) { 方法体; }
• 在静态方法中使用泛型参数的时候，需要我们把静态方法定义为泛型方法

public static <T> T method(T t){
    return t;
}

3.泛型类被继承

• 父类有泛型，子类可以选择保留泛型也可以选择指定泛型类型
• 子类除了指定或保留父类的泛型，还可以增加自己的泛型

不保留父类中的泛型

public class Student extends Person{...}

不保留父类中的泛型，指定父类泛型为String

public class Student extends Person<String>{...}

保留父类中的泛型

public class Student<T> extends Person<T>{...}

4.泛型的限定

• 可以通过<T extends Person>来指定泛型参数为Person类型，也可以使用&符号指定多个类型<T extends Person & Animal>

public class Student<T extends Person>{...}

5.泛型类型擦除*

• 泛型类型变量会被擦除，默认替换为类型Object，如果指定了泛型的类型将会被擦除成指定的类型，比如：Student<T>会变成Student<Object>、Student<T extends Person>会变成Student<Person>

6.泛型注意事项*

1. 不能使用基本数据类型作为泛型参数
2. instanceof只能检查原始类型，比如Student<String>类中只会检查Student并不会检查泛型参数
3. 不能创建泛型类型的数组，比如：new Student<>[10]; // ERROR这样时错误的。但是可以通过强制类型转换来创建，比如：(Student<String>[]) new Student<?>[10]
4. 泛型无法实例化，也就是无法new。能对传入强制类型转换，比如：(String) t
5. 泛型不能构造泛型数组，也就是无法new T[2] // ERROR
6. 泛型不能声明静态变量，比如：private static T value; //ERROR
7. 避免类型擦除后的冲突，比如：public <T> T method(Object o)和public <T> T method(T t)就会发生报错，因为泛型T类型擦除后就会变成默认的Object
8. String是Object的子类，但是List<String>并不是List<Object>的子类，所以不能=

7.泛型通配符

• 由于List<Object>和List<Object>不能互相转换，所以可以通过List<?>来进行赋值，这就是泛型通配符

• 泛型中有三种通配符形式：

  • <?>无限制通配符:表示我们可以传入任意类型的参数
  • <? extends E>表示类型的上界是E，只能是E或者是E的子类
  • <? super E>表示类型的下界是E，只能是E或者是E的父类

集合概述

• 集合是用来记录多个类型不同的对象数据的
• Java中集合框架顶层框架是:java.util.Collection集合和java.util.Map集合
• Collection集合是以值的形式存放数据，Map集合是以键值的形式存放数据

集合关系图

Collection集合

• java.util.Collection接口是List接口、Queue 接口以及Set接口的父接口

1.集合常用方法

2.Iterator接口

• java.util.Iterator接口主要用于描述迭代器对象，可以遍历Collection集合中的所有元素
• java.util.Collection接口继承Iterator接口，因此所有实现Collection接口的实现类都可以使用该迭代器对象
• 在使用迭代器的remove()方法时，不要使用集合的remove()方法，否则会发生ConcurrentModificationExceptio并发修改异常
• Java迭代器模式

3.for each循环

• Java5推出了增强型for循环语句，可以应用数组和集合的遍历，是经典迭代的“简化版”

for(元素类型 变量名 : 数组/集合名称) { 
    循环体;
}

List集合

• java.util.List集合是Collection集合的子集合，该集合中允许有重复的元素并且有先后放入次序
• 该集合的主要实现类有:ArrayList类、LinkedList类、Stack类、Vector类

1.ArrayList类

• 底层是采用动态数组Object[]进行数据管理的，支持下标访问，增删元素不方便
• 调用add方法添加元素时，集合的默认长度是10
• 当集合数据数量等于集合长度时就会扩容至原来的(oldCapacity + (oldCapacity >> 1)就是1.5倍
• 当扩容后的集合长度内存空间大于Integer.MAX_VALUE - 8，就会根据当前集合数据数量进行判断，数据数量超过了Integer.MAX_VALUE - 8则最后的集合长度为Integer.MAX_VALUE
• 简单使用

List<String> list = new ArrayList<>();

2.LinkedList类

• 底层是采用双向链表进行数据管理的，访问不方便，增删元素方便

• 记录第一个和最后一个的Node<E>来进行链表数据的访问

• 简单使用

List<String> list = new LinkedList<>();

3.Stack类Vector类

• 其中Stack类的底层是采用动态数组进行数据管理的，该类主要用于描述一种具有后进先出特征的数据结构，叫做栈(last in first out LIFO)
• 其中Vector类的底层是采用动态数组进行数据管理的，该类与ArrayList类相比属于线程安全的类，效率比较低，以后开发中基本不用
• 简单使用

