Java集合详解(超详细)
Java集合详解(超详细)
- 一、集合框架的概述
- 二、Collection接口
- (一)Collection接口常用方法
- (二)Iterator迭代器接口
- (三)JDK 5.0新特性--增强for循环:(foreach循环)
- 三、Collection子接口:List接口
- (一)List接口概述
- (二)List接口常用方法
- (三)实现类之一:ArrayList
- (四)实现类之一:LinkedList
- (五)实现类之一:Vector
- 四、Collection子接口:Set接口
- (一)概述
- (二)Set接口常用方法
- (三)实现类之一:HashSet
- (四)实现类之一:LinkedHashSet
- (五)实现类之一:TreeSet
- 五、Map接口
- (一)概述
- (二)Map接口常用方法
- (三)实现类之一:HashMap
- (四)实现类之一:LinkedHashMap
- (五)实现类之一:TreeMap
- (六)使用Properties读取配置文件
- 六、Collections工具类的使用
- 七、面试题
一、集合框架的概述
- 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)
- 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。
- 数组存储的弊端:
1.一旦初始化以后,其长度就不可修改。
2.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。
3.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
4.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。
- 集合的框架结构
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。Collection接口下还有个Queue接口、Set接口、List接口
List:元素有序、可重复的集合
Set:元素无序、不可重复的集- Map接口:双列数据,保存具有映射关系“key-value对”的集合
其中:
- Set下有HashSet,LinkedHashSet,TreeSet
- List下有ArrayList,Vector,LinkedList
- Map下有Hashtable,LinkedHashMap,HashMap,TreeMap
|----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:作为List接口的主要实现类,线程不安全的,效率高;底层采用Object[] elementData数组存储|----LinkedList:对于频繁的插入删除操作,使用此类效率比ArrayList效率高底层采用双向链表存储|----Vector:作为List的古老实现类,线程安全的,效率低;底层采用Object[]数组存储|----Set接口:存储无序的、不可重复的数据 -->数学概念上的“集合”|----HashSet:作为Set接口主要实现类;线程不安全;可以存null值|----LinkedHashSet:作为HashSet的子类;遍历其内部数据时,可以按照添加顺序遍历;对于频繁的遍历操作,LinkedHashSet效率高于HashSet.|----TreeSet:可以按照添加对象的指定属性,进行排序。|----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;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
二、Collection接口
- 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)实现。
- 在JDK 5.0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。
(一)Collection接口常用方法
- 添加
add(Object obj)
addAll(Collection coll)- 获取有效元素个数
int size()- 清空集合
void clear()- 是否为空集合
boolean isEmpty()- 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。用两个两个集合的元素逐一比较- 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- 取两个集合的交集
boolean retainAll(Collection c):把交集的结果存在当前的集合中,不影响c- 集合是否相等
boolean equals(Object obj)- 转换成对象数组
Object [] toArray()- 获取集合对象的哈希值
hashCode()- 遍历
iterator():返回迭代器对象,用于集合遍历
代码实例:
@Test
public void test01(){//1.add(Object e):将元素e添加到集合coll中Collection coll = new ArrayList();coll.add(123);//自动装箱coll.add(new Date());Collection coll1 = new ArrayList();coll1.add("CC");//addAll(Collection coll1):将coll1集合中的元素添加到当前的集合中coll.addAll(coll1);//2.size():获取添加的元素的个数System.out.println(coll.size());//3//调用collection1中的toString()方法输出System.out.println(coll);//[123, Sun Jan 31 14:37:52 CST 2021, CC]//3.clear():清空集合元素coll.clear();//4.isEmpty():判断当前集合是否为空System.out.println(coll.isEmpty());//true
}
@Test
