1. 为什么使用集合？

首先我们回顾一下数组的优缺点，然后解释为什么要引入集合。
数组在内存存储方面的特点：

  • 数组初始化以后，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。同时无法直接获取存储元素的个数。
  • 数组存储的数据是有序的、可以重复的。——>存储数据的特点单一。

我们可以看到数组的一些弊端，为了解决这些弊端，让数组可扩展，有增删改查等方法，让数据可以无序也可以有序，Java就提供了集合来弥补数组的。Java 集合类可以用于存储数量不等的多个对象，还可用于保存具有映射关系的关联数组。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。

2. 集合框架体系

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接口：元素有序、可重复的集合
    Set接口：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

Java集合中哪些是线程安全的，哪些是线程不安全的：

  • Vector、HashTable、Properties是线程安全的；
  • ArrayList、LinkedList、HashSet、TreeSet、HashMap、TreeMap等都是线程不安全的。

值得注意的是：为了保证集合是线程安全的，相应的效率也比较低；线程不安全的集合效率相对会高一些。
JDK提供的集合API位于java.util包内
下面放一张集合结构图，来全局认知集合的继承和实现体系：

  • ‘——’ ：实线边框的是实现类，比如ArrayList，LinkedList，HashMap等
  • ‘- - -’ ：折线边框的是抽象类，比如AbstractCollection，AbstractList，AbstractMap等
  • ‘· · · ：’点线边框的是接口，比如Collection，Iterator，List等。

image.png

3. Collection接口方法

  • 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用于操作 Set 集合，也可用于操作 List 和 Queue 集合。
  • JDK不提供Collection 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。

接下来我们用代码示例测试一下Collection接口中的方法：
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()

  1. @Test
  2.     public void test1(){
  3.         //多态引用，父类接口引用
  4.         Collection coll = new ArrayList();
  5.         //add(Object e):将元素e添加到集合coll中
  6.         coll.add("AA");
  7.         coll.add("BB");
  8.         coll.add(123);//自动装箱
  9.         coll.add(System.nanoTime());
  10.         //size():获取添加的元素的个数
  11.         System.out.println(coll.size());//4
  12.         //addAll(Collection coll1): 将coll1集合中的元素添加到当前的集合中
  13.         Collection coll1 = new ArrayList();
  14.         coll1.add(456);
  15.         coll1.add("CC");
  16.         coll.addAll(coll1);
  17.         System.out.println(coll.size());//6
  18.         System.out.println(coll);
  19.         //clear():清空集合元素
  20.         coll.clear();
  21.         //isEmpty():判断当前集合是否为空
  22.         System.out.println(coll.isEmpty());
  23.     }

运行结果：

  1. 4
  2. 6
  3. [AA, BB, 123, 12560089811300, 456, CC]
  4. 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。

    1. @Test
    2.   public void test1(){
    3.       Collection coll = new ArrayList();
    4.       coll.add(123);
    5.       coll.add(456);
    6.       Person p = new Person("Jerry",20);
    7.       coll.add(p);
    8.       System.out.println(coll.contains(p)); //true，这里查找的就是p地址了，所以为true
    9.       coll.add(new Person("abc",20));
    10.       coll.add(new String("Tom"));
    11.       coll.add(false);
    12.       //1.contains(Object obj):判断当前集合中是否包含obj
    13.       //我们在判断时会调用obj对象所在类的equals()。
    14.       boolean contains = coll.contains(123);
    15.       System.out.println(contains);//true
    16.       //这里因为String已经重写了equals方法，所以显示为true
    17.       System.out.println(coll.contains(new String("Tom")));//true
    18.       System.out.println(coll.contains(new Person("abc",20)));//false,Person没有重写equals方法
    19.       //2.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。
    20.       Collection coll1 = Arrays.asList(123,4567);
    21.       System.out.println(coll.containsAll(coll1));
    22.   }
    23. import java.util.Objects;
    24. public class Person {
    25.   private String name;
    26.   private int age;
    27.   public Person() {
    28.   }
    29.   public Person(String name, int age) {
    30.       this.name = name;
    31.       this.age = age;
    32.   }
    33.   public String getName() {
    34.       return name;
    35.   }
    36.   public void setName(String name) {
    37.       this.name = name;
    38.   }
    39.   public int getAge() {
    40.       return age;
    41.   }
    42.   public void setAge(int age) {
    43.       this.age = age;
    44.   }
    45.   @Override
    46.   public String toString() {
    47.       return "Person{" +
    48.               "name='" + name + '\'' +
    49.               ", age=" + age +
    50.               '}';
    51.   }
    52. //    @Override
    53. //    public boolean equals(Object o) {
    54. //        System.out.println("Person equals()....");
    55. //        if (this == o) return true;
    56. //        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
    57. //        Person person = (Person) o;
    58. //        return age == person.age &&
    59. //                Objects.equals(name, person.name);
    60. //    }
    61.   @Override
    62.   public int hashCode() {
    63.       return Objects.hash(name, age);
    64.   }
    65. }

    运行结果：

    1. true
    2. true
    3. Person equals()....
    4. Person equals()....
    5. Person equals()....
    6. true
    7. 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

    1. @Test
    2.   public void test2(){
    3.       //3.remove(Object obj):从当前集合中移除obj元素。
    4.       Collection coll = new ArrayList();
    5.       coll.add(123);
    6.       coll.add(456);
    7.       coll.add(new Person("Jerry",20));
    8.       coll.add(new String("Tom"));
    9.       coll.add(false);
    10.       coll.remove(1234);
    11.       System.out.println(coll);
    12.       coll.remove(new Person("Jerry",20));
    13.       System.out.println(coll);
    14.       //4. removeAll(Collection coll1):差集：从当前集合中移除coll1中所有的元素。
    15.       Collection coll1 = Arrays.asList(123,456);
    16.       coll.removeAll(coll1);
    17.       System.out.println(coll);
    18.   }
    19. import java.util.Objects;
    20. public class Person {
    21.   private String name;
    22.   private int age;
    23.   public Person() {
    24.   }
    25.   public Person(String name, int age) {
    26.       this.name = name;
    27.       this.age = age;
    28.   }
    29.   public String getName() {
    30.       return name;
    31.   }
    32.   public void setName(String name) {
    33.       this.name = name;
    34.   }
    35.   public int getAge() {
    36.       return age;
    37.   }
    38.   public void setAge(int age) {
    39.       this.age = age;
    40.   }
    41.   @Override
    42.   public String toString() {
    43.       return "Person{" +
    44.               "name='" + name + '\'' +
    45.               ", age=" + age +
    46.               '}';
    47.   }
    48.   @Override
    49.   public boolean equals(Object o) {
    50.       System.out.println("Person equals()....");
    51.       if (this == o) return true;
    52.       if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
    53.       Person person = (Person) o;
    54.       return age == person.age &&
    55.               Objects.equals(name, person.name);
    56.   }
    57.   @Override
    58.   public int hashCode() {
    59.       return Objects.hash(name, age);
    60.   }
    61. }

