数组与集合

1. 集合与数组存储数据概述：

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，主要指的是内存层面的存储，不涉及到持久化的存储（.txt,.jpg,.avi，数据库中)

2. 数组存储的特点：

  • 一旦初始化以后，其长度就确定了。
  • 数组一旦定义好，其元素的类型也就确定了。我们也就只能操作指定类型的数据了。
    • 比如：String[] arr;int[] arr1;Object[] arr2;

3. 数组存储的弊端：

  • 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。

4. 集合存储的优点：

解决数组存储数据方面的弊端。

Collection接口

1.单列集合框架结构

  • 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 （实现类）
    • Set接口：存储无序的、不可重复的数据 —>高中讲的“集合”
      • HashSet、LinkedHashSet、TreeSet （实现类）

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2.Collection接口常用方法：

  1. add(Object obj),addAll(Collection coll),
  2. size(),
  3. isEmpty(),
  4. clear();
  5. contains(Object obj),containsAll(Collection coll),
  6. remove(Object obj),removeAll(Collection coll),
  7. retainsAll(Collection coll),
  8. equals(Object obj);
  9. hasCode(),
  10. toArray(),
  11. iterator();

3.Collection集合与数组间的转换

  1. //集合 --->数组：toArray()
  2. Object[] arr = coll.toArray();
  3. for(int i = 0;i < arr.length;i++){
  4.     System.out.println(arr[i]);
  5. }
  7. //拓展：数组 --->集合:调用Arrays类的静态方法asList(T ... t)
  8. List<String> list = Arrays.asList(new String[]{"AA", "BB", "CC"});
  9. System.out.println(list);
  11. List arr1 = Arrays.asList(new int[]{123, 456});
  12. System.out.println(arr1.size());//1
  14. List arr2 = Arrays.asList(new Integer[]{123, 456});
  15. System.out.println(arr2.size());//2
  1. // String[] -> List -> String[]
  3. List arr1 = Arrays.asList("a", "b", "c");
  4. Object[] arr2 = arr1.toArray();
  5. String[] arr3 = Arrays.copyOf(arr2, arr2.length, String[].class);
  6. System.out.println(arr3[0]);

4.使用Collection集合存储对象，要求对象所属的类满足：

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().

5.本章节的要求：

层次一：选择合适的集合类去实现数据的保存，调用其内部的相关方法。

层次二：不同的集合类底层的数据结构为何？如何实现数据的操作的：增删改查等。

Iterator接口与foreach循环

1.遍历Collection的两种方式：

① 使用迭代器Iterator ② foreach循环（或增强for循环）

2.java.utils包下定义的迭代器接口：Iterator

1. 说明

  • 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。
    1. List coll = Arrays.asList("1", "2", "3");
    2. // 1.
    3. Iterator iterator = coll.iterator();
    4. // 2.
    5. while (iterator.hasNext()) {
    6.   System.out.println(iterator.next());
    7. }
    image.png

2.remove()的使用：

  1. public void test4() {
  2.     Collection coll = new ArrayList();
  3.     coll.add("123");
  4.     coll.add("456");
  5.     coll.add(false); // 注意
  7.     // 删除集合中"Tom"
  8.     Iterator iterator = coll.iterator();
  9.     while (iterator.hasNext()) {
  10.         // iterator.remove();
  11.         Object obj = iterator.next();
  12.         if ("123".equals(obj) || obj.equals(false)) {
  13.             iterator.remove();
  14.             // iterator.remove();
  15.         }
  17.     }
  18.     // 遍历集合
  19.     iterator = coll.iterator();
  20.     while (iterator.hasNext()) {
  21.         System.out.println(iterator.next());
  22.     }
  23. }

3.jdk5.0新特性—增强for循环：(foreach循环)

1. 遍历集合：说明：内部仍然调用了迭代器。

  1. //for(集合元素的类型 局部变量 : 集合对象)
  3. for(Object obj : coll){
  4.     System.out.println(obj);
  5. }

2.遍历数组

  1. int[] arr = new int[]{1,2,3,4,5,6};
  2. //for(数组元素的类型 局部变量 : 数组对象)
  3. for(int i : arr){
  4.     System.out.println(i);

Collection子接口：List接口

image.png

1. 存储的数据特点：存储序的、可重复的数据。

2. 常用方法：(记住)

