Java集合中List,Set以及Map等集合体系详解(史上最全)
原博文: https://blog.csdn.net/zhangqunshuai/article/details/80660974
概述:
- List , Set, Map都是接口,前两个继承至Collection接口,Map为独立接口
- Set下有HashSet,LinkedHashSet,TreeSet
- List下有ArrayList,Vector,LinkedList
- Map下有Hashtable,LinkedHashMap,HashMap,TreeMap
- Collection接口下还有个Queue接口,有PriorityQueue类
注意:
- Queue接口与List、Set同一级别,都是继承了Collection接口。
看图你会发现,LinkedList既可以实现Queue接口,也可以实现List接口.只不过呢, LinkedList实现了Queue接口。Queue接口窄化了对LinkedList的方法的访问权限(即在方法中的参数类型如果是Queue时,就完全只能访问Queue接口所定义的方法 了,而不能直接访问 LinkedList的非Queue的方法),以使得只有恰当的方法才可以使用。
- SortedSet是个接口,它里面的(只有TreeSet这一个实现可用)中的元素一定是有序的。
总结:
Connection接口:
优点: 底层数据结构是数组,查询快,增删慢。
缺点: 线程不安全,效率高
优点: 底层数据结构是数组,查询快,增删慢。
缺点: 线程安全,效率低
优点: 底层数据结构是链表,查询慢,增删快。
缺点: 线程不安全,效率高
底层数据结构是哈希表。(无序,唯一)
如何来保证元素唯一性?
1.依赖两个方法:hashCode()和equals()
底层数据结构是链表和哈希表。(FIFO插入有序,唯一)
1.由链表保证元素有序
2.由哈希表保证元素唯一
底层数据结构是红黑树。(唯一,有序)
1. 如何保证元素排序的呢?
自然排序
比较器排序
2.如何保证元素唯一性的呢?
根据比较的返回值是否是0来决定
唯一吗?
是:Set
排序吗?
是:TreeSet或LinkedHashSet
否:HashSet
如果你知道是Set,但是不知道是哪个Set,就用HashSet。
否:List
要安全吗?
是:Vector
否:ArrayList或者LinkedList查询多:ArrayList
增删多:LinkedList
如果你知道是List,但是不知道是哪个List,就用ArrayList。
如果你知道是Collection集合,但是不知道使用谁,就用ArrayList。
如果你知道用集合,就用ArrayList。
说完了Collection,来简单说一下Map.
Map接口:
上图:
Map接口有三个比较重要的实现类,分别是HashMap、TreeMap和HashTable。
- TreeMap是有序的,HashMap和HashTable是无序的。
- Hashtable的方法是同步的,HashMap的方法不是同步的。这是两者最主要的区别。
这就意味着:
- Hashtable是线程安全的,HashMap不是线程安全的。
- HashMap效率较高,Hashtable效率较低。
如果对同步性或与遗留代码的兼容性没有任何要求,建议使用HashMap。 查看Hashtable的源代码就可以发现,除构造函数外,Hashtable的所有 public 方法声明中都有 synchronized关键字,而HashMap的源码中则没有。
- Hashtable不允许null值,HashMap允许null值(key和value都允许)
- 父类不同:Hashtable的父类是Dictionary,HashMap的父类是AbstractMap
重点问题重点分析:
(一).TreeSet, LinkedHashSet and HashSet 的区别
1. 介绍
- TreeSet, LinkedHashSet and HashSet 在java中都是实现Set的数据结构
- TreeSet的主要功能用于排序
- LinkedHashSet的主要功能用于保证FIFO即有序的集合(先进先出)
- HashSet只是通用的存储数据的集合
2. 相同点
- Duplicates elements: 因为三者都实现Set interface,所以三者都不包含duplicate elements
- Thread safety: 三者都不是线程安全的,如果要使用线程安全可以Collections.synchronizedSet()
3. 不同点
Performance and Speed: HashSet插入数据最快,其次LinkHashSet,最慢的是TreeSet因为内部实现排序
- Ordering: HashSet不保证有序,LinkHashSet保证FIFO即按插入顺序排序,TreeSet安装内部实现排序,也可以自定义排序规则
- null:HashSet和LinkHashSet允许存在null数据,但是TreeSet中插入null数据时会报NullPointerException
4. 代码比较
public static void main(String args[]) {HashSet<String> hashSet = new HashSet<>();LinkedHashSet<String> linkedHashSet = new LinkedHashSet<>();TreeSet<String> treeSet = new TreeSet<>();for (String data : Arrays.asList("B", "E", "D", "C", "A")) {hashSet.add(data);linkedHashSet.add(data);treeSet.add(data);}//不保证有序System.out.println("Ordering in HashSet :" + hashSet);//FIFO保证安装插入顺序排序System.out.println("Order of element in LinkedHashSet :" + linkedHashSet);//内部实现排序System.out.println("Order of objects in TreeSet :" + treeSet);}
运行结果:
Ordering in HashSet :[A, B, C, D, E] (无顺序)
Order of element in LinkedHashSet :[B, E, D, C, A] (FIFO插入有序)
Order of objects in TreeSet :[A, B, C, D, E] (排序)
(二).TreeSet的两种排序方式比较
1.排序的引入(以基本数据类型的排序为例)
由于TreeSet可以实现对元素按照某种规则进行排序,例如下面的例子
public class MyClass {public static void main(String[] args) {// 创建集合对象// 自然顺序进行排序TreeSet<Integer> ts = new TreeSet<Integer>();// 创建元素并添加// 20,18,23,22,17,24,19,18,24ts.add(20);ts.add(18);ts.add(23);ts.add(22);ts.add(17);ts.add(24);ts.add(19);ts.add(18);ts.add(24);// 遍历for (Integer i : ts) {System.out.println(i);}}
}
运行结果:
17
18
19
20
22
23
24
2.如果是引用数据类型呢,比如自定义对象,又该如何排序呢?
测试类:
public class MyClass {public static void main(String[] args) {TreeSet<Student> ts=new TreeSet<Student>();//创建元素对象Student s1=new Student("zhangsan",20);Student s2=new Student("lis",22);Student s3=new Student("wangwu",24);Student s4=new Student("chenliu",26);Student s5=new Student("zhangsan",22);Student s6=new Student("qianqi",24);//将元素对象添加到集合对象中ts.add(s1);ts.add(s2);ts.add(s3);ts.add(s4);ts.add(s5);ts.add(s6);//遍历for(Student s:ts){System.out.println(s.getName()+"-----------"+s.getAge());}}
}
Student.java:
public class Student {private String name;private int age;public Student() {super();// TODO Auto-generated constructor stub}public Student(String name, int age) {super();this.name = name;this.age = age;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public int getAge() {return age;}public void setAge(int age) {this.age = age;}
}
结果报错:
原因分析:
由于不知道该安照那一中排序方式排序,所以会报错。
解决方法:
1.自然排序
2.比较器排序
(1).自然排序
自然排序要进行一下操作:
1.Student类中实现 Comparable接口
2.重写Comparable接口中的Compareto方法
compareTo(T o) 比较此对象与指定对象的顺序。
public class Student implements Comparable<Student>{private String name;private int age;public Student() {super();// TODO Auto-generated constructor stub}public Student(String name, int age) {super();this.name = name;this.age = age;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public int getAge() {return age;}public void setAge(int age) {this.age = age;}@Overridepublic int compareTo(Student s) {//return -1; //-1表示放在红黑树的左边,即逆序输出//return 1; //1表示放在红黑树的右边,即顺序输出//return o; //表示元素相同,仅存放第一个元素//主要条件 姓名的长度,如果姓名长度小的就放在左子树,否则放在右子树int num=this.name.length()-s.name.length();//姓名的长度相同,不代表内容相同,如果按字典顺序此 String 对象位于参数字符串之前,则比较结果为一个负整数。//如果按字典顺序此 String 对象位于参数字符串之后,则比较结果为一个正整数。//如果这两个字符串相等,则结果为 0int num1=num==0?this.name.compareTo(s.name):num;//姓名的长度和内容相同,不代表年龄相同,所以还要判断年龄int num2=num1==0?this.age-s.age:num1;return num2;}
}
运行结果:
lis-----------22
qianqi-----------24
wangwu-----------24
chenliu-----------26
zhangsan-----------20
zhangsan-----------22
(2).比较器排序
比较器排序步骤:
1.单独创建一个比较类,这里以MyComparator为例,并且要让其继承Comparator接口
2.重写Comparator接口中的Compare方法
compare(T o1,T o2) 比较用来排序的两个参数。
3.在主类中使用下面的 构造方法
TreeSet(Comparator<? superE> comparator)构造一个新的空 TreeSet,它根据指定比较器进行排序。