public void Test02(){Collection coll = new ArrayList();coll.add(123);coll.add(new String("Tom"));coll.add(new Person("Jerry",20));//5.contains(Object obj):判断当前集合中是否包含obj//判断时需要调用obj对象所在类的equals()方法System.out.println(coll.contains(new String("Tom")));//trueSystem.out.println(coll.contains(new Person("Jerry",20)));//false,重写Person类的equals()后为true//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。Collection coll1 = Arrays.asList(1234,new String("Tom"));System.out.println(coll.containsAll(coll1));//true//6.remove(Object obj):从当前集合中移除obj元素。移除成功返回true,否则返回falseSystem.out.println(coll.remove(123));//trueSystem.out.println(coll);//[Tom, Person{name='Jerry', age=20}]//removeAll(Collection coll1):从当前集合中移除coll1中所有的元素。(差集)coll.removeAll(coll1);System.out.println(coll);//[Person{name='Jerry', age=20}]Collection a = new ArrayList();a.add(123);a.add(456);a.add(new Person("Jerry",20));a.add(new String("Tom"));a.add(false);//7.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Collection b = Arrays.asList(123,456,789);System.out.println(a.retainAll(b));//trueSystem.out.println(a);//[123, 456]
}@Test
public void Test03(){Collection a = new ArrayList();a.add(456);a.add(new Person("Jerry",20));a.add(new String("Tom"));//8.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。Collection b = new ArrayList();b.add(456);b.add(new Person("Jerry",20));b.add(new String("Tom"));System.out.println(a.equals(b));//true//9.hashCode():返回当前对象的哈希值System.out.println(a.hashCode());//1350934216//10.集合 --->数组:toArray()Object[] arr = a.toArray();//拓展:数组 --->集合:调用Arrays类的静态方法asList()List<Object> objects = Arrays.asList(arr);System.out.println(objects);//注意两个的区别List<int[]> ints = Arrays.asList(new int[]{123, 456});System.out.println(ints.size());//1,集合将其识别为一个元素List<Integer> integers = Arrays.asList(new Integer[]{123, 456});System.out.println(integers.size());//2//11.iterator():返回Iterator接口的实例,用于遍历集合元素。
}
注意:
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()。
(二)Iterator迭代器接口
- 概述
- 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。
- 迭代器模式: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。
- 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。- 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
- 遍历的代码实现
Iterator iterator = coll.iterator();//获取迭代器对象
//hasNext():判断是否还下一个元素
while(iterator.hasNext()){//next():①指针下移 ②将下移以后集合位置上的元素返回System.out.println(iterator.next());
}
- iterator中remove()方法的使用
注意:
- 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。
- 内部定义了remove(),可以在遍历的时候,删除集合中的元素。此方法不同于集合直接调用remove()
代码实例:
Iterator iterator = coll.iterator();
删除集合中"Tom"
while(iterator.hasNext()){Object obj = iterator.next();if("Tom".equals(obj)){iterator.remove();}
}
(三)JDK 5.0新特性–增强for循环:(foreach循环)
- 遍历集合举例
@Test
public void test1(){Collection coll = new ArrayList();coll.add(123);coll.add(456);coll.add(new Person("Jerry",20));coll.add(new String("Tom"));coll.add(false);//for(集合元素的类型 局部变量 : 集合对象)//内部仍然调用了迭代器。for(Object obj : coll){System.out.println(obj);}
}
- 遍历数组举例
@Test
public void test2(){int[] arr = new int[]{1,2,3,4};//for(数组元素的类型 局部变量 : 数组对象)for(int i : arr){System.out.println(i);}
}
三、Collection子接口:List接口
(一)List接口概述
- 概述:
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
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。
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。
JDK AP中List接口的实现类常用的有:ArrayList、LinkedList和 Vector.