    运行结果：

    1. [123, 456, Person{name='Jerry', age=20}, Tom, false]
    2. Person equals()....
    3. Person equals()....
    4. Person equals()....
    5. [123, 456, Tom, false]
    6. [Tom, false]

    7、boolean retainAll(Collection c)：把交集的结果存在当前集合中，不影响c集合。
    8、boolean equals(Object obj)：判断两个集合是否相等

    1. @Test
    2.   public void test3(){
    3.       Collection coll = new ArrayList();
    4.       coll.add(123);
    5.       coll.add(456);
    6.       coll.add(new Person("Jerry",20));
    7.       coll.add(new String("Tom"));
    8.       coll.add(false);
    9.       //5.retainAll(Collection coll1):交集：获取当前集合和coll1集合的交集，并返回给当前集合
    10.       Collection coll1 = Arrays.asList(123,456,789);
    11.       coll.retainAll(coll1);
    12.       System.out.println(coll);
    13.       //6.equals(Object obj):要想返回true，需要当前集合和形参集合的元素都相同。
    14.       Collection coll2 = new ArrayList();
    15.       coll2.add(123);
    16.       coll2.add(456);
    17.       System.out.println(coll2);
    18.       System.out.println(coll.equals(coll2));
    19.   }

    运行结果：

    1. Person equals()....
    2. Person equals()....
    3. Person equals()....
    4. [123, 456]
    5. [123, 456]
    6. true

    9、转成对象数组： Object[] toArray()
    10、获取集合对象的哈希值： hashCode()

    1. @Test
    2.   public void test4(){
    3.       Collection coll = new ArrayList();
    4.       coll.add(123);
    5.       coll.add(456);
    6.       coll.add(new Person("Jerry",20));
    7.       coll.add(new String("Tom"));
    8.       coll.add(false);
    9.       System.out.println(coll);
    10.       //7.hashCode():返回当前对象的哈希值
    11.       System.out.println(coll.hashCode());
    12.       //8.集合 --->数组：toArray()
    13.       Object[] arr = coll.toArray();
    14.       for(int i = 0;i < arr.length;i++){
    15.           System.out.println(arr[i]);
    16.       }
    17.       //拓展：数组 --->集合:调用Arrays类的静态方法asList()
    18.       List<String> list = Arrays.asList(new String[]{"AA", "BB", "CC"});
    19.       System.out.println(list);
    20.       List arr1 = Arrays.asList(new int[]{123, 456});
    21.       System.out.println(arr1.size());//1
    22.       List arr2 = Arrays.asList(new Integer[]{123, 456});
    23.       System.out.println(arr2.size());//2
    24.   }
    25. }
    1. [123, 456, Person{name='Jerry', age=20}, Tom, false]
    2. -1200490100
    3. 123
    4. 456
    5. Person{name='Jerry', age=20}
    6. Tom
    7. false
    8. [AA, BB, CC]
    9. 1
    10. 2

    11、遍历： iterator()：返回迭代器对象，用于集合遍历
    关于这个方法，接下来另开一个主题进行演示讲解。

    4. Iterator迭代器接口

  • 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(GoF（Gang of Four），中文名——四人组，设计模式鼻祖。)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：
image.png
image.png

4.1 Iterator 遍历集合

代码示例：

  1. @Test
  2.     public void test1(){
  3.         Collection coll = new ArrayList();
  4.         coll.add(123);
  5.         coll.add(456);
  6.         coll.add(new Person("Jerry",20));
  7.         coll.add(new String("Tom"));
  8.         coll.add(false);
  9.         Iterator iterator = coll.iterator();
  10.         //方式一：
  11. //        System.out.println(iterator.next());
  12. //        System.out.println(iterator.next());
  13. //        System.out.println(iterator.next());
  14. //        System.out.println(iterator.next());
  15. //        System.out.println(iterator.next());
  16. //        //报异常：NoSuchElementException,越界了
  17. //        System.out.println(iterator.next());
  18.         //方式二：不推荐
  19. //        for(int i = 0;i < coll.size();i++){
  20. //            System.out.println(iterator.next());
  21. //        }
  22.         //方式三：推荐
  23.         ////hasNext():判断是否还有下一个元素
  24.         while(iterator.hasNext()){
  25.             //next():①指针下移 ②将下移以后集合位置上的元素返回
  26.             System.out.println(iterator.next());
  27.         }
  28.     }

运行结果：

  1. 123
  2. 456
  3. Person{name='Jerry', age=20}
  4. Tom
  5. false

4.2 Iterator 两种错误的遍历方式

  1. @Test
  2.     public void test2(){
  3.         Collection coll = new ArrayList();
  4.         coll.add(123);
  5.         coll.add(456);
  6.         coll.add(new Person("Jerry",20));
  7.         coll.add(new String("Tom"));
  8.         coll.add(false);
  9.         //错误方式一：跳着输出，越界异常：NoSuchElementException
  10.         Iterator iterator = coll.iterator();
  11.         while((iterator.next()) != null){
  12.             System.out.println(iterator.next());
  13.         }
  14.         //错误方式二：
  15.         //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。
  16. //        while (coll.iterator().hasNext()){
  17. //            System.out.println(coll.iterator().next());
  18. //        }
  19.     }
  1. 456
  2. Tom
  3. java.util.NoSuchElementException…………

4.3 Iterator 接口remove()方法

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，再调用remove都会报IllegalStateException。

    1. //测试Iterator中的remove()
    2.   //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，
    3.   // 再调用remove都会报IllegalStateException。
    4.   @Test
    5.   public void test3(){
    6.       Collection coll = new ArrayList();
    7.       coll.add(123);
    8.       coll.add(456);
    9.       coll.add(new Person("Jerry",20));
    10.       coll.add(new String("Tom"));
    11.       coll.add(false);
    12.       //删除集合中"Tom"
    13.       Iterator iterator = coll.iterator();
    14.       while (iterator.hasNext()){
    15. //            iterator.remove();  IllegalStateException
    16.           Object obj = iterator.next();
    17.           if("Tom".equals(obj)){
    18.               iterator.remove();
    19. //                iterator.remove(); IllegalStateException
    20.           }
    21.       }
    22.       //遍历集合
    23.       iterator = coll.iterator();
    24.       while (iterator.hasNext()){
    25.           System.out.println(iterator.next());
    26.       }
    27.   }

