Java中Collection接口

Collection接口

Collection集合框架的层次结构

graph TDA[Collection接口] --> B(List接口)A --> C(Set接口)A --> D(Iterator接口)B --> E(ListIterator接口)D --> EB --> F(ArrayList)B --> G(LinkedList)B --> H(Vector)C --> I(HashSet)C --> J(TreeSet)H --> K(Stack)

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List 有序集合，允许相同元素和null
- LinkedList 非同步，允许相同元素和null，遍历效率低插入和删除效率高
- ArrayList 非同步，允许相同元素和null，实现了动态大小的数组，遍历效率高，用的多
- Vector 同步，允许相同元素和null，效率低
  - Stack 继承自Vetor，实现一个后进先出的堆栈
Set 无序集合，不允许相同元素，最多有一个null元素
- HashSet 无序集合，不允许相同元素，最多有一个null元素
- TreeSet 有序集合，不允许相同元素，最多有一个null元素

Map接口

graph TDA[Map接口] --> B(HashMap)A --> C(HashTable)A --> D(TreeMap)

Map 没有实现Collection接口，key不能重复，value可以重复，一个key映射一个value
- Hashtable 实现Map接口，同步，不允许null作为key和value，用自定义的类当做key的话要重写hashCode和equals
- HashMap 实现Map接口，非同步，允许null作为key和value，用的多
- TreeMap 实现Map接口，非同步
- WeakHashMap 实现Map接口

Collection接口

Collection是最基本的集合接口，一个Collection代表一组Object即Collection元素（Elements）
由Collection接口派生的两个接口是List和Set
List接口
1. List是有序的Collection，使用此接口能够精确的控制每个元素的插入位置，用户能够使用索引来访问List中的元素，类似于Java的数组
LinkeList类
1. LinkedList实现了List接口，允许null元素，LinkenList底层才用了双向链表来存储数据，每个存储着上一个节点和下一个节点的地址以及本节点的数据。
2. LinkedList没有同步方法。如果多线程同时访问一个List，则必须自己实现访问同步，解决方法是在创建List时构造一个同步的List
3. 查询效率低，删除新增效率高
4. 双向链表存储

List<Object> list1 = Collections.synchronizedList(new LinkedList<>());

ArrayList类
1. ArrayList实现了可变大小的数组。它允许所有元素，包括null。ArrayList底层采用动态数组的存储方式，便利效率非常高，ArrayList是线程不安全的。
2. 线性存储
3. 查询效率高，新删效率低
Vector类
1. Vector非常类似ArrayList，但是Vector是同步的
Stack类
1. Stack继承自Vector，实现一个后进后出的堆栈
2. Stack刚创建后是空栈
Set接口
1. Set是一种无序的并且不包含重复的元素的Collection，用equals判断是否相同
2. Set最多有一个null元素
HashSet类
1. HashSet是哈希表实现的，HashSet中的数据是无序的，可以放入null，当只能放入一个null
2. HashSet存的数据不能重复
3. HashSet要求放入的对象必须实现HashCode()方法，放入的对象，是以hashcode码作为标识的，而具有相同内容的String对象，hashcode是一样，所以放入的内容不能重复。但是同一个类的对象可以放入不同的实例。
4. 哈希值散列存储
TreeSet
1. 自然循序排序，二叉树结构存储
ArrayList和LindedList的区别：
1. 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。
2. 对于随机访问get和set，ArrayList觉得优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针。
3. 对于新增和删除操作add和remove，LinedList比较占优势，因为ArrayList要移动数据。

Map接口

Map没有继承Collection接口，Map提供key到value的映射
一个Map中不能包含相同的key，每个key只能映射value
Map接口提供3种集合的视图，Map的内容可以被当做一组key集合，一组value集合，或者一组key映射
Hashtable类
1. Hashtable继承Map接口，实现一个key-value映射的哈希表
2. 任何非空（non-null）的对象都可作为key或者value
3. Hashtable是同步的
HashMap类
1. HashMap和Hashtable类似，不同之处在于HashMap是非同步的，并且允许null，即null value和null key
WeakHashMap类
1. WeakHashMap是一种改进的HashMap，它对key实行“弱引用”，如果一个key不再被外部所引用，那么该key可以被GC回收。

