集合框架和Iterator接口

简介

集合框架：用于存储数据的容器。

集合框架是为表示和操作集合而规定的一种统一的标准的体系结构。

集合接口与实现分离

接口：表示集合的抽象数据类型。接口允许我们操作集合时不必关注具体实现，从而达到“多态”。

实现：集合接口的具体实现，是重用性很高的数据结构。

特点

可以动态保存任意多个对象,使用比较方便
提供了一系列操作对象的方法: add, remove, set, get

集合和数组的区别

数组是固定长度的；集合可变长度的。
数组可以存储基本数据类型，也可以存储引用数据类型；集合只能存储引用数据类型。
数组存储的元素必须是同一个数据类型；集合存储的对象可以是不同数据类型。

数据结构：就是容器中存储数据的方式。

对于集合容器，有很多种。因为每一个容器的自身特点不同，其实原理在于每个容器的内部数据结构不同。

使用集合框架的好处

容量自增长；
提供了高性能的数据结构和算法，使编码更轻松，提高了程序速度和质量；
允许不同 API 之间的互操作，API之间可以来回传递集合；
可以方便地扩展或改写集合，提高代码复用性和可操作性。
通过使用JDK自带的集合类，可以降低代码维护和学习新API成本。

集合的框架体系

集合框架中的接口:

集合有两个基本接口: Collection 和 Map, Collection和Map是Java集合框架的根接口，这两个接口又包含了一些子接口或实现类。

Collection一次存一个元素，是单列集合；
Map一次存一对元素，是双列集合。Map存储的一对元素：键–值，键（key）与值(value)间有对应(映射)关系。

Iterator接口

Iterator用于集合元素的遍历的接口

Iterator接口拥有4个方法:

public interface Iterator<E>{//返回迭代中的下一个元素.如果已经到达了集合的末尾,将抛出一个NoSuchElementException的异常E next();//如果存在下一个可访问的元素,则返回true;boolean hasNext();//删除上一次访问的对象.这个方法必选紧跟在访问一个元素之后执行.若果上次访问之后集合已经发生了变化,//这个方法将抛出一个IllegalStateExceptionvoid remove();//对每个剩余元素执行给定的操作，直到所有元素都被处理或动作引发异常。 //如果指定了该顺序，则按迭代的顺序执行操作。 动作抛出的异常被转发给呼叫者。default void forEachRemaining(Consumer <? super E> action);
}

使用迭代器遍历集合元素

public class Test {public static void main(String[] args) {Collection c = new ArrayList();c.add("a01");c.add("a02");c.add("a03");System.out.println(c);//hasNext()保证next在到达集合末尾时停止运行 快捷键ititIterator iter = c.iterator();while (iter.hasNext()) {String s = (String) iter.next();System.out.println(s);}//foreach循环同样可以进行循环操作//编译器简单地将foreach循环转换成带有迭代器的循环//foreach循环可以处理任何实现了Iterable接口的对象for (Object o :c) {System.out.println(o);}}
}

对于java迭代器我们可以认为其位于两个元素之间.当调用next时,迭代器就越过下一个元素,并返回刚刚越过的那个元素的引用.

使用Iterator迭代器进行删除集合元素

    Iterator iter = c.iterator();iter.next();iter.remove();

remove方法对next方法具有依赖性,调用remove前没有调用next僵尸不合法的,会抛出IllegalStateException

在执行remove操作时，同样先执行checkForComodification()，如果不相等会抛出ConcurrentModificationException异常,相等则会执行ArrayList的remove()方法，该方法会将modCount值加1，将expectedModCount=modCount，使之保持统一.

ListIterator接口

Iterator中没有add方法,提供了一个子接口ListIterator,只能用于各种List类型的访问.