    运行结果：

    1. 123
    2. 456
    3. Person{name='Jerry', age=20}
    4. false

    4.4 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 ```java public class ForTest { @Test public void test1() {
    1.   Collection coll = new ArrayList();
    2.   coll.add(123);
    3.   coll.add(456);
    4.   coll.add(new Person("Jerry", 20));
    5.   coll.add("Tom");
    6.   coll.add(false);
    7.   //for(集合元素的类型 局部变量 : 集合对象)
    8.   //内部仍然调用了迭代器。
    9.   for (Object obj : coll) {
    10.       System.out.println(obj);
    11.   }
    }

运行结果： 123 456 Person{name=’Jerry’, age=20} Tom

false

  1. @Test
  2. public void test2() {
  3.     int[] arr = new int[]{1, 2, 3, 4, 5, 6};
  4.     //for(数组元素的类型 局部变量 : 数组对象)
  5.     for (int i : arr) {
  6.         System.out.println(i+",");
  7.     }
  8. }

运行结果： 1,2,3,4,5,6, }

  1. <a name="wmQUs"></a>
  2. ## 5. List接口
  4. - 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
  5. - 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。
  6. - 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。
  7. - JDK API中`List接口的实现类常用的有：ArrayList、LinkedList和Vector`。
  8. <a name="EDuBA"></a>
  9. ### 5.1 List接口常用方法
  10. **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。**
  12. - void add(int index, Object ele): 在index 位置插入ele 元素
  13. - boolean addAll(int index, Collection eles): 从index 位置开始将eles中 中的所有元素添加进来
  14. - Object get(int index): 获取指定index 位置的元素
  15. - int indexOf(Object obj): 返回obj 在集合中首次出现的位置
  16. - int lastIndexOf(Object obj): 返回obj 在当前集合中末次出现的位置
  17. - Object remove(int index): 移除指定index 位置的元素，并返回此元素
  18. - Object set(int index, Object ele): 设置指定index 位置的元素为ele
  19. - List subList(int fromIndex, int toIndex): 返回从fromIndex 到toIndex位置的子集合
  20. ```java
  21. import org.junit.jupiter.api.Test;
  22. import java.util.ArrayList;
  23. import java.util.Arrays;
  24. import java.util.List;
  25. /**
  26.  * 1. List接口框架
  27.  * <p>
  28.  * |----Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象
  29.  * |----List接口：存储有序的、可重复的数据。  -->“动态”数组,替换原有的数组
  30.  * |----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
  31.  * |----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
  32.  * |----Vector：作为List接口的古老实现类；线程安全（synchronized）的，效率低；底层使用Object[] elementData存储
  33. */
  34. public class ListTest {
  35. /*
  36. void add(int index, Object ele):在index位置插入ele元素
  37. boolean addAll(int index, Collection eles):从index位置开始将eles中的所有元素添加进来
  38. Object get(int index):获取指定index位置的元素
  39. int indexOf(Object obj):返回obj在集合中首次出现的位置
  40. int lastIndexOf(Object obj):返回obj在当前集合中末次出现的位置
  41. Object remove(int index):移除指定index位置的元素，并返回此元素
  42. Object set(int index, Object ele):设置指定index位置的元素为ele
  43. List subList(int fromIndex, int toIndex):返回从fromIndex到toIndex位置的子集合
  44. 总结：常用方法
  45. 增：add(Object obj)
  46. 删：remove(int index) / remove(Object obj)
  47. 改：set(int index, Object ele)
  48. 查：get(int index)
  49. 插：add(int index, Object ele)
  50. 长度：size()
  51. */
  52.     @Test
  53.     public void test2() {
  54.         ArrayList list = new ArrayList();
  55.         list.add(123);
  56.         list.add(456);
  57.         list.add("AA");
  58.         list.add(new Person("Tom", 12));
  59.         list.add(456);
  61.         System.out.println(list);
  63.         //int indexOf(Object obj):返回obj在集合中首次出现的位置。如果不存在，返回-1.
  64.         int index = list.indexOf(4567);
  65.         System.out.println(index);
  66.         //int lastIndexOf(Object obj):返回obj在当前集合中末次出现的位置。如果不存在，返回-1.
  67.         System.out.println(list.lastIndexOf(456));
  68.         //Object remove(int index):移除指定index位置的元素，并返回此元素
  69.         Object obj = list.remove(0);
  70.         System.out.println(obj);
  71.         System.out.println(list);
  72.         //Object set(int index, Object ele):设置指定index位置的元素为ele
  73.         list.set(1, "CC");
  74.         System.out.println(list);
  75.         //List subList(int fromIndex, int toIndex):返回从fromIndex到toIndex位置的左闭右开区间的子集合
  76.         List subList = list.subList(2, 4);
  77.         System.out.println(subList);
  78.         System.out.println(list);
  79.     }
  82. 运行结果：
  83. [123, 456, AA, Person{name='Tom', age=12}, 456]
  84. -1
  85. 4
  86. 123
  87. [456, AA, Person{name='Tom', age=12}, 456]
  88. [456, CC, Person{name='Tom', age=12}, 456]
  89. [Person{name='Tom', age=12}, 456]
  90. [456, CC, Person{name='Tom', age=12}, 456]       
  91. -------------------------------------------------------------------------------
  94.     @Test
  95.     public void test1() {
  96.         ArrayList list = new ArrayList();
  97.         list.add(123);
  98.         list.add(456);
  99.         list.add("AA");
  100.         list.add(new Person("Tom", 12));
  101.         list.add(456);
  102.         System.out.println(list);
  103.         //void add(int index, Object ele):在index位置插入ele元素
  104.         list.add(1, "BB");
  105.         System.out.println(list);
  106.         //boolean addAll(int index, Collection eles):从index位置开始将eles中的所有元素添加进来
  107.         List list1 = Arrays.asList(1, 2, 3);
  108.         list.addAll(list1);//1, 2, 3
  109. //        list.add(list1);//[1, 2, 3]
  110.         System.out.println(list);
  111.         System.out.println(list.size());//9
  112.         //Object get(int index):获取指定index位置的元素
  113.         System.out.println(list.get(0));
  114.     }
  115. 运行结果：
  116. [123, 456, AA, Person{name='Tom', age=12}, 456]
  117. [123, BB, 456, AA, Person{name='Tom', age=12}, 456]
  118. [123, BB, 456, AA, Person{name='Tom', age=12}, 456, 1, 2, 3]
  119. 9
  120. 123
  121. }