测试类:
public class MyClass {public static void main(String[] args) {//创建集合对象//TreeSet(Comparator<? super E> comparator) 构造一个新的空 TreeSet,它根据指定比较器进行排序。TreeSet<Student> ts=new TreeSet<Student>(new MyComparator());//创建元素对象Student s1=new Student("zhangsan",20);Student s2=new Student("lis",22);Student s3=new Student("wangwu",24);Student s4=new Student("chenliu",26);Student s5=new Student("zhangsan",22);Student s6=new Student("qianqi",24);//将元素对象添加到集合对象中ts.add(s1);ts.add(s2);ts.add(s3);ts.add(s4);ts.add(s5);ts.add(s6);//遍历for(Student s:ts){System.out.println(s.getName()+"-----------"+s.getAge());}}
}
Student.java:
public class Student {private String name;private int age;public Student() {super();// TODO Auto-generated constructor stub}public Student(String name, int age) {super();this.name = name;this.age = age;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public int getAge() {return age;}public void setAge(int age) {this.age = age;}
}
MyComparator类:
public class MyComparator implements Comparator<Student> {@Overridepublic int compare(Student s1,Student s2) {// 姓名长度int num = s1.getName().length() - s2.getName().length();// 姓名内容int num2 = num == 0 ? s1.getName().compareTo(s2.getName()) : num;// 年龄int num3 = num2 == 0 ? s1.getAge() - s2.getAge() : num2;return num3;}
}
运行结果:
lis-----------22
qianqi-----------24
wangwu-----------24
chenliu-----------26
zhangsan-----------20
zhangsan-----------22
(三). 性能测试
对象类:
class Dog implements Comparable<Dog> {int size;public Dog(int s) {size = s;}public String toString() {return size + "";}@Overridepublic int compareTo(Dog o) {//数值大小比较return size - o.size;}
}
主类:
public class MyClass {public static void main(String[] args) {Random r = new Random();HashSet<Dog> hashSet = new HashSet<Dog>();TreeSet<Dog> treeSet = new TreeSet<Dog>();LinkedHashSet<Dog> linkedSet = new LinkedHashSet<Dog>();// start timelong startTime = System.nanoTime();for (int i = 0; i < 1000; i++) {int x = r.nextInt(1000 - 10) + 10;hashSet.add(new Dog(x));}// end timelong endTime = System.nanoTime();long duration = endTime - startTime;System.out.println("HashSet: " + duration);// start timestartTime = System.nanoTime();for (int i = 0; i < 1000; i++) {int x = r.nextInt(1000 - 10) + 10;treeSet.add(new Dog(x));}// end timeendTime = System.nanoTime();duration = endTime - startTime;System.out.println("TreeSet: " + duration);// start timestartTime = System.nanoTime();for (int i = 0; i < 1000; i++) {int x = r.nextInt(1000 - 10) + 10;linkedSet.add(new Dog(x));}// end timeendTime = System.nanoTime();duration = endTime - startTime;System.out.println("LinkedHashSet: " + duration);}
}
运行结果:
HashSet: 1544313
TreeSet: 2066049
LinkedHashSet: 629826
虽然测试不够准确,但能反映得出,TreeSet要慢得多,因为它是有序的。
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