List接口框架
|----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
(二)List接口常用方法
- 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。
方法 | 描述 |
---|---|
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 |
Object get(int index) | 获取指定index位置的元素 |
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 |
Object remove(int index) | 移除指定index位置(0是第一个元素)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 |
List subList(int fromIndex, int toIndex) | 返回从fromIndex到toIndex位置的子集合 |
- 代码实例:
@Test
public void Test1(){ArrayList list = new ArrayList();list.add(123);list.add("AA");list.add(new Person("Tom",12));System.out.println(list);//[123, AA, Person{name='Tom', age=12}]//1.void add(int index, Object ele):在index位置插入ele元素list.add(1,"BB");System.out.println(list);//[123, BB, AA, Person{name='Tom', age=12}]//2.boolean addAll(int index, Collection eles):从index位置开始将eles中的所有元素添加进来List list1 = Arrays.asList(1,2,3);list.addAll(list1);System.out.println(list.size());//7//3.Object get(int index):获取指定index位置的元素System.out.println(list.get(1));//BB//4.int indexOf(Object obj):返回obj在集合中首次出现的位置System.out.println(list.indexOf("AA"));//3System.out.println(list.indexOf("AAC"));//-1,不存在返回-1//5.int lastIndexOf(Object obj):返回obj在当前集合中末次出现的位置System.out.println(list.lastIndexOf("BB"));//1//6.Object remove(int index):移除指定index位置的元素,并返回此元素System.out.println(list);//[123, BB, AA, Person{name='Tom', age=12}, 1, 2, 3]System.out.println(list.remove(0));//123System.out.println(list);//[BB, AA, Person{name='Tom', age=12}, 1, 2, 3]//7.Object set(int index, Object ele):设置指定index位置的元素为elelist.set(1,"CC");System.out.println(list);//[BB, CC, Person{name='Tom', age=12}, 1, 2, 3]//8.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List subList = list.subList(2,4);System.out.println(subList);//[Person{name='Tom', age=12}, 1]
}
- 遍历的三种方式
@Test
public void test3(){ArrayList list = new ArrayList();list.add(123);list.add(456);list.add("AA");//方式一:Iterator迭代器方式Iterator iterator = list.iterator();while(iterator.hasNext()){System.out.println(iterator.next());}//方式二:增强for循环for(Object obj : list){System.out.println(obj);}//方式三:普通for循环for(int i = 0;i < list.size();i++){System.out.println(list.get(i));}
}
(三)实现类之一:ArrayList
ArrayList的三个构造方法:
(1)ArrayList()构造一个初始容量为 10 的空列表。
List<String> list1 = new ArrayList<>();
(2)ArrayList(int initialCapacity)构造一个具有指定初始容量的空列表。
List<String> list2 = new ArrayList<>(6);
(3)ArrayList(Collection<? extends E> c)构造一个包含指定 collection 的元素的列表,这些元素是按照该 collection 的迭代器返回它们的顺序排列的。
List<String> list3 = new ArrayList<>(list2);
- ArrayList是List接口的典型实现类、主要实现类
- 本质上,ArrayList是对象引用的一个”变长”数组
- Array Listi的JDK 1.8之前与之后的实现区别?
JDK 1.7:ArrayList像饿汉式,直接创建一个初始容量为10的数组
JDK 1.8:ArrayList像懒汉式,一开始创建一个长度为0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- 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
(四)实现类之一:LinkedList
- 对与对于频繁的插入和删除元素操作,建议使用LinkedList类,效率更高
- 新增方法:
void addFirst(Object obj),在链表头部插入一个元素
void addLast(Object obj),在链表尾部添加一个元素
Object getFirst(),获取第一个元素
Object getlast)(),获取最后一个元素
Object removeFirst(),删除头,获取元素并删除
Object removeLast()删除尾- Linkedlist:双向链表,内部没有声明数组,而是定义了Node类型的frst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:
prev变量记录前一个元素的位置
next变量记录下一个元素的位置- LinkedList 是非线程安全的,并发环境下,多个线程同时操作 LinkedList,会引发不可预知的错误
(五)实现类之一:Vector
- Vector是一个古老的集合,JDK 1.0就有了。大多数操作与ArrayList相同,区别在于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,所以尽量避免选择使用。
- JDK 7.0和JDK 8.0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。
四、Collection子接口:Set接口
(一)概述
- 概述
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。(多用于过滤操作,去掉重复数据)
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
常用类
|----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,对于频繁的遍历操作,LinkedHashSet效率高于HashSet.|----TreeSet:可以按照添加对象的指定属性,进行排序。
HashSet使用哈希表实现的,元素是无序的。添加、删除操作时间复杂度都是O(1)。
TreeSet内部结构是一个树结构(红黑树),元素是有序的,添加、删除操作时间复杂度为O(log(n)),并且提供了first(), last(), headSet(), tailSet()等方法来处理有序集合。
LinkedHashSet是介于HashSet 和 TreeSet之间,内部是一个双向链表结构,所以它的插入是有序的,时间复杂度是O(1)。
- 存储的数据特点:
用于存放无序的、不可重复的元素
以HashSet为例说明:
- 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。
- 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。
(二)Set接口常用方法