5.2 List 实现类之一：ArrayList

  • ArrayList 是 List 接口的典型实现类、主要实现类
  • 线程不安全的，效率高；底层使用Object[] elementData存储
  • ArrayList 的JDK1.8 之前与之后的实现区别？
    1. JDK1.7：ArrayList像饿汉式，直接底层创建了长度是10的Object[]数组elementData,，如果添加导致底层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。
    2. JDK1.8：ArrayList像懒汉式，一开始底层Object[] elementData初始化为{}，并没有创建长度为10的数组，当添加第一个元素时再创建一个始容量为10的数组
    3. 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。

  • Arrays.asList(…) 方法返回的 List 集合，既不是 ArrayList 实例，也不是Vector 实例。 Arrays.asList(…) 返回值是一个固定长度的 List 集合

    1. public static <T> List<T> asList(T... a) {
    2.       return new ArrayList<>(a);
    3. }

    5.3 List 实现类之二：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

  • LinkedList： 双向链表，内部没有声明数组，而是定义了Node类型的first和last，用于记录首末元素。同时，定义内部类Node，作为LinkedList中保存数据的基本结构。Node除了保存数据，还定义了两个变量：
  1. prev变量记录前一个元素的位置
  2. next变量记录下一个元素的位置
    1. private static class Node<E> {
    2.      E item;
    3.      Node<E> next;
    4.      Node<E> prev;
    5.      Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
    6.          this.item = element;
    7.          this.next = next;
    8.          this.prev = prev;
    9.      }
    10.  }
    image.png

    5.4 List 实现类之三：Vector

  • Vector 是一个古老的集合，JDK1.0就有了。大多数操作与ArrayList相同，区别之处在于Vector是线程安全的。

  • 在各种list中，最好把ArrayList作为缺省选择。当插入、删除频繁时，使用LinkedList；Vector总是比ArrayList慢，所以尽量避免使用。

    5.5 面试题练练手

    请问ArrayList/LinkedList/Vector的异同？谈谈你的理解？ArrayList底层是什么？扩容机制？Vector和ArrayList的最大区别?

  • ArrayList和LinkedList的异同：

  1. 二者都线程不安全，相对线程安全的Vector，执行效率高。
  2. 此外，ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构，LinkedList基于双向链表的数据结构。
  3. 对于随机访问get和set，ArrayList觉得优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针。
  4. 对于新增和删除操作add(特指插入)和remove，LinkedList比较占优势，因为ArrayList要移动数据。

  • ArrayList和Vector的区别：

    1. Vector和ArrayList几乎是完全相同的,唯一的区别在于Vector是同步类(synchronized)，属于
      强同步类。因此开销就比ArrayList要大，访问要慢。
    2. 正常情况下,大多数的Java程序员使用ArrayList而不是Vector,因为同步完全可以由程序员自己来控制。
    3. Vector每次扩容请求其大小的2倍空间，而ArrayList是1.5倍。Vector还有一个子类Stack。

      6. Set接口

  • 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

    6.1 Set 实现类之一：HashSet

  • HashSet 是 Set 接口的典型实现，大多数时候使用 Set 集合时都使用这个实现类。

  • HashSet 按 Hash 算法来存储集合中的元素，因此具有很好的存取、查找、删除性能。
  • HashSet 具有以下特点：
    1. 不能保证元素的排列顺序
    2. HashSet 不是线程安全的
    3. 集合元素可以是 null
  • HashSet 集合判断两个元素相等的标准：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。
  • 对于存放在Set容器中的对象， 对应的类一定要重写equals() 和hashCode(Objectobj) 方法，以实现对象相等规则 。即：“相等的对象必须具有相等的散列码”。
  • 向HashSet中添加元素的过程：
    1. 当向 HashSet 集合中存入一个元素时，HashSet 会调用该对象的 hashCode() 方法来得到该对象的 hashCode 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。（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）
    2. 如果两个元素的hashCode()值相等，会再继续调用equals方法，如果equals方法结果为true，添加失败；如果为false，那么会保存该元素，但是该数组的位置已经有元素了，那么会通过链表的方式继续链接。
  • 如果两个元素的 equals() 方法返回 true，但它们的 hashCode() 返回值不相等，hashSet 将会把它们存储在不同的位置，但依然可以添加成功。

image.png
代码示例：

  1. @Test
  2.     public void test1(){
  3.         Set set = new HashSet();
  4.         set.add(456);
  5.         set.add(123);
  6.         set.add(123);
  7.         set.add("AA");
  8.         set.add("CC");
  9.         set.add(new User("Tom",12));
  10.         set.add(new User("Tom",12));
  11.         set.add(129);
  12.         Iterator iterator = set.iterator();
  13.         while(iterator.hasNext()){
  14.             System.out.println(iterator.next());
  15.         }
  16.     }
  17. public class User implements Comparable{
  18.     private String name;
  19.     private int age;
  20.     public User() {
  21.     }
  22.     public User(String name, int age) {
  23.         this.name = name;
  24.         this.age = age;
  25.     }
  26.     public String getName() {
  27.         return name;
  28.     }
  29.     public void setName(String name) {
  30.         this.name = name;
  31.     }
  32.     public int getAge() {
  33.         return age;
  34.     }
  35.     public void setAge(int age) {
  36.         this.age = age;
  37.     }
  38.     @Override
  39.     public String toString() {
  40.         return "User{" +
  41.                 "name='" + name + '\'' +
  42.                 ", age=" + age +
  43.                 '}';
  44.     }
  45.     @Override
  46.     public boolean equals(Object o) {
  47.         System.out.println("User equals()....");
  48.         if (this == o) return true;
  49.         if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
  50.         User user = (User) o;
  51.         if (age != user.age) return false;
  52.         return name != null ? name.equals(user.name) : user.name == null;
  53.     }
  54.     @Override
  55.     public int hashCode() { //return name.hashCode() + age;
  56.         int result = name != null ? name.hashCode() : 0;
  57.         result = 31 * result + age;
  58.         return result;
  59.     }
  60.     //按照姓名从大到小排列,年龄从小到大排列
  61.     @Override
  62.     public int compareTo(Object o) {
  63.         if(o instanceof User){
  64.             User user = (User)o;
  65. //            return -this.name.compareTo(user.name);
  66.             int compare = -this.name.compareTo(user.name);
  67.             if(compare != 0){
  68.                 return compare;
  69.             }else{
  70.                 return Integer.compare(this.age,user.age);
  71.             }
  72.         }else{
  73.             throw new RuntimeException("输入的类型不匹配");
  74.         }
  75.     }
  76. }

