Java基础(十九)：集合框架

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一、Java集合框架体系
二、Collection接口及方法
- 1、添加
- 2、判断
- 3、删除
- 4、其它
- 三、Iterator(迭代器)接口
- - 1、Iterator接口
  - 2、迭代器的执行原理
  - 3、foreach循环
  - 四、Collection子接口1：List
  - - 1、List接口特点
    - 2、List接口方法
    - 3、List接口主要实现类：ArrayList
    - 4、List的实现类之二：LinkedList
    - 5、List的实现类之三：Vector
    - 五、Collection子接口2：Set
    - - 1、Set接口概述
      - 2、Set主要实现类：HashSet
      - 2.1、HashSet概述
        2.2、HashSet中添加元素的过程
        2.3、重写 hashCode() 方法的基本原则
        2.4、重写equals()方法的基本原则
        3、Set实现类之二：LinkedHashSet
        4、Set实现类之三：TreeSet
        六、Map接口
        1、Map接口概述
        2、Map中key-value特点
        3、Map接口的常用方法
        4、Map的主要实现类：HashMap
        5、Map实现类之二：LinkedHashMap
        6、Map实现类之三：TreeMap
        7、Map实现类之四：Hashtable
        8、Map实现类之五：Properties
        七、Collections工具类
        1、常用方法
        2、举例
        一、Java集合框架体系
        
        Java 集合可分为 Collection 和 Map 两大体系
        
        Collection接口：用于存储一个一个的数据，也称单列数据集合
        List子接口：用来存储有序的、可以重复的数据（主要用来替换数组，"动态"数组）
        实现类：ArrayList(主要实现类)、LinkedList、Vector
        Set子接口：用来存储无序的、不可重复的数据（类似于高中讲的"集合"）
        实现类：HashSet(主要实现类)、LinkedHashSet、TreeSet
        Map接口：用于存储具有映射关系“key-value对”的集合，即一对一对的数据，也称双列数据集合
        HashMap(主要实现类)、LinkedHashMap、TreeMap、Hashtable、Properties
        集合框架全图
        
        
        
        Collection接口继承树
        
        
        
        Map接口继承树
        
        
        
        二、Collection接口及方法
        
        JDK不提供此接口的任何直接实现，而是提供更具体的子接口（如：Set和List）去实现
        Collection 接口是 List和Set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 集合
        1、添加
        
        add(E obj)：添加元素对象到当前集合中
        addAll(Collection other)：添加other集合中的所有元素对象到当前集合中
        @Test public void test1(){ Collection coll = new ArrayList(); //add() coll.add("AA"); coll.add(123);//自动装箱 coll.add("么么哒"); System.out.println(coll); // [AA, 123, 么么哒] //addAll(Collection other) Collection coll1 = new ArrayList(); coll1.add("BB"); coll1.add(456); coll.addAll(coll1); System.out.println(coll); // [AA, 123, 么么哒, BB, 456] coll.add(coll1); System.out.println(coll); // [AA, 123, 么么哒, BB, 456, [BB, 456]] }
        
        2、判断
        
        int size()：获取当前集合中实际存储的元素个数
        boolean isEmpty()：判断当前集合是否为空集合
        boolean contains(Object obj)：判断当前集合中是否存在一个与obj对象equals返回true的元素
        boolean containsAll(Collection coll)：判断coll集合中的元素是否在当前集合中都存在。即coll集合是否是当前集合的“子集”
        boolean equals(Object obj)：判断当前集合与obj是否相等
        3、删除
        
        void clear()：清空集合元素
        boolean remove(Object obj) ：从当前集合中删除第一个找到的与obj对象equals返回true的元素
        boolean removeAll(Collection coll)：从当前集合中删除所有与coll集合中相同的元素
        4、其它
        
        Object[] toArray()：返回包含当前集合中所有元素的数组
        hashCode()：获取集合对象的哈希值
        iterator()：返回迭代器对象，用于集合遍历
        @Test public void test2(){ Collection coll = new ArrayList(); coll.add("AA"); coll.add("AA"); Person p1 = new Person("Tom",12); coll.add(p1); coll.add(128);//自动装箱 //集合 ---> 数组 Object[] arr = coll.toArray(); System.out.println(Arrays.toString(arr)); // [AA, AA, Person{name='Tom', age=12}, 128] //hashCode(): System.out.println(coll.hashCode()); // -912175978 }
        