- 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。
(三)实现类之一:HashSet
概述:
- 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:
- 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nul
- 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(Object obj)方法,以实现对象相等规则。
元素添加过程:(难点)
我们向HashSet中添加元素a,首先调用元素a所在类的hashCode()方法,计算元素a的哈希值,此哈希值接着通过某种算法计算出在HashSet底层数组中的存放位置(即为:索引位置),判断数组此位置上是否已经有元素:
- 如果此位置上没有其他元素,则元素a添加成功。 —>情况1
- 如果此位置上有其他元素b(或以链表形式存在的多个元素),则比较元素a与元素b的hash值:
- 如果hash值不相同,则元素a添加成功。—>情况2
- 如果hash值相同,进而需要调用元素a所在类的equals()方法:
equals()返回true,元素a添加失败
equals()返回false,则元素a添加成功。—>情况3对于添加成功的情况2和情况3而言:元素a 与已经存在指定索引位置上数据以链表的方式存储。
JDK 7.0 和JDK 8.0 元素添加的区别:
- JDK 7.0 :元素a放到数组中,指向原来的元素。(头插法)
- JDK 8.0 :原来的元素在数组中,指向元素a。(尾插法)
(四)实现类之一:LinkedHashSet
- LinkedhashSet是HashSet的子类,是一个哈希表和链表的结合,且是一个双向链表。
- 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。(对于频繁的遍历操作,LinkedHashSet效率高于HashSet)
- LinkedhashSet不允许集合元素重复。
- 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,记录此数据前一个数据和后一个数据。
(五)实现类之一:TreeSet
- 继承结构与接口实现
与HashSet集合相比,TreeSet还提供了几个额外方法:
Comparator comparator():如果TreeSet采用了定制顺序,则该方法返回定制排序所使用的Comparator,如果TreeSet采用自然排序,则返回null;
Object first():返回集合中的第一个元素;
Object last():返回集合中的最后一个元素;
Object lower(Object e):返回指定元素之前的元素。
Object higher(Object e):返回指定元素之后的元素。
SortedSet subSet(Object fromElement,Object toElement):返回此Set的子集合,含头不含尾;
SortedSet headSet(Object toElement):返回此Set的子集,由小于toElement的元素组成;
SortedSet tailSet(Object fromElement):返回此Set的子集,由大于fromElement的元素组成;
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)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()方法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()方法
向TreeSet中添加的数据,要求是相同类的对象。
执行结果:会抛出一个异常:java.lang.ClassCastException: java.lang.Integer cannot be cast to java.lang.String
原因:向TreeSet中添加的数据,要求是相同类的对象两种排序方式
执行结果:java.lang.ClassCastException,出现了类型转换异常
原因:在于我们需要告诉TreeSet如何来进行比较元素,如果不指定,就会抛出这个异常
解决:
- 方法一:自然排序(实现Comparable接口)
指定比较的规则,在自定义类(Person)中实现Comparable接口,并重写接口中的compareTo方法
说明:
- 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unic!ode值来进行比较
- Boolean:true对应的包装类实例大于fase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 ob)方法比较应返回0。否则,让人难以理解。
注意:
- TreeSet会调用集合元素的compareTo(Objec obj)方法来比较元素之间的大小关系,obj1.compareTo(obj2)如果返回0表示两个对象相等;如果返回正整数则表明obj1大于obj2,如果是负整数则相反。
代码实例:
public class User implements Comparable{private String name;private int age;//按照姓名从大到小排列,年龄从小到大排列@Overridepublic int compareTo(Object o) {if(o instanceof User){User user = (User)o;int compare = -this.name.compareTo(user.name);if(compare != 0){return compare;}else{return Integer.compare(this.age,user.age);}}else{throw new RuntimeException("输入的类型不匹配");}}//其他代码省略
}
public class TreeSetTest {@Testpublic void test1(){TreeSet<User> set = new TreeSet<>();set.add(new User("Tom",12));set.add(new User("Jerry",32));set.add(new User("Jack",33));set.add(new User("Jack",56));System.out.println(set);//[User{name='Tom', age=12}, User{name='Jerry', age=32}, User{name='Jack', age=33}, User{name='Jack', age=56}]}
}
- 方法二:定制排序(Comparator)
说明:
- 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
代码实例:
@Test
public void test2(){//创建一个Comparator接口的对象Comparator com = new Comparator() {//按照年龄从小到大排列@Overridepublic int compare(Object o1, Object o2) {if(o1 instanceof User && o2 instanceof User){User u1 = (User)o1;User u2 = (User)o2;return Integer.compare(u1.getAge(),u2.getAge());}else{throw new RuntimeException("输入的数据类型不匹配");}}};//如果构造方法中没有参数,则按照自然排序的方式进行排序//否则按照定制排序TreeSet set = new TreeSet(com);set.add(new User("Tom",12));set.add(new User("Jerry",33));set.add(new User("Jack",33));//该对象插入失败,因为存在年龄相同的对象set.add(new User("Jack",56));System.out.println(set);//[User{name='Tom', age=12}, User{name='Jerry', age=33}, User{name='Jack', age=56}]
}
五、Map接口
(一)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hashCode()和 equals()方法
- 常用 String类作为Map的“键”
- 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
常见类结构:
|----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;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(注意t小写)|----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 (JDK 7.0及之前)数组+链表+红黑树 (JDK 8.0以后)
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
(二)Map接口常用方法