运行结果：

  1. User equals()....
  2. AA
  3. CC
  4. 129
  5. 456
  6. 123
  7. User{name='Tom', age=12}

6.2 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（属性），都应该用来计算 hashCode 值

Eclipse/IDEA 工具里hashCode()的 重写
以Eclipse/IDEA为例，在自定义类中可以调用工具自动重写equals和hashCode。问题：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)

    6.3 重写 equals() 方法的基本原则

  • 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()

    6.4 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。

image.png

  1. //LinkedHashSet的使用
  2.     //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引用，记录此数据前一个
  3.     //数据和后一个数据。
  4.     //优点：对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet，因为不用比较hash值equals
  5.     @Test
  6.     public void test2(){
  7.         Set set = new LinkedHashSet();
  8.         set.add(456);
  9.         set.add(123);
  10.         set.add(123);
  11.         set.add("AA");
  12.         set.add("CC");
  13.         set.add(new User("Tom",12));
  14.         set.add(new User("Tom",12));
  15.         set.add(129);
  16.         Iterator iterator = set.iterator();
  17.         while(iterator.hasNext()){
  18.             System.out.println(iterator.next());
  19.         }
  20.     }

运行结果：

  1. User equals()....
  2. 456
  3. 123
  4. AA
  5. CC
  6. User{name='Tom', age=12}
  7. 129

6.5 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。
  • TreeSet和TreeMap采用红黑树的存储结构
  • 特点：有序，查询速度比List快

image.png
代码示例：

  1. /*
  2.     1.向TreeSet中添加的数据，要求是相同类的对象。
  3.     2.两种排序方式：自然排序（实现Comparable接口） 和 定制排序（Comparator）
  4.     3.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().
  5.     4.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.      */
  7.     @Test
  8.     public void test1(){
  9.         TreeSet set = new TreeSet();
  10.         //失败：不能添加不同类的对象
  11. //        set.add(123);
  12. //        set.add(456);
  13. //        set.add("AA");
  14. //        set.add(new User("Tom",12));
  15.         //举例一：
  16.         set.add(34);
  17.         set.add(-34);
  18.         set.add(43);
  19.         set.add(11);
  20.         set.add(8);
  21.         Iterator iterator = set.iterator();
  22.         while(iterator.hasNext()){
  23.             System.out.println(iterator.next());
  24.         }
  25.         set.removeAll(set);
  26.         System.out.println("------------");
  27.         //举例二：
  28.         set.add(new User("Tom",12));
  29.         set.add(new User("Jerry",32));
  30.         set.add(new User("Jim",2));
  31.         set.add(new User("Mike",65));
  32.         set.add(new User("Jack",33));
  33.         set.add(new User("Jack",56));
  34.          iterator = set.iterator();
  35.         while(iterator.hasNext()){
  36.             System.out.println(iterator.next());
  37.         }
  38.     }
  39. public class User implements Comparable{
  40.     private String name;
  41.     private int age;
  42.     public User() {
  43.     }
  44.     public User(String name, int age) {
  45.         this.name = name;
  46.         this.age = age;
  47.     }
  48.     public String getName() {
  49.         return name;
  50.     }
  51.     public void setName(String name) {
  52.         this.name = name;
  53.     }
  54.     public int getAge() {
  55.         return age;
  56.     }
  57.     public void setAge(int age) {
  58.         this.age = age;
  59.     }
  60.     @Override
  61.     public String toString() {
  62.         return "User{" +
  63.                 "name='" + name + '\'' +
  64.                 ", age=" + age +
  65.                 '}';
  66.     }
  67.     @Override
  68.     public boolean equals(Object o) {
  69.         System.out.println("User equals()....");
  70.         if (this == o) return true;
  71.         if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
  72.         User user = (User) o;
  73.         if (age != user.age) return false;
  74.         return name != null ? name.equals(user.name) : user.name == null;
  75.     }
  76.     @Override
  77.     public int hashCode() { //return name.hashCode() + age;
  78.         int result = name != null ? name.hashCode() : 0;
  79.         result = 31 * result + age;
  80.         return result;
  81.     }
  82.     //按照姓名从大到小排列,年龄从小到大排列
  83.     @Override
  84.     public int compareTo(Object o) {
  85.         if(o instanceof User){
  86.             User user = (User)o;
  87. //            return -this.name.compareTo(user.name);
  88.             int compare = -this.name.compareTo(user.name);
  89.             if(compare != 0){
  90.                 return compare;
  91.             }else{//姓名相同再比较年龄
  92.                 return Integer.compare(this.age,user.age);
  93.             }
  94.         }else{
  95.             throw new RuntimeException("输入的类型不匹配");
  96.         }
  97.     }
  98. }

运行结果：

  1. -34
  2. 8
  3. 11
  4. 34
  5. 43
  6. ------------
  7. User{name='Tom', age=12}
  8. User{name='Mike', age=65}
  9. User{name='Jim', age=2}
  10. User{name='Jerry', age=32}
  11. User{name='Jack', age=33}
  12. User{name='Jack', age=56}

6.5.1 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。
  • Comparable 的典型实现：
  • BigDecimal、BigInteger 以及所有的数值型对应的包装类：按它们对应的数值大小进行比较
  • Character：按字符的 unicode值来进行比较
  • Boolean：true 对应的包装类实例大于 false 对应的包装类实例
  • String：按字符串中字符的 unicode 值进行比较
  • Date、Time：后边的时间、日期比前面的时间、日期大
  • 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。

    6.5.2 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。

    1. @Test
    2.   public void test2(){
    3.       Comparator com = new Comparator() {
    4.           //按照年龄从小到大排列
    5.           @Override
    6.           public int compare(Object o1, Object o2) {
    7.               if(o1 instanceof User && o2 instanceof User){
    8.                   User u1 = (User)o1;
    9.                   User u2 = (User)o2;
    10.                   return Integer.compare(u1.getAge(),u2.getAge());
    11.               }else{
    12.                   throw new RuntimeException("输入的数据类型不匹配");
    13.               }
    14.           }
    15.       };
    16.       TreeSet set = new TreeSet(com);
    17.       set.add(new User("Tom",12));
    18.       set.add(new User("Jerry",32));
    19.       set.add(new User("Jim",2));
    20.       set.add(new User("Mike",65));
    21.       set.add(new User("Mary",33));
    22.       set.add(new User("Jack",33));
    23.       set.add(new User("Jack",56));
    24.       Iterator iterator = set.iterator();
    25.       while(iterator.hasNext()){
    26.           System.out.println(iterator.next());
    27.       }
    28.   }