        三、Iterator(迭代器)接口
        
        1、Iterator接口
        
        JDK专门提供了一个接口java.util.Iterator遍历集合中的所有元素
        Collection接口与Map接口主要用于存储元素
        Iterator，被称为迭代器接口，本身并不提供存储对象的能力，主要用于遍历Collection中的元素
        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
        public Iterator iterator(): 获取集合对应的迭代器，用来遍历集合中的元素的
        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接口的常用方法如下
        public E next():返回迭代的下一个元素
        public boolean hasNext():如果仍有元素可以迭代，则返回 true
        注意：在调用it.next()方法之前必须要调用it.hasNext()进行检测。若不调用，且下一条记录无效，直接调用it.next()会抛出NoSuchElementException异常
        @Test public void test3(){ Collection coll = new ArrayList(); coll.add("小李广"); coll.add("扫地僧"); coll.add("石破天"); Iterator iterator = coll.iterator(); //获取迭代器对象 while(iterator.hasNext()) { //判断是否还有元素可迭代 System.out.println(iterator.next()); //取出下一个元素 } }
        
        使用Iterator迭代器删除元素：java.util.Iterator迭代器中有一个方法：void remove()
        @Test public void test4(){ Collection coll = new ArrayList(); coll.add(1); coll.add(2); coll.add(3); coll.add(4); coll.add(5); coll.add(6); Iterator iterator = coll.iterator(); while(iterator.hasNext()){ Integer element = (Integer) iterator.next(); if(element % 2 == 0){ iterator.remove(); } } System.out.println(coll); // [1, 3, 5] }
        
        2、迭代器的执行原理
        
        Iterator迭代器对象在遍历集合时，内部采用指针的方式来跟踪集合中的元素
        接下来通过一个图例来演示Iterator对象迭代元素的过程
        
        
        3、foreach循环
        
        foreach循环（也称增强for循环）是 JDK5.0 中定义的一个高级for循环，专门用来遍历数组和集合的
        foreach循环的语法格式：
        for(元素的数据类型局部变量 : Collection集合或数组){ //操作局部变量的输出操作 } //这里局部变量就是一个临时变量，自己命名就可以
        
        举例：
        
        @Test public void test5(){ Collection coll = new ArrayList(); coll.add("小李广"); coll.add("扫地僧"); coll.add("石破天"); //foreach循环其实就是使用Iterator迭代器来完成元素的遍历的。 for (Object o : coll) { System.out.println(o); } }
        
        对于集合的遍历，增强for的内部原理其实是个Iterator迭代器
        
        
        它用于遍历Collection和数组。通常只进行遍历元素，不要在遍历的过程中对集合元素进行增删操作
        public class InterviewTest { @Test public void testFor() { String[] arr1 = new String[]{"AA", "CC", "DD"}; //赋值操作1 // for(int i = 0;i
        赋值操作1结果：[MM, MM, MM]
        赋值操作2结果：[AA, CC, DD]
        四、Collection子接口1：List
        
        1、List接口特点
        
        鉴于Java中数组用来存储数据的局限性，我们通常使用java.util.List替代数组
        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
        JDK API中List接口的实现类常用的有：ArrayList、LinkedList和Vector
        2、List接口方法
        
        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
        
        插入元素
        void add(int index, Object ele):在index位置插入ele元素
        boolean addAll(int index, Collection eles):从index位置开始将eles中的所有元素添加进来
        获取元素
        Object get(int index):获取指定index位置的元素
        List subList(int fromIndex, int toIndex):返回从fromIndex到toIndex位置的子集合
        获取元素索引
        int indexOf(Object obj):返回obj在集合中首次出现的位置
        int lastIndexOf(Object obj):返回obj在当前集合中末次出现的位置
        删除和替换元素
        Object remove(int index):移除指定index位置的元素，并返回此元素
        Object set(int index, Object ele):设置指定index位置的元素为ele
        举例：
        
        public class TestListMethod { public static void main(String[] args) { // 创建List集合对象 List list = new ArrayList(); // 往尾部添加指定元素 list.add("图图"); list.add("小美"); list.add("不高兴"); System.out.println(list); // [图图, 小美, 不高兴] // 往指定位置添加 list.add(1,"没头脑"); System.out.println(list); // [图图, 没头脑, 小美, 不高兴] // 删除指定位置元素返回被删除元素 System.out.println(list.remove(2)); System.out.println(list); // [图图, 没头脑, 不高兴] // 在指定位置进行元素替代（改） // 修改指定位置元素 list.set(0, "三毛"); System.out.println(list); // [三毛, 没头脑, 不高兴] } }
        