添加、删除、修改、查询方法:
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
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
@Test
public void test1(){Map map = new HashMap();//1.Object put(Object key,Object value):将指定key-value添加到(或修改)当前map对象中map.put("AA",11);map.put(45,34);map.put("BB",22);//如果有相同的key,则更新valuemap.put("AA",00);System.out.println(map);//{AA=0, BB=22, 45=34}//2.void putAll(Map m):将m中的所有key-value对存放到当前map中Map map1 = new HashMap();map1.put("CC",33); map1.put("DD",44);map.putAll(map1);System.out.println(map);//{AA=0, BB=22, CC=33, DD=44, 45=34}//3.Object remove(Object key):移除指定key的key-value对,并返回value;如果没有该key就返回nullObject value = map.remove("CC");System.out.println(value);//33//4.Object get(Object key):获取指定key对应的valueObject obj = map.get("AA");System.out.println(obj);//0//5.boolean containsKey(Object key):是否包含指定的keySystem.out.println(map.containsKey("AA"));//trueSystem.out.println(map.containsKey("EE"));//flase//6.boolean containsValue(Object value):是否包含指定的valueSystem.out.println(map.containsValue(22));//true//7.void clear():清空当前map中的所有数据map.clear();System.out.println(map.size());//0System.out.println(map);//{}//8.boolean isEmpty():判断当前map是否为空System.out.println(map.isEmpty());//true
}
元视图操作的方法:(Map的遍历)
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
@Test
public void test2(){Map map = new HashMap();map.put("AA",11);map.put("BB",22);map.put("CC",33);//方法一:Set keySet():返回所有key构成的Set集合Set set = map.keySet();Iterator iterator = set.iterator();while(iterator.hasNext()){Object obj = iterator.next();System.out.println(obj+"="+map.get(obj));//通过key来找到value}//方法二:Collection values():返回所有value构成的Collection集合,遍历valueCollection values = map.values();for(Object obj : values){System.out.println(obj);}//方法三:Set entrySet():返回所有key-value对构成的Set集合,集合中的每个元素是Entry类型Set entrySet = map.entrySet();Iterator iterators = entrySet.iterator();while(iterators.hasNext()){Object obj = iterators.next();Map.Entry entry = (Map.Entry)obj;System.out.println(entry.getKey()+"="+entry.getValue());}//方法四:加强for循环for(Map.Entry<String,Object> entry : map.entrySet()){String mapKey = entry.getKey();Object mapValue = entry.getValue();System.out.println(mapKey+":"+mapValue);}}
(三)实现类之一:HashMap
元素添加过程简要说明:
HashMap的底层实现原理?以jdk7为例说明:
1.HashMap map = new HashMap():
2.在实例化以后,底层创建了长度是16的一维数组Entry[] table。
3.map.put(key1,value1):(可能已经执行过多次put)
4.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。1)如果此位置上的数据为空,此时的key1-value1添加成功。 ----情况1
2)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:①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
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。
HashMap的扩容:(jdk7)
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,并将原有的数据复制过来。
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,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。HashMap扩容时机:(jdk7)
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)* 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。也就是说,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16 * 0.75=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2 * 16=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。
HashMap在JDK 8.0底层实现原理:
HashMap添加元素的过程:(jdk8)
当实例化一个HashMap时,会初始化 initialCapacity和loadFactor,在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Noe对象可以带个引用变量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Tree node对象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。HashMap的扩容机制:(jdk8)
当HashMapl中的其中一个链的对象个数没有达到8个和JDK 7.0以前的扩容方式一样。
当HashMapl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 Tree Node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。jdk8 相较于jdk7在底层实现方面的不同:
1.new HashMap():底层没有创建一个长度为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底层结构只有:数组+链表。jdk8中底层结构:数组+链表+红黑树。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)
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。(方便查找)
HashMap底层典型属性的说明:
DEFAULT_INITIAL_CAPACITY : HashMap的默认容量,16
DEFAULT_LOAD_FACTOR:HashMap的默认加载因子:0.75
threshold:扩容的临界值,= 容量*填充因子:16 * 0.75 => 12
TREEIFY_THRESHOLD:Bucket中链表长度大于该默认值,转化为红黑树:JDK 8.0引入
MIN_TREEIFY_CAPACITY:桶中的Node被树化时最小的hash表容量:64
(四)实现类之一:LinkedHashMap
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.