    运行结果：

    1. User{name='Jim', age=2}
    2. User{name='Tom', age=12}
    3. User{name='Jerry', age=32}
    4. User{name='Mary', age=33}
    5. User{name='Jack', age=56}
    6. User{name='Mike', age=65}

    6.6 面试题

    在List内去除重复数字值，要求尽量简单：

    1. public static List duplicateList(List list) {
    2.       HashSet set = new HashSet();
    3.       set.addAll(list);
    4.       return new ArrayList(set);
    5.   }
    6.   public static void main(String[] args) {
    7.       List list = new ArrayList();
    8.       list.add(new Integer(1));
    9.       list.add(new Integer(2));
    10.       list.add(new Integer(2));
    11.       list.add(new Integer(4));
    12.       list.add(new Integer(4));
    13.       List list2 = duplicateList(list);
    14.       for (Object integer : list2) {
    15.           System.out.println(integer);
    16.       }
    17.   }
    1. 1
    2. 2
    3. 4

    面试题：

    1. @Test
    2.   public void test3(){
    3.       HashSet set = new HashSet();
    4.       Person p1 = new Person(1001,"AA");
    5.       Person p2 = new Person(1002,"BB");
    6.       set.add(p1);
    7.       set.add(p2);
    8.       System.out.println(set);
    9.       p1.name = "CC";
    10.       //因为之前是根据1001 AA的hash值存放的
    11.       //现在改成CC，所以hash值与1001 AA的hash值不一样
    12.       //所以找到的是1001 AA 存放之外的地址，删除的是null
    13.       //原来的两个数据仍在
    14.       set.remove(p1);
    15.       System.out.println(set);
    16.       //因为上面说的删除的是null,所以可以存放在那个位置
    17.       set.add(new Person(1001,"CC"));
    18.       System.out.println(set);
    19.       set.add(new Person(1001,"AA"));
    20.       System.out.println(set);
    21.   }

    运行结果：

    1. [Person{id=1002, name='BB'}, Person{id=1001, name='AA'}]
    2. [Person{id=1002, name='BB'}, Person{id=1001, name='CC'}]
    3. [Person{id=1002, name='BB'}, Person{id=1001, name='CC'}, Person{id=1001, name='CC'}]
    4. [Person{id=1002, name='BB'}, Person{id=1001, name='CC'}, Person{id=1001, name='CC'}, Person{id=1001, name='AA'}]

    image.png

    7. Map接口

    先看看Map接口的继承体系：
    image.png
    image.png

    7.1 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”
  • 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

    7.2 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

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

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

代码测试:

  1. public class MapTest {
  2.     /*
  3.  元视图操作的方法：
  4.  Set keySet()：返回所有key构成的Set集合
  5.  Collection values()：返回所有value构成的Collection集合
  6.  Set entrySet()：返回所有key-value对构成的Set集合
  7.      */
  8.     @Test
  9.     public void test5(){
  10.         Map map = new HashMap();
  11.         map.put("AA",123);
  12.         map.put(45,1234);
  13.         map.put("BB",56);
  14.         //遍历所有的key集：keySet()
  15.         Set set = map.keySet();
  16.         Iterator iterator = set.iterator();
  17.             while(iterator.hasNext()){
  18.                 System.out.println(iterator.next());
  19.         }
  20.         System.out.println();
  21.         //遍历所有的value集：values()
  22.         Collection values = map.values();
  23.         for(Object obj : values){
  24.             System.out.println(obj);
  25.         }
  26.         System.out.println();
  27.         //遍历所有的key-value
  28.         //方式一：entrySet()
  29.         Set entrySet = map.entrySet();
  30.         Iterator iterator1 = entrySet.iterator();
  31.         while (iterator1.hasNext()){
  32.             Object obj = iterator1.next();
  33.             //entrySet集合中的元素都是entry
  34.             Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
  35.             System.out.println(entry.getKey() + "---->" + entry.getValue());
  36.         }
  37.         System.out.println();
  38.         //方式二：
  39.         Set keySet = map.keySet();
  40.         Iterator iterator2 = keySet.iterator();
  41.         while(iterator2.hasNext()){
  42.             Object key = iterator2.next();
  43.             Object value = map.get(key);
  44.             System.out.println(key + "=====" + value);
  45.         }
  46.     }
  47. /*
  48. test5运行结果
  49. AA
  50. BB
  51. 45
  52. 123
  53. 56
  54. 1234
  55. AA---->123
  56. BB---->56
  57. 45---->1234
  58. AA=====123
  59. BB=====56
  60. 45=====1234
  61. */
  62.     /*
  63.  元素查询的操作：
  64.  Object get(Object key)：获取指定key对应的value
  65.  boolean containsKey(Object key)：是否包含指定的key
  66.  boolean containsValue(Object value)：是否包含指定的value
  67.  int size()：返回map中key-value对的个数
  68.  boolean isEmpty()：判断当前map是否为空
  69.  boolean equals(Object obj)：判断当前map和参数对象obj是否相等
  70.      */
  71.     @Test
  72.     public void test4() {
  73.         Map map = new HashMap();
  74.         map.put("AA", 123);
  75.         map.put(45, 123);
  76.         map.put("BB", 56);
  77.         // Object get(Object key)
  78.         System.out.println(map.get(45));//123
  79.         //containsKey(Object key)
  80.         boolean isExist = map.containsKey("BB");
  81.         System.out.println(isExist);//true
  82.         isExist = map.containsValue(123);
  83.         System.out.println(isExist);//true
  84.         map.clear();
  85.         System.out.println(map.isEmpty());//true
  86.     }
  87.     /*
  88.      添加、删除、修改操作：
  89.  Object put(Object key,Object value)：将指定key-value添加到(或修改)当前map对象中
  90.  void putAll(Map m):将m中的所有key-value对存放到当前map中
  91.  Object remove(Object key)：移除指定key的key-value对，并返回value
  92.  void clear()：清空当前map中的所有数据
  93.      */
  94.     @Test
  95.     public void test3(){
  96.         Map map = new HashMap();
  97.         //添加
  98.         map.put("AA",123);
  99.         map.put(45,123);
  100.         map.put("BB",56);
  101.         //修改
  102.         map.put("AA",87);
  103.         System.out.println(map);//{AA=87, BB=56, 45=123}
  104.         Map map1 = new HashMap();
  105.         map1.put("CC",123);
  106.         map1.put("DD",123);
  107.         map.putAll(map1);
  108.         System.out.println(map);//{AA=87, BB=56, CC=123, DD=123, 45=123}
  109.         //remove(Object key)
  110.         Object value = map.remove("CC");
  111.         System.out.println(value);//123
  112.         System.out.println(map);//{AA=87, BB=56, DD=123, 45=123}
  113.         //clear()
  114.         map.clear();//与map = null操作不同
  115.         System.out.println(map.size());//0
  116.         System.out.println(map);//{}
  117.     }
  118.     @Test
  119.     public void test2(){
  120.         Map map = new HashMap();
  121.         map = new LinkedHashMap();
  122.         map.put(123,"AA");
  123.         map.put(345,"BB");
  124.         map.put(12,"CC");
  125.         System.out.println(map);//{123=AA, 345=BB, 12=CC}
  126.     }
  127.     @Test
  128.     public void test1(){
  129.         Map map = new HashMap();
  130.         //Hashtable不可以存储null的key和value，是线程安全的，有synchronized方法
  131. //        map = new Hashtable();
  132.         map.put(null,123);//HashMap可以存储null的key和value，是线程不安全的
  133.     }
  134. }