常用API:

Modifier and Type	Method and Description
`void`	`add(E e)` 将指定的元素插入列表（可选操作）。
`boolean`	`hasNext()` 返回 `true`如果遍历正向列表，列表迭代器有多个元素。
`boolean`	`hasPrevious()` 返回 `true`如果遍历反向列表，列表迭代器有多个元素。
`E`	`next()` 返回列表中的下一个元素，并且前进光标位置。
`int`	`nextIndex()` 返回随后调用 `next()`返回的元素的索引。
`E`	`previous()` 返回列表中的上一个元素，并向后移动光标位置。
`int`	`previousIndex()` 返回由后续调用 `previous()`返回的元素的索引。
`void`	`remove()` 从列表中删除由 `next()`或 `previous()`返回的最后一个元素（可选操作）。
`void`	`set(E e)` 用指定的元素替换由 `next()`或 `previous()`返回的最后一个元素（可选操作）。

Collection接口

Collection集合主要有List和Set两大接口, 他们实现的子类都是单列集合;

Collection接口没有直接实现的子类,是通过它的子接口Set和List来实现的;

List：有序(元素存入集合的顺序和取出的顺序一致)，元素都有索引。元素可以重复。
Set：无序(存入和取出顺序有可能不一致)，不可以存储重复元素。必须保证元素唯一性。

List集合

List是元素有序并且可以重复的集合.

List中的每个元素拥有对应的整数型序号记载其在容器中的位置,支持通过序号存取容器中的元素.

List的主要实现：ArrayList， LinkedList， Vector.

List常用方法:

ArrayList、LinkedList、Vector 的区别

	ArrayList	LinkedList	vector
底层实现	数组	双向链表	数组
同步性及效率	不同步，非线程安全，效率高，支持随机访问	不同步，非线程安全，效率高	同步，线程安全，效率低
特点	查询快，增删慢	查询慢，增删快	查询快，增删慢
默认容量	10	/	10
扩容机制	int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1)；//1.5 倍	/	2 倍

LinkedList 不会出现扩容的问题，所以比较适合随机位置增、删。但是其基于链表实现，所以在定位时需要线性扫描，效率比较低。
当操作是在一列数据的后面添加数据而不是在前面或中间，并且需要随机地访问其中的元素时，使用ArrayList会提供比较好的性能；
当你的操作是在一列数据的前面或中间添加或删除数据，并且按照顺序访问其中的元素时，就应该使用LinkedList了。

通过Iterator遍历并操作元素

List可以通过for循环,增强for循环(foreach)以及迭代器进行遍历

public static void main(String[] args) {List a = new ArrayList();a.add("Amy");a.add("Carl");a.add("Erica");List b = new ArrayList();b.add("Bob");b.add("Doug");b.add("Frances");b.add("Gloria");ListIterator aIter = a.listIterator();Iterator bIter = b.iterator();//将b中的元素加入a中while (bIter.hasNext()) {if (aIter.hasNext()){aIter.next();}aIter.add(bIter.next());}System.out.println(a);//ABCDEFG//重置迭代器bIter = b.iterator();//迭代器每移动两次删除前一次的next返回的元素while (bIter.hasNext()) {bIter.next();if (bIter.hasNext()){bIter.next();bIter.remove();}}//foreach遍历for (Object o :b) {System.out.println(o);//BF}a.removeAll(b);//for循环遍历for (int i = 0; i < a.size(); i++) {System.out.println(a.get(i));//ACDEG}
}

对于ArrayList底层结构为数组的集合来说,在进行遍历并操作元素时尽量采用迭代器进行操作.

for循环遍历在集合元素发生变化时索引值变化引发的一些问题(连续重复值的删除导致漏删)

foreach循环为简化版迭代器,在使用时会调用迭代器的next方法,其中checkForComodification()方法对expectedModCount和modCount两值进行判断.modCount是指集合的修改次数，当进行add或者delete时，modCount会+1；expectedModCount是指集合的迭代器的版本号，初始值是modCount，但是当集合进行add或者delete操作时，modCount会+1，而expectedModCount不会改变.迭代器中的remove方法会将modCount的值赋予expectedModCount,使两值保持同步,不会抛出异常.

Set集合

Set集合元素无序(存入和取出的顺序不一定一致)，没有索引, 并且没有重复对象。

Set的主要实现类：HashSet， TreeSet。

Set的常用方法

其中因为没有索引,所以没有get和set方法,hashCode是Set中的一个重要方法,在Set的底层实现中起到了至关重要的作用.