集合操作工具类

jdk提供了一个集合操作工具类，包含了一组静态的方法，实现了对集合进行查询，排序，拷贝等操作

//创建一个集合保存20个随机整数
List<Integer> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 20; i++) {list.add(new Random().nextInt(100));
}
System.out.print("排序前的数据：");
for (Integer i : list) {System.out.print(i+"\t");
}
Collections.sort(list);//使用工具类进行排序 --是升序排序
Collections.reverse(list);//使用工具类对集合进行反向存储
System.out.println();
System.out.print("排序后的数据：");
for (Integer i : list) {System.out.print(i+"\t");
}
System.out.println();
System.out.println("集合中最大值为："+Collections.max(list));
System.out.println("集合中最小值为："+Collections.min(list));

List集合

List集合保存的数据有顺序的
List集合保存的数据可能有重复保存，有重复
ArrayList类实现的集合是一个数组列表，在内存存储时是连续存放的，具有很高的查询性能Vector类的功能与ArrayList一致，在内存存储时是连续存放的，具有很高的查询性能
ArrayList是线程不安全的，Vector是线程安全的，ArrayList的效率高于Vector，Vector的安全性高于ArrayList
List集合默认保存Object类型的数据
新增集合中的数据：存放数据，保存数据没有做数据类型的检查
同一对象可以保存两次

Set散列结合

Set集合保存的数据是唯一的，不会重复的
Set集合保存的数据是无序的（不会根据添加数据的先后顺序进行保存，取数据也不会按照添加的先后顺序进行获取）
HashSet类在新增数据时效率很高，查询效率没有List集合高
TreeSet类实现了一个SortedSet接口，使用树形结构实现了可排序的集合
HashSet具有较高的新增性能，TreeSet具有较高的查询性能

//使用Set集合，生成1-25之内，不重复的7个随机整数
//Set<Integer>泛型编程，泛型集合
//泛型集合在定义变量时，使用尖括号声明要保存的数据的具体类型（泛型）
Set<Integer> set = new HashSet<>();
while(true) {//集合不能保存基本数据类型，当保存基本数据类型到集合中时，会进行自动装箱成Interger对象set.add(new Random().nextInt(25)+1);//随机生成的数据可能有重复，相同的数据不会重复添加到set集合中if (set.size()>6) break;
}
for (Integer i : set) {//定义集合时使用了泛型集合，即声明了要保存的数据类型，取数据时可以直接获取目标类型的数据System.out.print(i+"\t");
}

链表集合

链表集合的元素有三个信息构成：它会保存前后数据的信息（地址），具有很高的修改性能
链表结构在存储信息时不一定是连续存放的，查询效率没有ArrayList高
LinkeList类实现了链表结构

队列集合

队列结构具有先进先出，后进后出的特点
Queue接口和Deque接口决定了队列的操作
LinkedList类实现了队列接口，可以按照队列的操作进行保存
addFirst，addLast

//队列结构
Deque<String> deque = new LinkedList<>();
//数据新增
deque.add("第一条数据");//添加一条数据到队列的尾部
deque.addLast("第二条数据");//添加一条数据到队列的尾部
deque.addFirst("第三条数据");//双端队列可以添加数据到队列的头部
//查询数据
System.out.println("队列集合的长度为："+deque.size());//输出的结果为3
System.out.println(deque.getLast());//双端队列可以从尾部读取数据，输出结果为第二条数据
System.out.println(deque.element());//从头部取出数据不删除，输出的结果为第三条数据
System.out.println(deque.removeLast());//从尾部取出数据并删除，输出结果为第二条数据
System.out.println("队列集合的长度为："+deque.size());//输出的结果为2