        3、List接口主要实现类：ArrayList
        
        ArrayList 是 List 接口的主要实现类
        本质上，ArrayList是对象引用的一个”变长”数组
        Arrays.asList(…) 方法创建集合
        
        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
        返回值对象Arrays.ArrayList，Arrays工具类的内部类ArrayList
        继承AbstractList也就是实现List接口
        但是Arrays.ArrayList没有重写add方法
        所以返回的此集合不能新增
        
        
        私有内部类，所以返回值用父类List表示，而不能用Arrays.ArrayList
        public abstract class AbstractList extends AbstractCollection implements List { protected AbstractList() { } public boolean add(E e) { add(size(), e); return true; } ... public void add(int index, E element) { throw new UnsupportedOperationException(); } }
        
        例子：
        
        @Test public void test6(){ List list = Arrays.asList("1", "2", "3"); list.add("a"); }
        
        输出结果：
        
        Exception in thread "main" java.lang.UnsupportedOperationException at java.util.AbstractList.add(AbstractList.java:148) at java.util.AbstractList.add(AbstractList.java:108)
        
        4、List的实现类之二：LinkedList
        
        对于频繁的插入或删除元素的操作，建议使用LinkedList类，效率较高
        这是由底层采用链表（双向链表）结构存储数据决定的
        
        
        特有方法
        void addFirst(Object obj)
        void addLast(Object obj)
        Object getFirst()
        Object getLast()
        Object removeFirst()
        Object removeLast()
        5、List的实现类之三：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作为默认选择
        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
        特有方法：
        void addElement(Object obj)
        void insertElementAt(Object obj,int index)
        void setElementAt(Object obj,int index)
        void removeElement(Object obj)
        void removeAllElements()
        五、Collection子接口2：Set
        
        1、Set接口概述
        
        Set接口是Collection的子接口，Set接口相较于Collection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集合支持的遍历方式和Collection集合一样：foreach和Iterator
        Set的常用实现类有：HashSet、TreeSet、LinkedHashSet
        2、Set主要实现类：HashSet
        
        2.1、HashSet概述
        
        HashSet 是 Set 接口的主要实现类，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，因此具有很好的存储、查找、删除性能
        HashSet 具有以下特点：
        不能保证元素的排列顺序
        HashSet 不是线程安全的
        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() 方法得到的哈希值相等
        并且两个对象的 equals() 方法返回值为true
        对于存放在Set容器中的对象，对应的类一定要重写hashCode()和equals(Object obj)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”
        HashSet集合中元素的无序性，不等同于随机性。这里的无序性与元素的添加位置有关
        具体来说：我们在添加每一个元素到数组中时
        具体的存储位置是由元素的hashCode()调用后返回的hash值决定的
        导致在数组中每个元素不是依次紧密存放的，表现出一定的无序性
        2.2、HashSet中添加元素的过程
        
        第1步：当向 HashSet 集合中存入一个元素时
        HashSet 会调用该对象的 hashCode() 方法得到该对象的 hashCode值
        然后根据 hashCode值
        通过某个散列函数决定该对象在 HashSet 底层数组中的存储位置
        第2步：如果要在数组中存储的位置上没有元素，则直接添加成功
        第3步：如果要在数组中存储的位置上有元素，则继续比较
        如果两个元素的hashCode值不相等，则添加成功
        如果两个元素的hashCode()值相等，则会继续调用equals()方法
        如果equals()方法结果为false，则添加成功
        如果equals()方法结果为true，则添加失败
        第3步两种添加成功的操作，由于该底层数组的位置已经有元素了，则会通过链表的方式继续链接，存储
        2.3、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，都应该用来计算 hashCode 值
        注意：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
        