7.3 Map 实现类之一：HashMap

7.3.1 HashMap概述

  • 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对象
  • 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。

image.png

7.3.2 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

    7.3.3 HashMap 的存储结构

    以jdk7为例说明:

  • 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。
  • 添加元素的过程：向HashMap中添加entry1(key，value)，需要首先计算entry1中key的哈希值(根据key所在类的hashCode()计算得到)，此哈希值经过处理以后，得到在底层Entry[]数组中要存储的位置i。
    1. 如果位置i上没有元素，则entry1直接添加成功。
    2. 如果位置i上已经存在entry2(或还有链表存在的entry3，entry4)，则需要通过循环的方法，依次比较entry1中key和其他的entry。
      • 如果彼此hash值不同，则直接添加成功。
      • 如果hash值相同，继续比较二者是否equals。
        （1）如果返回值为true，则使用entry1的value去替换equals为true的entry的value。
        （2）如果遍历一遍以后，发现所有的equals返回都为false,则entry1仍可添加成功。entry1指向原有的entry元素。
  • HashMap 的扩容:
    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。
    • 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 216=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。

image.png
以jdk8为例说明:

  1. *      jdk8 相较于jdk7在底层实现方面的不同：
  2.  *      1. new HashMap():底层没有创建一个长度为16的Entry[]数组
  3.  *      2. jdk 8底层的数组是：Node[],而非Entry[]
  4.  *      3. 首次调用put()方法时，底层创建长度为16的数组
  5.  *      4. jdk7底层结构只有：数组+链表。jdk8中底层结构：数组+链表+红黑树。
  6.  *         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）
  7.  *         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。
  • 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，在首次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(红黑树)可以有两个叶子结点left和right，因此，在一个桶中，就有可能生成一个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。
    • 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 216=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。

image.png

7.3.4 关于映射关系的key 是否可以修改 ？

answer ：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。

    7.3.5 JDK8 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。

    7.3.6 面试题

    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。

    7.4 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

image.png

7.5 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：
    1. 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
    2. 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
  • 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。

代码示例：

  1. public class TreeMapTest {
  2.     //向TreeMap中添加key-value，要求key必须是由同一个类创建的对象
  3.     //按照key进行排序：自然排序 、定制排序
  5.     //自然排序
  6.     @Test
  7.     public void test1(){
  8.         TreeMap map = new TreeMap();
  9.         User u1 = new User("Tom",23);
  10.         User u2 = new User("Jerry",32);
  11.         User u3 = new User("Jack",20);
  12.         User u4 = new User("Jack",18);
  13.         map.put(u1,98);
  14.         map.put(u2,89);
  15.         map.put(u3,76);
  16.         map.put(u4,100);
  17.         Set entrySet = map.entrySet();
  18.         Iterator iterator1 = entrySet.iterator();
  19.         while (iterator1.hasNext()){
  20.             Object obj = iterator1.next();
  21.             Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
  22.             System.out.println(entry.getKey() + "---->" + entry.getValue());
  23.         }
  24.     }
  25.     //定制排序
  26.     @Test
  27.     public void test2(){
  28.         TreeMap map = new TreeMap(new Comparator() {
  29.             @Override
  30.             public int compare(Object o1, Object o2) {
  31.                 if(o1 instanceof User && o2 instanceof User){
  32.                     User u1 = (User)o1;
  33.                     User u2 = (User)o2;
  34.                     //按年龄排序
  35.                     return Integer.compare(u1.getAge(),u2.getAge());
  36.                 }
  37.                 throw new RuntimeException("输入的类型不匹配！");
  38.             }
  39.         });
  40.         User u1 = new User("Tom",23);
  41.         User u2 = new User("Jerry",32);
  42.         User u3 = new User("Jack",20);
  43.         User u4 = new User("Rose",18);
  44.         map.put(u1,98);
  45.         map.put(u2,89);
  46.         map.put(u3,76);
  47.         map.put(u4,100);
  48.         Set entrySet = map.entrySet();
  49.         Iterator iterator1 = entrySet.iterator();
  50.         while (iterator1.hasNext()){
  51.             Object obj = iterator1.next();
  52.             Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
  53.             System.out.println(entry.getKey() + "---->" + entry.getValue());
  54.         }
  55.     }
  57.  class User implements Comparable{
  58.     private String name;
  59.     private int age;
  60.     public User() {
  61.     }
  62.     public User(String name, int age) {
  63.         this.name = name;
  64.         this.age = age;
  65.     }
  66.     public String getName() {
  67.         return name;
  68.     }
  69.     public void setName(String name) {
  70.         this.name = name;
  71.     }
  72.     public int getAge() {
  73.         return age;
  74.     }
  75.     public void setAge(int age) {
  76.         this.age = age;
  77.     }
  78.     @Override
  79.     public String toString() {
  80.         return "User{" +
  81.                 "name='" + name + '\'' +
  82.                 ", age=" + age +
  83.                 '}';
  84.     }
  85.     @Override
  86.     public boolean equals(Object o) {
  87.         System.out.println("User equals()....");
  88.         if (this == o) return true;
  89.         if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
  90.         User user = (User) o;
  91.         if (age != user.age) return false;
  92.         return name != null ? name.equals(user.name) : user.name == null;
  93.     }
  94.     @Override
  95.     public int hashCode() { //return name.hashCode() + age;
  96.         int result = name != null ? name.hashCode() : 0;
  97.         result = 31 * result + age;
  98.         return result;
  99.     }
  100.     //按照姓名从大到小排列,年龄从小到大排列
  101.     @Override
  102.     public int compareTo(Object o) {
  103.         if(o instanceof User){
  104.             User user = (User)o;
  105.             int compare = -this.name.compareTo(user.name);
  106.             if(compare != 0){
  107.                 return compare;
  108.             }else{
  109.                 return Integer.compare(this.age,user.age);
  110.             }
  111.         }else{
  112.             throw new RuntimeException("输入的类型不匹配");
  113.         }
  114.     }
  115. }
  116. }