栈集合

栈结构具有先进后出，后进先出的特点
Stack类实现了栈结构
push压栈，pop去除栈顶数据并将其移出，peek取出数据并移出

//栈结构
Stack<String> stack = new Stack<>();
//新增-压栈
stack.push("第一条数据");//压栈是存储一个数据到当前数据栈的栈顶（坑的最上面）
stack.push("第二条数据");
stack.push("第三条数据");
//取数据-弹栈
System.out.println("栈集合的长度为："+stack.size());//输出的结果为3
System.out.println(stack.peek());//返回栈顶的数据，不移出数据，输出结果为第三条数据
System.out.println(stack.pop());//返回栈顶的数据并移出，输出结果为第三条数据
System.out.println("栈集合的长度为："+stack.size());//输出的结果为2
stack.remove(stack.pop());//remove方法不是栈的操作方法，而是Collection集合的方法
System.out.println("栈集合的长度为："+stack.size());//输出的结果为1

Map映射结构集合

当有两个数据需要管理才有具体意义时，可以使用Map集合
即Map集合用于存放有关联关系的两个数据，两个数据合成一个Map元素
Map接口有两个常用的：HashMap和HashTable
HashMap线程不安全，效率更高，HashTable线程安全，效率较低
HashMap可以用null作key和value，HashTable不允许

Map<String, Double> map = new HashMap<>();
map.put("No1", 88.0);//自动装箱，需要数据类型匹配才能装箱
map.put("No2", 66.0);
//集合的遍历
//map结合的遍历一般包含两个步骤
//1. 是对key的遍历，通过对key进行遍历找出所有的key
//2. 遍历后，根据每一个可以获取key对应的值
Set<String> keys = map.keySet();//keySet方法获取所有的key
Iterator<String> iterator = keys.iterator();//本例使用迭代接口进行迭代
while(iterator.hasNext()) {String key = iterator.next();//循环迭代每一个keyDouble score = map.get(key);//Map集合有个get方法，可以根据key根据key获取相应的value值System.out.println(key+"\t"+score.doubleValue());//遍历输出所有数据
}//删除数据，根据key就可以删除
map.remove("No1");//修改数据，根据key调用Map类的put进行替换修改
map.put("No2", 100.0);

集合类的选择

Set内存放的元素不允许重复，List存放的元素有一定的顺序
Map的应用主要在利用键/值进行快速查询
ArrayList和LinkedList的区别在于随机查询性能上ArrayList要好，但LinkedList的中间元素的插入与删除性能好
HashSet和TreeSet的区别在于集合内元素是否排序

集合中的异常

ClassCastException 在集合中取得元素对象在进行类型转换的时候类型不匹配
UnsupportedOperationException 当底层实现没有实现上层的相关方法的时候由Collection抛出该异常
ConcurrentModificationException 当采用Iterator遍历集合时，如果此时集合中的元素被改变则Iterator遍历抛出此异常
IndexOutOfBoundsException 集合中元素引用的索引值超出界限(<0或>size())
NoSuchElementException LinkedList中getLast，getFirst等方法取元素的时候List为空

泛型

泛型的语法：Collection coll = new ArrayList(); jdk6
Collection coll = new ArrayList(); jdk7

为什么要使用泛型？

为了实现在保存数据时，进行类型的检查，获取数据时不用进行类型的检查。
在保存数据时由编译器进行语法检查，如果类型不匹配则无法通过编译
一个集合一般只保存一种数据类型
定义一个集合，用于保存一组小鸟的信息
泛型集合可以在保存时做类型检查，避免集合中出现无效的数据
使用了泛型集合后，取数据时可以不做类型的检查

2. 请介绍一下List和ArrayList的区别，ArrayList和HashSet的区别

List是接口，ArrayList是实现该接口的类
ArrayList底层是动态数组，有序且可重复
而HashSet是实现了Set接口底层是HashMap不能重复且无序
ArrayList初始大小为10，增长算法为1.
简单的说ArrayList是有序可重复，HashSet是无序不可重复

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Map接口

Collection接口

List接口

LinkeList类

ArrayList类

Vector类

Stack类

Set接口

HashSet类

TreeSet

ArrayList和LindedList的区别：

Map接口

Hashtable类

HashMap类

WeakHashMap类

集合操作工具类

List集合

Set散列结合

链表集合

队列集合

栈集合

Map映射结构集合

集合类的选择

集合中的异常

泛型

为什么要使用泛型？

2. 请介绍一下List和ArrayList的区别，ArrayList和HashSet的区别

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