java集合框架 1.集合框架的由来 1.1什么是集合框架？ 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。任何集合框架都包含三大块内容：对外的接口、接口的实现和对集合运算的算法. 1.2为什么要有集合框架？ 其实在java2之前，java是没有完整的集合框架的，只有一些简答的容器类比如Vector类、Stack类，HashTable类等等。容器类就是用来存储数据。这里数据只能是引用类型的数据，当然，一说到存储数据很快我们会想到数组，数组是可以存储相同类型，可以是基本类型，也可以是引用类型。 数组也存在很多的弊端： 数组一旦初始化，长度是固定的，不能再改变了。 每次使用都得编写操作数组的方法，体现不了java的封装思想。 java把集合框架的类和接口都放在了java.util包中 2.集合体系 3.List接口 Collection是存储数据的容器。 常用操作方法 增加: boolean add(Object e) 将指定元素添加到此向量的末尾,等价于addElement方法。 void add(int index, Object element) 在此向量的指定位置插入指定的元素。 boolean addAll(Collection c) :把c集合中的元素添加到当前集合对象中. 删除: Object remove(int index) :删除指定索引位置的元素,并返回删除之后的元素. boolean remove(Object o):删除指定的元素. boolean removeAll(Collection c):从此集合中移除包含在指定 集合c中的所有元素。 boolean retainAll(Collection c):在此集合中仅保留包含在指定 集合c中的元素,求两个集合的交集。 修改: Object set(int index, Object element) :修改当前集合中指定索引位置的元素. 返回被替换的旧的元素. 查询: int size() :返回当前集合中存储几个元素. boolean isEmpty():判断当前集合中元素个数是否为0. Object get(int index):查询指定索引位置的元素. Object[] toArray():把集合对象转换为Object数组. 3.1Vector类 集合框架出现之前，有一个容器类就是Vector类，Vector类的底层其实就是一个Object数组 protected Object [] elementData; Vector类现在已经基本上被ArrayList取代了 3.1.1Vector类的存储原理 底层是一个Object类型的数组，所以可以存储任意类型的对象，注意：集合中只能存储对象，不能存储基本类型的数据。但是java5之后支持了自动装箱操作，可以基本类型的值自动装箱为包装类型，但也存储的是对象. 集合中存储的对象,都是存储的是对象的引用,并不是对象的本身.如下: Vector v2 = new Vector(); StringBuilder sb = new StringBuilder("SSSS"); v2.add(sb);//集合类中存储的对象，存储的是对象的引用，并不是存储的值 System.out.println(v2);//SSSS sb.append(222); System.out.println(v2);//SSSS222 3.2Stack类 Stack是数据结构的一种，先进先出原则，Stack类继承于Vector类，底层可以用数组存储，也可以用链表来存储，官方建议使用ArrayQueue Deque 接口及其实现提供了 LIFO 堆栈操作的更完整和更一致的 set，应该优先使用此 set，而非此类。例如： Deque stack = new ArrayDeque(); 3.3ArrayList类 ArrayList类是Java集合框架出现之后用来取代Vector类的。二者底层原理都是基于数组的算法,一模一样. 区别 Vector: 所有的方法都使用了synchronized修饰符. 线程安全但是性能较低. 适用于多线程环境. ArrayList:所有的方法都没有使用synchronized修饰符. 线程不安全但是性能较高. 即使以后在多线程环境下,我们也不使用Vector类: ArrayList list = Collections.synchronizedList(new ArrayList(...)); 在Java7之前,即使使用new ArrayList创建对象,一个元素都不存储,但是在堆空间依然初始化了长度位10的Object数组,没必要. 从Java7开始优化这个设计,new ArrayList,其实底层创建的使用一个空数组. Object [] elementData = new Object[]{}; 在第一次调用add方法的时候,才会重新去初始化数组. 3.4 LinkedList类 LinkedList类是双向链表，单向链表双向队列和栈 的实现类 优势：无论是链表还是队列，它们都擅长操作头和尾，所以在LinkedList中的大多数方法都是xxFirst() 看API会发现，LinkedList中依然存在get(int index)方法，也就是根据索引来确定存储的值，链表中是没有索引的概念的，之所以有这个方法是因为有了集合框架，让LinkedList作为了List接口的实现，没法发只能来实现这个方法，我们也该少用这个方法 3.5List接口实现类比较 面向接口编程: 接口类型 变量 = new 实现类();List list = new ArrayList(); 三者共同的特点(共同遵循的规范): 1):允许元素重复. 