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
(五)实现类之一:TreeMap
1.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。
2.TreeSet底层使用红黑树结构存储数据
3.TreeMap的Key的排序:
- 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()
- 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:
class User implements Comparable{String name;int age;public User() {}public User(String name, int age) {this.name = name;this.age = age;}@Overridepublic String toString() {return "User{" +"name='" + name + '\'' +", age=" + age +'}';}//按照姓名从大到小排列,年龄从小到大排列@Overridepublic int compareTo(Object o) {if(o instanceof User){User user = (User)o;int compare = -this.name.compareTo(user.name);if(compare == 0){// return this.age-user.age;return Integer.compare(this.age,user.age);}else{return compare;}}throw new RuntimeException("输入的类型不匹配");}}
public class TreeMapTest {//方式二:自然排序@Testpublic void test1() {TreeMap map = new TreeMap();User u1 = new User("Tom",23);User u2 = new User("Jerry",32);User u3 = new User("Tom",20);User u4 = new User("Rose",18);map.put(u1,98);map.put(u2,89);map.put(u3,76);map.put(u4,100);System.out.println(map);}//方式一:定制排序@Testpublic void test2(){Comparator com = new Comparator(){//按照年龄升序排序@Overridepublic int compare(Object o1, Object o2) {if(o1 instanceof User && o2 instanceof User){User user1 = (User)o1;User user2 = (User)o2;return Integer.compare(user1.age,user2.age);}throw new RuntimeException("输入类型不匹配");}};TreeMap map = new TreeMap(com);User u1 = new User("Tom",23);User u2 = new User("Jerry",32);User u3 = new User("Tom",20);User u4 = new User("Rose",18);map.put(u1,98);map.put(u2,89);map.put(u3,76);map.put(u4,100);System.out.println(map);}
}
(六)使用Properties读取配置文件
Hashtable的介绍:
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.
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-致.