        2.4、重写equals()方法的基本原则
        
        重写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()中进行计算
        为什么用Eclipse/IDEA复写hashCode方法，有31这个数字？
        首先，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）
        其次，31只占用5bits,相乘造成数据溢出的概率较小
        再次，31可以由i*31== (i String name; int age; public Person() { } public Person(String name, int age) { this.name = name; this.age = age; } @Override public String toString() { return "Person{" + "name='" + name + '\'' + ", age=" + age + '}'; } @Override public boolean equals(Object o) { System.out.println("Person equals()..."); if (this == o) return true; if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false; Person person = (Person) o; return age == person.age && Objects.equals(name, person.name); } @Override public int hashCode() { System.out.println("Person hashCode()..."); return Objects.hash(name, age); } } Set set = new HashSet(); set.add("AA"); set.add(123); set.add("BB"); set.add(new Person("Tom",12)); set.add(new Person("Tom",12)); Iterator iterator = set.iterator(); while(iterator.hasNext()){ System.out.println(iterator.next()); } } name='Tom', age=12} LinkedHashSet set = new LinkedHashSet(); set.add("张三"); set.add("张三"); set.add("李四"); set.add("王五"); set.add("王五"); set.add("赵六"); System.out.println("set = " + set);//不允许重复，体现添加顺序 } TreeSet set = new TreeSet(); set.add("MM"); set.add("CC"); set.add("AA"); set.add("DD"); set.add("ZZ"); //set.add(123); //报ClassCastException的异常 System.out.println(set); // [AA, CC, DD, MM, ZZ] } String name; int age; public User() { } public User(String name, int age) { this.name = name; this.age = age; } @Override public String toString() { return "User{" + "name='" + name + '\'' + ", age=" + age + '}'; } /* 举例：按照age从小到大的顺序排列，如果age相同，则按照name从大到小的顺序排列 * */ public int compareTo(Object o) { if(this == o){ return 0; } if(o instanceof User){ User user = (User)o; int value = this.age - user.age; if(value != 0){ return value; } return -this.name.compareTo(user.name); } throw new RuntimeException("输入的类型不匹配"); } } TreeSet set = new TreeSet(); set.add(new User("Tom",12)); set.add(new User("Rose",23)); set.add(new User("Jerry",2)); set.add(new User("Eric",18)); set.add(new User("Tommy",44)); set.add(new User("Jim",23)); set.add(new User("Maria",18)); //set.add("Tom"); Iterator iterator = set.iterator(); while(iterator.hasNext()){ System.out.println(iterator.next()); } System.out.println(set.contains(new User("Jack", 23))); //true } //按照User的姓名的从小到大的顺序排列 Comparator comparator = new Comparator() { @Override public int compare(Object o1, Object o2) { if(o1 instanceof User && o2 instanceof User){ User u1 = (User)o1; User u2 = (User)o2; return u1.name.compareTo(u2.name); } throw new RuntimeException("输入的类型不匹配"); } }; TreeSet set = new TreeSet(comparator); set.add(new User("Tom",12)); set.add(new User("Rose",23)); set.add(new User("Jerry",2)); set.add(new User("Eric",18)); set.add(new User("Tommy",44)); set.add(new User("Jim",23)); set.add(new User("Maria",18)); Iterator iterator = set.iterator(); while(iterator.hasNext()){ System.out.println(iterator.next()); } } //创建 map对象 HashMap map = new HashMap(); //添加元素到集合 map.put("黄晓明", "杨颖"); map.put("李晨", "李小璐"); map.put("李晨", "范冰冰"); map.put("邓超", "孙俪"); System.out.println(map); //删除指定的key-value System.out.println(map.remove("黄晓明")); System.out.println(map); //查询指定key对应的value System.out.println(map.get("邓超")); System.out.println(map.get("黄晓明")); } HashMap map = new HashMap(); map.put("许仙", "白娘子"); map.put("董永", "七仙女"); map.put("牛郎", "织女"); map.put("许仙", "小青"); System.out.println("所有的key:"); Set keySet = map.keySet(); for (Object key : keySet) { System.out.println(key); } System.out.println("所有的value:"); Collection values = map.values(); for (Object value : values) { System.out.println(value); } System.out.println("所有的映射关系:"); Set entrySet = map.entrySet(); for (Object mapping : entrySet) { //System.out.println(entry); Map.Entry entry = (Map.Entry) mapping; System.out.println(entry.getKey() + "-" + entry.getValue()); } } Map map = new HashMap(); map.put(null,null); map.put("Tom",23); map.put("CC",new Date()); map.put(34,"AA"); System.out.println(map); // {null=null, CC=Sat Apr 22 17:51:16 CST 2023, 34=AA, Tom=23} } LinkedHashMap map = new LinkedHashMap(); map.put("Tom",23); map.put("CC","test"); map.put(34,"AA"); System.out.println(map); // {Tom=23, CC=test, 34=AA} } TreeMap map = new TreeMap(); map.put("CC",45); map.put("MM",78); map.put("DD",56); map.put("GG",89); System.out.println(map); // {CC=45, DD=56, GG=89, MM=78} } //按照User的姓名的从小到大的顺序排列 TreeMap map = new TreeMap(new Comparator() { @Override public int compare(Object o1, Object o2) { if(o1 instanceof User && o2 instanceof User){ User u1 = (User)o1; User u2 = (User)o2; return u1.name.compareTo(u2.name); } throw new RuntimeException("输入的类型不匹配"); } }); map.put(new User("Tom",12),67); map.put(new User("Rose",23),"87"); map.put(new User("Jerry",2),88); map.put(new User("Eric",18),45); map.put(new User("Tommy",44),77); map.put(new User("Jim",23),88); map.put(new User("Maria",18),34); System.out.println(map); } Properties pros = new Properties(); pros.load(new FileInputStream("jdbc.properties")); String user = pros.getProperty("user"); System.out.println(user); } List list = Arrays.asList(45, 43, 65, 6, 43, 2, 32, 45, 56, 34, 23); //reverse(List)：反转 List 中元素的顺序 // Collections.reverse(list); // [23, 34, 56, 45, 32, 2, 43, 6, 65, 43, 45] //shuffle(List)：对 List 集合元素进行随机排序,每次不一样 // Collections.shuffle(list); // [65, 32, 34, 23, 45, 45, 2, 43, 43, 56, 6] //sort(List)：根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素按升序排序 // Collections.sort(list); // [2, 6, 23, 32, 34, 43, 43, 45, 45, 56, 65] //sort(List，Comparator)：根据指定的 Comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序 Collections.sort(list, new Comparator() { @Override public int compare(Object o1, Object o2) { if(o1 instanceof Integer && o2 instanceof Integer){ Integer i1 = (Integer) o1; Integer i2 = (Integer) o2; // return i1 - i2; return -(i1.intValue() - i2.intValue()); } throw new RuntimeException("类型不匹配"); } }); // [65, 56, 45, 45, 43, 43, 34, 32, 23, 6, 2] System.out.println(list); } List list = Arrays.asList(45, 43, 65, 6, 43, 2, 32, 45, 56, 34, 23); System.out.println(list); Object max = Collections.max(list); Object max1 = Collections.max(list,new Comparator() { @Override public int compare(Object o1, Object o2) { if(o1 instanceof Integer && o2 instanceof Integer){ Integer i1 = (Integer) o1; Integer i2 = (Integer) o2; // return i1 - i2; return -(i1.intValue() - i2.intValue()); } throw new RuntimeException("类型不匹配"); } }); System.out.println(max); // 65 System.out.println(max1); // 2 int count = Collections.frequency(list, 45); System.out.println("45出现了" + count + "次"); // 45出现了2次 } List src = Arrays.asList(45, 43, 65, 6, 43, 2, 32, 45, 56, 34, 23); //void copy(List dest,List src)：将src中的内容复制到dest中 //错误的写法： // List dest = new ArrayList(); //正确的写法： List dest = Arrays.asList(new Object[src.size()]); Collections.copy(dest,src); System.out.println(dest); } //提供了多个unmodifiableXxx()方法，该方法返回指定 Xxx的不可修改的视图。 List list1 = new ArrayList(); //list1可以写入数据 list1.add(34); list1.add(12); list1.add(45); List list2 = Collections.unmodifiableList(list1); //此时的list2只能读，不能写 list2.add("AA");//不能写 System.out.println(list2.get(0));//34 } //Collections 类中提供了多个 synchronizedXxx() 方法 List list1 = new ArrayList(); //返回的list2就是线程安全的 List list2 = Collections.synchronizedList(list1); list2.add(123); HashMap map1 = new HashMap(); //返回的map2就是线程安全的 Map map2 = Collections.synchronizedMap(map1); }