2):记录元素的先后添加顺序. Vector类: 底层采用数组结构算法,方法都使用了synchronized修饰,线程安全,但是性能相对于ArrayList较低. ArrayList类: 底层采用数组结构算法,方法没有使用synchronized修饰,线程不安全,性能相对于Vector较高.ArrayList现在机会已经取代了Vector，为了保证ArrayList的线程安全,List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList(...)); 4.Set接口 Set是Collection子接口，模拟了数学上的集的概念。 特点： 不允许元素重复 不会记录元素的添加顺序 Set判断两个对象是否相等用equals,而不是使用==。也就是说两个对象equals比较返回true，Set集合是不会接受这个两个对象的。 4.1HashSet类 HashSet是Set接口最常用的一个类，底层采用的是哈希表算法 在HashSet中如何判断两个对象相同？ 当往集合中添加新的对象，先判断该对象和集合对象中的HashCode值： 不等，直接把该对象存储到HashCode 指定的位置 相等，在据需判断新的对象和集合中的equals比较 二者缺一不可 每一个存储到hash表中的对象,都得提供hashCode和equals方法,用来判断是否是同一个对象.存储在哈希表中的对象,都应该覆盖equals方法和hashCode方法,并且保证equals相等的时候,hashCode也应该相等. 4.2LinkedHashSet类 顾名思义，底层用的是链表和哈希表算法，链表记录元素的添加顺序，哈希表保证元素不重复。。综合了List接口和Set接口的特点，很强势，但是性能并不高 LinkedHashSet类是HashSet类的子类 4.3TreeSet类 底层采用的是红黑树算法，会对存储的元素默认进行自然排序，从小到大。 自然排序 TreeSet调用集合元素的compareTo方法来比较元素的大小关系,然后讲集合元素按照升序排列(从小到大).注意:要求TreeSet集合中元素得实现java.util.Comparable接口.覆盖 public int compareTo(Object o)方法,在该方法中编写比较规则.在该方法中,比较当前对象(this)和参数对象o做比较(严格上说比较的是对象中的数据). this > o: 返回正整数. 1 this < o: 返回负整数. -1 this == o: 返回0. 此时认为两个对象为同一个对象. 定制排序 在创建对象的时候，在TreeSet构造器中传递java.lang.Comparator对象.并覆盖public int compare(Object o1, Object o2)再编写比较规则. package set; import java.util.*; /** * @author 15626 * TreeSet 底层采用的是是红黑树算法，会对存储的 元素进行自然排序(从小到大) * 要排序当然要保证类型相同，可以使用泛型进行规范 * 排序规则：数字就进行比大小，字符就按照Unicode编码规范来比较（前128位与ASCII编码重复） */ public class TreeSetDemo { public static void main(String []args){ Set set = new TreeSet(); set.add(new Student("张三",30)); set.add(new Student("李四",20)); set.add(new Student("王麻子",10)); System.out.println(set); /** * 定制排序：在TreeSet构造器中传一个实现Comparator接口类的一个对象， * 在实现类中覆盖Comparator接口中的public int compare(Ojbect o1,Object o2)方法 * 在方法中可以编写比较规则 */ //定制排序：根据人名长度进行排序 Set set2 = new TreeSet(new NameLengthComparator()); set2.add(new Student("张三李四",30)); set2.add(new Student("李四",20)); set2.add(new Student("王麻子",10)); System.out.println(set2); } } class NameLengthComparator implements Comparator{ @Override public int compare(Student o1, Student o2) { // TODO Auto-generated method stub if(o1.name.length()>o2.name.length()){ return 1; }else if(o1.name.length() < o2.name.length()){ return -1; }else{ return 0; //说明是同一个对象 } } } class Student implements Comparable{ String name; int age; public Student(String name, int age) { this.name = name; this.age = age; } @Override public String toString() { return "Student [name=" + name + ", age=" + age + "]"; } /* 自然排序：覆盖Comparable接口中的compareTo方法 * this > o ,返回正整数 * this < o ,返回负整数 * this = o ,返回0 //说明两个对象相同 * */ @Override //自然排序：根据年龄排序 public int compareTo(Student o) { if(this.age > o.age){ return 1; }else if(this.age < o.age){ return -1; } return 0; } } 4.4 Set实现类的比较 共同点： 都不允许元素重复 都不是线程安全的类 不同： HashSet 不保证元素的先后添加顺序.