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_

3. 常用实现类：

  • Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象
    • _List接口：存储序的、可重复的数据。 —>“动态”数组,替换原的数组
      |——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

_

4. 源码分析(难点)

4.1 ArrayList的源码分析：

image.png
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。

4.2 LinkedList的源码分析：

image.png
image.png
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 item;
Node next;
Node prev;

  1.         Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {<br />            this.item = element;<br />            this.next = next;<br />            this.prev = prev;<br />            }<br />        }

4.3 Vector的源码分析：

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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。

5. 存储的元素的要求：

添加的对象，所在的类要重写equals()方法

[面试题]

image.png
面试题：ArrayList、LinkedList、Vector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（第3部分+第4部分）

Collection子接口：Set接口

1. 存储的数据特点：无序的、不可重复的元素

具体的，以HashSet为例说明：

  1. 无序性：不等于随机性。存储的数据在底层数组中并非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：保证添加的元素照equals()判断时，不能返回true.即：相同的元素只能添加一个。

_

2. 元素添加过程：(以HashSet为例)： HashSet底层：数组+链表的结构。（前提：jdk7，在jdk8中链表可能转变为红黑树)

image.png

向HashSet中添加元素a, 简单来说：利用该元素的哈希值（调用HashCode()）来确定在HashSet底层数组中的索引位置，如果该索引位置无元素存在，则直接存放，若该索引位置已存在元素，则判断元素是否相等（调用equals()），若不等则存放（见注：），若相等则添加失败。

注：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

3. 常用方法

Set接口中没额外定义新的方法，使用的都是Collection中声明过的方法。

4. 常用实现类：

  • 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
        • TreeSet：可以照添加对象的指定属性，进行排序。

注：LinkedHashSet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。对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet.

5. 存储对象所在类的要求： Set - 重写hashCode()和equals()

HashSet/LinkedHashSet:

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。

TreeSet:

1.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().
2.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().

6. TreeSet的使用

6.1 使用说明:

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）

6.2 常用的排序方式: 方式一：自然排序（实现Comparable接口）、方式二：定制排序（）

  1. class User implements Comparable {
  2.     String name;
  3.     int age;
  5.     public User() {
  6.     };
  8.     public User(String name, int age) {
  9.         this();
  10.         this.name = name;
  11.         this.age = age;
  12.     }
  14.     @Override
  15.     public int compareTo(Object o) throws RuntimeException {
  16.         // 按 “名字+年龄” 来排序
  17.         if (o instanceof User) {
  18.             User tmpo = (User) o;
  19.             int res = this.name.compareTo(tmpo.name);
  20.             if (res == 0)
  21.                 res = String.valueOf(this.age).compareTo(String.valueOf(tmpo.age));
  22.             return res;
  23.         }
  24.         throw new RuntimeException("类型不匹配");
  25.     }
  27.     @Override
  28.     public String toString() {
  29.         // TODO Auto-generated method stub
  30.         return this.name + " " + this.age;
  31.     }
  33. }

方式一：自然排序。 按照实现Comparable接口的类。

  1. @Test
  2. public void test5() {
  3.     // 方式一：自然排序
  4.     TreeSet<User> set = new TreeSet<>();
  5.     //
  6.     set.add(new User("aaa", 26));
  7.     set.add(new User("aaa", 27));
  8.     set.add(new User("bbb", 25));
  9.     //
  10.     for (User obj : set) {
  11.         System.out.println(obj);
  12.     }
  14. }


方式二：定制排序

  1. @Test
  2. public void test6() {
  3.     // 方式二：定制排序
  4.     Comparator com = new Comparator() {
  6.         @Override
  7.         public int compare(Object o1, Object o2) throws RuntimeException {
  8.             if (!(o1 instanceof User) || !(o2 instanceof User))
  9.                 throw new RuntimeException("类型不匹配");
  10.             User u1 = (User) o1;
  11.             User u2 = (User) o2;
  12.             int res;
  13.             res = u1.name.compareTo(u2.name);
  14.             if (res == 0) {
  15.                 res = Integer.compare(u1.age, u2.age);
  16.             }
  17.             return res;
  18.         }
  19.     };
  20.     TreeSet<User> set = new TreeSet<>();
  21.     //
  22.     set.add(new User("aaa", 26));
  23.     set.add(new User("aaa", 27));
  24.     set.add(new User("bbb", 25));
  25.     //
  26.     for (User obj : set) {
  27.         System.out.println(obj);
  28.     }
  30. }