List<String> list = new Stack<>();

4.常用方法

Queue集合

• 该集合的主要用于描述具有先进先出特征的数据结构，叫做队列(first in first out FIFO)
• 该集合的主要实现类是LinkedList类，因为该类在增删方面比较有优势

Set集合

• 该集合中元素没有先后放入次序，且不允许重复
• 该集合的主要实现类是：HashSet类 和 TreeSet类以及LinkedHashSet类
• 其中HashSet类的底层是采用哈希表进行数据管理的
• 其中TreeSet类的底层是采用红黑树进行数据管理的
• 其中LinkedHashSet类与HashSet类的不同之处在于内部维护了一个双向链表，链表中记录了元素的迭代顺序，也就是元素插入集合中的先后顺序，因此便于迭代

1.HashSet

• 使用元素调用hashCode方法获取对应的哈希码值，再由某种哈希算法计算出该元素在数组中的索引位置
• 若该位置没有元素，则将该元素直接放入即可
• 若该位置有元素，则使用新元素与已有元素依次比较哈希值，若哈希值不相同，则将该元素直接放入
• 若新元素与已有元素的哈希值相同，则使用新元素调用equals方法与已有元素依次比较
• 若相等则添加元素失败，否则将元素直接放入即可
• 同一个哈希算法生成的索引位置相同，此时只需要与该索引位置已有元素比较即可，从而提高效率并避免重复元素的出现
• 简单使用，调用方法参考Collection

Set<String> set = new HashSet<>();

2.TreeSet

• 二叉树主要指每个节点最多只有两个子节点的树形结构

• 满足以下3个特征的二叉树叫做有序二叉树

  • a.左子树中的任意节点元素都小于根节点元素值
  • b.右子树中的任意节点元素都大于根节点元素值
  • c.左子树和右子树的内部也遵守上述规则
• 由于TreeSet集合的底层采用红黑树进行数据的管理，当有新元素插入到TreeSet集合时，需要使 用新元素与集合中已有的元素依次比较来确定新元素的合理位置

• 比较元素大小的规则有两种方式

  • 使用元素的自然排序规则进行比较并排序，让元素类型实现java.lang.Comparable接口（参考String中的compareTo方法）
  • 使用比较器规则进行比较并排序，构造TreeSet集合时传入java.util.Comparator接口
• 自然排序的规则比较单一，而比较器的规则比较多元化，而且比较器优先于自然排序
• 简单使用

Set<String> set = new TreeSet<>();

Map集合

• java.util.Map集合中存取元素的基本单位是:单对元素，其中类型参数如下

  • K - 此映射所维护的键(Key)的类型，相当于目录
  • V - 映射值(Value)的类型，相当于内容
• 该集合中key是不允许重复的，而且一个key只能对应一个value
• 该集合的主要实现类有:HashMap类、TreeMap类、LinkedHashMap类、Hashtable类、 Properties类
• 其中HashMap类的底层是采用哈希表进行数据管理的
• 其中TreeMap类的底层是采用红黑树进行数据管理的
• 其中LinkedHashMap类与HashMap类的不同之处在于内部维护了一个双向链表，链表中记录了 元素的迭代顺序，也就是元素插入集合中的先后顺序，因此便于迭代
• 其中Hashtable类是古老的Map实现类，与HashMap类相比属于线程安全的类，且不允许null作 为key或者value的数值
• 其中Properties类是Hashtable类的子类，该对象用于处理属性文件，key和value都是String类 型的
• Map集合是面向查询优化的数据结构, 在大数据量情况下有着优良的查询性能
• 经常用于根据key检索value的业务场景

1.HashMap

• 使用元素的key调用hashCode方法获取对应的哈希码值，再由某种哈希算法计算在数组中的索引 位置
• 若该位置没有元素，则将该键值对直接放入即可。
• 若该位置有元素，则使用key与已有元素依次比较哈希值，若哈希值不相同，则将该元素直接放 入
• 若key与已有元素的哈希值相同，则使用key调用equals方法与已有元素依次比较。
• 若相等则将对应的value修改，否则将键值对直接放入即可

2.相关常量

• DEFAULT_INITIAL_CAPACITY：HashMap的默认容量是16
• DEFAULT_LOAD_FACTOR：HashMap的默认加载因子是0.75
• threshold：扩容的临界值，该数值为:容量*填充因子，也就是12
• TREEIFY_THRESHOLD：若Bucket中链表长度大于该默认值则转化为红黑树存储，该数值是8。
• MIN_TREEIFY_CAPACITY：桶中的Node被树化时最小的hash表容量，该数值是64。

3.常用方法

Collections类

• java.util.Collections类主要提供了对集合操作或者返回集合的静态方法。

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