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
代码实例:
public class PropertiesTest {public static void main(String[] args) {FileInputStream fis = null;try {Properties pros = new Properties();fis = new FileInputStream("jdbc.properties");pros.load(fis);//加载流对应的文件String name = pros.getProperty("name");String password = pros.getProperty("password");System.out.println("name = " + name + ", password = " + password);//name = Tom, password = 123} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {if(fis != null){try {fis.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}}
}
出现中文乱码的解决办法:
使用Classloader加载src目录下的配置文件
//Properties:用来读取配置文件
@Test
public void test2() throws Exception {Properties pro = new Properties();//读取配置文件方式一:此时的文件默认在当前的module下
// FileInputStream fis1 = new FileInputStream(new File("jdbc1.properties"));
// pro.load(fis1);//读取配置文件方式二:使用ClassLoader//配置文件默认识别为:当前module的src下ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();//获取系统类加载器InputStream fis2 = classLoader.getResourceAsStream("jdbc1.properties");pro.load(fis2);String user = pro.getProperty("user");String password = pro.getProperty("password");System.out.println("user="+user+",password="+password);
}
六、Collections工具类的使用
1. 作用:
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、査询和修改等操作,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
常用方法:
排序操作:reverse(List):反转 List 中元素的顺序shuffle(List):对 List 集合元素进行随机排序sort(List):根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素按升序排序sort(List,Comparator):根据指定的 Comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序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、替换操作:
Object max(Collection):根据元素的自然顺序,返回给定集合中的最大元素Object max(Collection,Comparator):根据 Comparator 指定的顺序,返回给定集合中的最大元素Object min(Collection)Object min(Collection,Comparator)int frequency(Collection,Object):返回指定集合中指定元素的出现次数void copy(List dest,List src):将src中的内容复制到dest中boolean replaceAll(List list,Object oldVal,Object newVal):使用新值替换 List 对象的所有旧值
代码实例:
@Test
public void test1(){List list = new ArrayList();list.add(123);list.add(43);list.add(43);list.add(-97);list.add(0);System.out.println(list);//[123, 43, 43, -97, 0]//1.reverse(List):反转 List 中元素的顺序Collections.reverse(list);System.out.println(list);//[0, -97, 43, 43, 123]//2.shuffle(List):对 List 集合元素进行随机排序Collections.shuffle(list);System.out.println(list);//[123, -97, 43, 0, 43]//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Collections.sort(list);System.out.println(list);//[-97, 0, 43, 43, 123]//4.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Collections.swap(list,0,1);System.out.println(list);//[0, -97, 43, 43, 123]//5.int frequency(Collection,Object):返回指定集合中指定元素的出现次数int frequency = Collections.frequency(list, 43);System.out.println(frequency);//2//6.void copy(List dest,List src):将src中的内容复制到dest中/*//报异常java.lang.IndexOutOfBoundsException: Source does not fit in destList dest = new ArrayList();Collections.copy(dest,list);*///正确做法:List dest = Arrays.asList(new Object[list.size()]);Collections.copy(dest,list);System.out.println(dest);//[0, -97, 43, 43, 123]//7.boolean replaceAll(List list,Object oldVal,Object newVal):使用新值替换 List 对象的所有旧值
}
- 同步控制
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
代码实例:
@Test
public void test3(){List list = new ArrayList();list.add(123);list.add(43);list.add(43);list.add(-97);list.add(0);//返回的list1即为线程安全的ListList list1 = Collections.synchronizedList(list);
}
七、面试题
- 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:
二者都线程不安全,相比线程安全的 Vector,ArrayList执行效率高。 此外,ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构,Linkedlist基于链表的数据结构。对于随机访问get和set,ArrayList觉得优于Linkedlist,因为Linkedlist要移动指针。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:
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。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。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.
- 区分List中remove(int index)和remove(Object obj)
@Test
public void testListRemove() {//区分List中remove(int index)和remove(Object obj)List list = new ArrayList();list.add(1);list.add(2);list.add(3);list.remove(2);//移除index为2的对象System.out.println(list);//[1, 2]list.remove(new Integer(2));//移除值为2的对象System.out.println(list);//[1]
}
集合Collection中存储的如果是自定义类的对象,需要自定义类重写哪个方法?
List:equals()方法,add()方法不需要调用equals(),主要用于contains()/remove()/retainsAll()...等方法。Set: (HashSet、LinkedHashSet):equals()、hashCode()(TreeSet):comparable:compareTo(Object obj):comparator:compare(Object o1,Object o2)
关于hashSet()存储相关的代码分析
@Test
public void test2(){HashSet set = new HashSet();Person p1 = new Person(1001,"AA");set.add(p1);p1.name = "CC";set.remove(p1);//此时p1的hashCode()已经变了,移除失败System.out.println(set);//[Person{id=1001, name='CC'}]set.add(new Person(1001,"CC"));//新对象和p1的hashCode()不同,添加成功(但它们equals相同)System.out.println(set);//[Person{id=1001, name='CC'}, Person{id=1001, name='CC'}]set.add(new Person(1001,"AA"));//新对象和p1的hashCode()相同,但equals不同,添加成功System.out.println(set);//[Person{id=1001, name='CC'}, Person{id=1001, name='CC'}, Person{id=1001, name='AA'}]
}
- 载因子值的大小,对HashMap的影响?
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,造成査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。
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