HashSet、TreeSet、LinkedHashSet的区别

	HashSet	TreeSet	LinkedHashSet
底层实现	HashMap(哈希表即数组,链表和红黑树)	红黑树	LinkedHashMap(维护数组和双向链表)
重复性	不允许重复	不允许重复	不允许重复
有无序	无序	有序，支持两种排序方式，自然排序和定制排序，其中自然排序为默认的排序方式。	有序，插入和取出顺序一致
时间复杂度	add()，remove()，contains()方法的时间复杂度是O(1)	add()，remove()，contains()方法的时间复杂度是O(logn)	LinkedHashSet在迭代访问Set中的全部元素时，性能比HashSet好，但是插入时性能稍微逊色于HashSet，时间复杂度是 O(1)。
同步性	不同步,线程不安全	不同步,线程不安全	不同步,线程不安全
null值	允许null	不支持null值，会抛出 java.lang.NullPointerException 异常。因为TreeSet应用 compareTo() 方法于各个元素来比较他们，当比较null值时会抛出 NullPointerException异常。	允许null值
比较	equals()	compareTo()	equals()

Map接口

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可以是任何引用类型数据,会封装到HashMap$Node对象中
Map中的Key不允许重复,Value可以重复
Key可以为null,Value也可以为null,但是须遵守第三条
Key和Value是单向的一对一关系(Key==>Value),指定Key一定能找到对应的Value
Map 的常用实现类：HashMap、TreeMap、HashTable、LinkedHashMap

Map接口常用方法

HashMap、HashTable、TreeMap的区别

	HashMap	HasTable	TreeMap
底层实现	哈希表	哈希表	红黑树
同步性	不同步	同步	不同步
null值	键值对可以为null,但是Key值只能有一个null	不允许key、value 是 null	value允许为null。当未实现 Comparator 接口时，key 不可以为null 当实现 Comparator 接口时，若未对 null 情况进行判断，则可能抛 NullPointerException 异常。如果针对null情况实现了，可以存入，但是却不能正常使用get()访问，只能通过遍历去访问。
hash	使用hash(Object key)扰动函数对 key 的 hashCode 进行扰动后作为 hash 值	直接使用 key 的 hashCode() 返回值作为 hash 值
容量	容量为 2^4 且容量一定是 2^n	默认容量是11，不一定是 2^n
扩容	两倍，且哈希桶的下标使用 &运算代替了取模	2倍+1，取哈希桶下标是直接用模运算

HashMap

Hashmap接口基于哈希表的实现，是使用频率最高的用于键值对处理的数据类型。
它根据键的hashCode值存储数据，大多数情况下可以直接定位到它的值，特点是访问速度快，遍历顺序不确定，线程不安全
可以用 Collections的synchronizedMap方法使HashMap具有线程安全的能力，或者使用ConcurrentHashMap类。

HashTable

Hashtable和HashMap从存储结构和实现来讲有很多相似之处，不同的是它承自Dictionary类，而且是线程安全的，另外Hashtable不允许key和value为null，并发性不如ConcurrentHashMap。
Hashtable不建议在新代码中使用，不需要线程安全的场合可以用HashMap替换，需要线程安全的场合可以用ConcurrentHashMap替换。

LinkedHashMap

LinkedHashMap继承了HashMap，是Map接口的哈希表和链接列表实现，它维护着一个双重链接列表，此链接列表定义了迭代顺序，该迭代顺序可以是插入顺序或者是访问顺序。

TreeMap

TreeMap实现SortMap接口，能够把它保存的记录根据键排序，默认是按键值的升序排序（自然顺序），也可以指定排序的比较器，当用Iterator遍历TreeMap时，得到的记录是排过序的。

HashMap在JDK1.7和JDK1.8中有哪些不同

不同	JDK1.7	JDK1.8
存储结构	数组+链表	数组+链表+红黑树
初始化方式	单独函数: `inflatable()`	`集成到了扩容函数: resize()`
hash值计算方式	扰动处理 = 9次扰动 = 4次位运算 + 5次异或运算	扰动处理 = 2次扰动 = 1次位运算 + 1次异或运算
存放数据的规则	无冲突时，存放数组；冲突时，存放链表	无冲突时，存放数组；冲突 & 链表长度 < 8：存放单链表；冲突 & 链表长度 > 8&数组长度达到64：树化并存放红黑树
插入数据方式	头插法（先讲原位置的数据移到后1位，再插入数据到该位置）	尾插法（直接插入到链表尾部/红黑树）
扩容后存储位置的计算方式	全部按照原来方法进行计算（即hashCode ->> 扰动函数 ->> (h&length-1)）	按照扩容后的规律计算（即扩容后的位置=原位置 or 原位置 + 旧容量）