运行结果

  1. test1：
  2. User{name='Tom', age=23}---->98
  3. User{name='Jerry', age=32}---->89
  4. User{name='Jack', age=18}---->100
  5. User{name='Jack', age=20}---->76
  6. test2：
  7. User{name='Rose', age=18}---->100
  8. User{name='Jack', age=20}---->76
  9. User{name='Tom', age=23}---->98
  10. User{name='Jerry', age=32}---->89

7.6 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(synchronized)。
  • 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。

    7.7 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

    1. public class PropertiesTest {
    2.   //Properties:常用来处理配置文件。key和value都是String类型
    3.   public static void main(String[] args)  {
    4.       FileInputStream fis = null;
    5.       try {
    6.           Properties pros = new Properties();
    7.           fis = new FileInputStream("jdbc.properties");
    8.           pros.load(fis);//加载流对应的文件
    9.           String name = pros.getProperty("name");
    10.           String password = pros.getProperty("password");
    11.           System.out.println("name = " + name + ", password = " + password);
    12.           //运行结果：name = BitHachi, password = 123456
    13.       } catch (IOException e) {
    14.           e.printStackTrace();
    15.       } finally {
    16.           if(fis != null){
    17.               try {
    18.                   fis.close();
    19.               } catch (IOException e) {
    20.                   e.printStackTrace();
    21.               }
    22.           }
    23.       }
    24.   }
    25. }

    image.png

    8. 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）
  1. reverse(List)：反转 List 中元素的顺序
  2. shuffle(List)：对 List 集合元素进行随机排序
  3. sort(List)：根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素按升序排序
  4. sort(List，Comparator)：根据指定的 Comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序
  5. 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

    1. Object max(Collection)：根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最大元素
    2. Object max(Collection，Comparator)：根据 Comparator 指定的顺序，返回给定集合中的最大元素
    3. Object min(Collection)
    4. Object min(Collection，Comparator)
    5. int frequency(Collection，Object)：返回指定集合中指定元素的出现次数
    6. void copy(List dest,List src)：将src中的内容复制到dest中
    7. boolean replaceAll(List list，Object oldVal，Object newVal)：使用新值替换List 对象的所有旧值
      1. /**
      2. * Collections:操作Collection、Map的工具类
      3. */
      4. public class CollectionsTest {
      5. /*
      6. reverse(List)：反转 List 中元素的顺序
      7. shuffle(List)：对 List 集合元素进行随机排序
      8. sort(List)：根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素按升序排序
      9. sort(List，Comparator)：根据指定的 Comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序
      10. 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
      11. Object max(Collection)：根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最大元素
      12. Object max(Collection，Comparator)：根据 Comparator 指定的顺序，返回给定集合中的最大元素
      13. Object min(Collection)
      14. Object min(Collection，Comparator)
      15. int frequency(Collection，Object)：返回指定集合中指定元素的出现次数
      16. void copy(List dest,List src)：将src中的内容复制到dest中
      17. boolean replaceAll(List list，Object oldVal，Object newVal)：使用新值替换 List 对象的所有旧值
      18. */
      19. @Test
      20. public void test2(){
      21.   List list = new ArrayList();
      22.   list.add(123);
      23.   list.add(43);
      24.   list.add(765);
      25.   list.add(-97);
      26.   list.add(0);
      27.   //报异常：IndexOutOfBoundsException("Source does not fit in dest")
      28. //        List dest = new ArrayList();
      29. //        Collections.copy(dest,list);
      30.   //正确的：
      31.   List dest = Arrays.asList(new Object[list.size()]);
      32.   System.out.println(dest.size());//list.size();
      33.   Collections.copy(dest,list);
      34.   System.out.println(dest);
      35.   /*
      36.   Collections 类中提供了多个 synchronizedXxx() 方法，
      37.   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
      38.   多线程并发访问集合时的线程安全问题
      39.    */
      40.   //返回的list1即为线程安全的List
      41.   List list1 = Collections.synchronizedList(list);
      42. }
      43. @Test
      44. public void test1(){
      45.   List list = new ArrayList();
      46.   list.add(123);
      47.   list.add(123);
      48.   list.add(43);
      49.   list.add(765);
      50.   list.add(765);
      51.   list.add(765);
      52.   list.add(-97);
      53.   list.add(0);
      54.   System.out.println(list);
      55.   Collections.reverse(list);
      56.   System.out.println(list);//反转 List 中元素的顺序
      57.   Collections.shuffle(list);//对 List 集合元素进行随机排序
      58.   System.out.println(list);
      59.   Collections.sort(list);//根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素按升序排序
      60.   System.out.println(list);
      61.   Collections.swap(list,1,2);//将指定 list 集合中的 1 处元素和 2 处元素进行交换
      62.   System.out.println(list);
      63.   int frequency = Collections.frequency(list, 123);//返回指定集合中指定元素的出现次数
      64.   System.out.println(frequency);
      65. }
      66. }
      运行结果:
      1. test2():
      2. 5
      3. [123, 43, 765, -97, 0]
      4. test1():
      5. [123, 123, 43, 765, 765, 765, -97, 0]
      6. [0, -97, 765, 765, 765, 43, 123, 123]
      7. [765, 123, 765, 765, 43, 0, -97, 123]
      8. [-97, 0, 43, 123, 123, 765, 765, 765]
      9. [-97, 43, 0, 123, 123, 765, 765, 765]
      10. 2

  • 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

image.png

9. Enumeration

  • Enumeration 接口是 Iterator 迭代器的 “古老版本”

image.png

  1. Enumeration stringEnum = new StringTokenizer("a-b*c-d-e-g", "-");
  2. while(stringEnum.hasMoreElements()){
  3.     Object obj = stringEnum.nextElement();
  4.     System.out.println(obj);
  5. }