Map接口 （双列集合框架）

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1.常用实现类结构

Map:双列数据，存储key-value对的数据 —-类似于高中的函数：y = f(x)

  • HashMap:作为Map的主要实现类；线程不安全的，效率高；可存储null的key和value
    • LinkedHashMap:保证在遍历map元素时，可以照添加的顺序实现遍历。
      原因：在原的HashMap底层结构基础上，添加了一对指针，指向前一个和后一个元素。
      对于频繁的遍历操作，此类执行效率高于HashMap。
    • TreeMap:保证照添加的key-value对进行排序，实现排序遍历。此时考虑key的自然排序或定制排序
      底层使用红黑树
    • Hashtable:作为古老的实现类；线程安全的，效率低；不能存储null的key和value
      • Properties:常用来处理配置文件。key和value都是String类型

HashMap的底层：数组+链表 (jdk7及之前) 数组+链表+红黑树 （jdk 8)

[面试题]

    1. HashMap的底层实现原理？
      2. HashMap 和 Hashtable的异同？
       3. CurrentHashMap 与 Hashtable的异同？（暂时不讲)

2.存储结构的理解：

Map中的key: 无序的、不可重复的，使用Set存储所的key —-> key所在的类要重写equals()和hashCode() （以HashMap为例)
>Map中的value:无序的、可重复的，使用Collection存储所的value —->value所在的类要重写equals()
> 一个键值对：key-value构成了一个Entry对象。
>Map中的entry:无序的、不可重复的，使用Set存储所的entry

图示：
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3.常用方法

  • 添加：put(Object key,Object value)
    删除：remove(Object key)
     修改：put(Object key,Object value)
    查询：get(Object key)
     长度：size()
    * 遍历：keySet() / values() / entrySet()

4. 内存结构说明：（难点）

4.1 HashMap在jdk7中实现原理：

HashMap map = new HashMap():
在实例化以后，底层创建了长度是16的一维数组Entry[] table。
 …可能已经执行过多次put…
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以后，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都不相同，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)方法，比较：
如果equals()返回false:此时key1-value1添加成功。——情况3
 如果equals()返回true:使用value1替换value2。

 补充：关于情况2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，并将原的数据复制过来。

4.2 HashMap在jdk8中相较于jdk7在底层实现方面的不同：

1. new HashMap():底层没创建一个长度为16的数组
2. jdk 8底层的数组是：Node[],而非Entry[]
3. 首次调用put()方法时，底层创建长度为16的数组
4. jdk7底层结构只：数组+链表。jdk8中底层结构：数组+链表+红黑树。
4.1 形成链表时，七上八下（jdk7:新的元素指向旧的元素。jdk8：旧的元素指向新的元素）
4.2 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 且当前数组的长度 > 64时，此时此索引位置上的所数据改为使用红黑树存储。
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4.3 HashMap底层典型属性的属性的说明：

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4.4 LinkedHashMap的底层实现原理(了解)

LinkedHashMap底层使用的结构与HashMap相同，因为LinkedHashMap继承于HashMap.
区别就在于：LinkedHashMap内部提供了Entry，替换HashMap中的Node.
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5. TreeMap的使用

向TreeMap中添加key-value，要求key必须是由同一个类创建的对象
因为要照key进行排序：自然排序 、定制排序.

6.使用Properties读取配置文件

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  1. //Properties:常用来处理配置文件。key和value都是String类型
  2. public static void main(String[] args)  {
  3.     FileInputStream fis = null;
  4.     try {
  5.         Properties pros = new Properties();
  7.         fis = new FileInputStream("jdbc.properties");
  8.         pros.load(fis);//加载流对应的文件
  10.         String name = pros.getProperty("name");
  11.         String password = pros.getProperty("password");
  13.         System.out.println("name = " + name + ", password = " + password);
  14.     } catch (IOException e) {
  15.         e.printStackTrace();
  16.     } finally {
  17.         if(fis != null){
  18.             try {
  19.                 fis.close();
  20.             } catch (IOException e) {
  21.                 e.printStackTrace();
  22.             }
  24.         }
  25.     }

面试题

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