Collections工具类

Collections是一个集合工具类,方便对集合的操作,提供了一些系列的静态方法

静态方法演示:

public class Test {public static void main(String[] args) {List list = new ArrayList();list.add("a01");list.add("c02");list.add("k03");list.add("s04");list.add("e091");//逆向反转排序Collections.reverse(list);//随机排序Collections.shuffle(list);//根据元素的自然顺序对List元素升序排序Collections.sort(list);//交换对应位置元素Collections.swap(list,2,0);//根据指定的 Comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序//按照元素的第三个字符的自然顺序降序Collections.sort(list, new Comparator() {@Overridepublic int compare(Object o1, Object o2) {return ((String)o2).charAt(2) - ((String)o1).charAt(2);}});//max方法默认返回最大的元素//此处是根据 Comparator 返回长度最大的元素System.out.println(Collections.max(list, new Comparator<Object>() {@Overridepublic int compare(Object o1, Object o2) {return ((String) o1).length() - ((String) o2).length();}}));//复制List到指定DestListList destlist = new ArrayList();//创建了一个和List大小相同的空数组,保证可以全部复制for (int i = 0; i < list.size(); i++) {destlist.add("");}Collections.copy(destlist,list);}/*将非同步集合转成同步集合的方法：Collections中的  XXX synchronizedXXX(XXX);  原理：定义一个类，将集合所有的方法加同一把锁后返回。List synchronizedList(list);Map synchronizedMap(map);*/
}

Arrays数组工具类

用于操作数组对象的工具类，里面都是静态方法。

数组 -> 集合：asList方法，将数组转换成list集合。

String[] arr ={"abc","kk","qq"};
List<String> list =Arrays.asList(arr);//将arr数组转成list集合。

可以通过list集合中的方法来操作数组中的元素：isEmpty()、contains、indexOf、set；
注意（局限性）：数组是固定长度，不可以使用集合对象增加或者删除等，会改变数组长度的功能方法。比如add、remove、clear。（会报不支持操作异常UnsupportedOperationException);
如果数组中存储的引用数据类型，直接作为集合的元素可以直接用集合方法操作。
如果数组中存储的是基本数据类型，asList会将数组实体作为集合元素存在。

集合 -> 数组：用的是Collection接口中的toArray()方法;

List list = new ArrayList();
Object[] array = list.toArray();

如果给toArray传递的指定类型的数据长度小于了集合的size，那么toArray方法，会自定再创建一个该类型的数据，长度为集合的size。
如果传递的指定的类型的数组的长度大于了集合的size，那么toArray方法，就不会创建新数组，直接使用该数组即可，并将集合中的元素存储到数组中，其他为存储元素的位置默认值null。
所以，在传递指定类型数组时，最好的方式就是指定的长度和size相等的数组。

用基本数据类型的数组转换ArrayList，ArrayList的size有问题

public class Test {public static void main(String[] args) {int[] a = {1,2,6,9,5};List ints = Arrays.asList(a);System.out.println("size:"+ints.size());//size:1Integer[] b = {1,2,6,9,5};List ints1 = Arrays.asList(b);System.out.println("size:"+ints1.size());//size:5}
}

asList方法接受的参数是一个泛型的变长参数，我们知道基本数据类型是无法泛型化的，也就是说基本类型是无法作为asList方法的参数的，要想作为泛型参数就必须使用其所对应的包装类型。但是这个这个实例中为什么没有出错呢？因为该实例是将int 类型的数组当做其参数，而在Java中数组是一个对象，它是可以泛型化的。所以该例子是不会产生错误的。既然例子是将整个int 类型的数组当做泛型参数，那么经过asList转换就只有一个int 的列表了.

asList转换得到的ArrayList不是java.util.ArrayList

Integer[] b = {1,2,6,9,5};
List list = Arrays.asList(b);
//添加元素时抛出异常UnsupportedOperationException
list.add(10);

此处ArrayList是Arrays的内部类继承了AbstractList但是没有实现add方法,而是直接抛出UnsupportedOperationException异常.

Integer[] b = {1,2,6,9,5};
List list = new ArrayList(Arrays.asList(b));
//添加元素时抛出异常UnsupportedOperationException
list.add(10);

使用ArrayList将其转为list集合而非之前的Arrays的内部类ArrayList

整体框架图

参考文献

Java集合框架总结

Java集合框架最全详解

Java核心技术卷Ⅰ第九章集合

韩顺平笔记第14章集合

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