底层采用的是哈希表算法,查询效率极高. 判断两个对象是否相等的规则: equals比较为true hashCode值相同. 要求存在在哈希中的对象元素都得覆盖equals和hashCode方法. LinkedHashSet HashSet的子类,底层也采用的是哈希表算法,但是也使用了链表算法来维持元素的先后添加顺序. 判断两个对象是否相等的规则和HashSet相同. 因为需要多使用一个链表俩记录元素的顺序,所以性能相对于HashSet较低. TreeSet 不保证元素的先后添加顺序,但是会对集合中的元素做排序操作，底层采用红黑树算法 自然排序: 要求在TreeSet集合中的对象必须实现java.lang.Comparable接口,并覆盖compareTo方法. 定制排序: 要求在构建TreeSet对象的时候,传入一个比较器对象(必须实现java.lang.Comparator接口). 在比较器中覆盖compare方法,并编写比较规则. TreeSet判断元素对象重复的规则: compareTo/compare方法是否返回0.如果返回0,则视为是同一个对象. 5.Map接口 严格上说,Map并不是集合,而是两个集合之间的映射关系(Map接口并没有继承于Collection接口),然而因为Map可以存储数据(每次存储都应该存储A集合中以一个元素(key),B集合中一个元素(value)),我们还是习惯把Map也称之为集合. Map接口并没有继承于Collection接口也没有继承于Iterable接口,所以不能直接对Map使用for-each操作. 可以把Map中的key看做一个Set集合（不允许重复） 可以吧Map中的value看做一个List集合（允许重复） 可以把Entry（key-value）键值对看做一个Set集合（不允许重复） 如此以来，可以间接的对Map使用for-each 其实，相同算法的Set底层用的是相同算法的Map. 把Set的集合对象作为Map的key,再使用一个Object常量做为value. 5.1Map的常用方法 void clear() 从此映射中移除所有映射关系（可选操作）。 boolean containsKey(Object key) 如果此映射包含指定键的映射关系，则返回 true。 boolean containsValue(Object value) 如果此映射将一个或多个键映射到指定值，则返回 true。 Set> entrySet() 返回此映射中包含的映射关系的 Set 视图。 boolean equals(Object o) 比较指定的对象与此映射是否相等。 V get(Object key) 返回指定键所映射的值；如果此映射不包含该键的映射关系，则返回 null。 int hashCode() 返回此映射的哈希码值。 boolean isEmpty() 如果此映射未包含键-值映射关系，则返回 true。 Set keySet() 返回此映射中包含的键的 Set 视图。 V put(K key, V value) 将指定的值与此映射中的指定键关联（可选操作）。 void putAll(Map m) 从指定映射中将所有映射关系复制到此映射中（可选操作）。 V remove(Object key) 如果存在一个键的映射关系，则将其从此映射中移除（可选操作）。 int size() 返回此映射中的键-值映射关系数。 Collection values() 返回此映射中包含的值的 Collection 视图。 5.2HashMap类 采用哈希表算法, 此时Map中的key不会保证添加的先后顺序,key也不允许重复. key判断重复的标准是: key1和key2是否equals为true,并且hashCode相等. 5.3TreeMap类 采用红黑树算法,此时Map中的key会按照自然顺序或定制排序进行排序,,key也不允许重复. key判断重复的标准是: compareTo/compare的返回值是否为0. 5.4 LinkedHashMap类 采用链表和哈希表算法,此时Map中的key会保证先后添加的顺序,key不允许重复. key判断重复的标准和HashMap中的key的标准相同. 5.5 Hashtable类 采用哈希表算法,是HashMap的前身(类似于Vector是ArrayList的前身) 在Java的集合框架之前,表示映射关系就使用Hashtable. HashMap和TreeMap以及LinkedHashMap都是线程不安全的,但是性能较高。 解决方案: Map m = Collections.synchronizedMap(Map对象); 6.集合工具类 6.1 Arrays类 在Collection接口中有一个方法叫toArray把集合转换为Object数组. 把集合转换为数组: Object[] arr = 集合对象.toArray(); 数组也可以转换为集合(List集合): public static package util; import java.util.List; import java.util.ArrayList; import java.util.Arrays; /** * @author 15626 * 集合的工具类 ：Arrays,可以把数组转换成集合 */ public class ArraysDemo { public static void main(String []args){ //把集合转换成数组 ArrayList list = new ArrayList<>(); list.add("A"); list.add("B"); list.add("C"); list.add("d"); Object [] arr= list.toArray(); for(Object arr1 : arr){ System.out.println(arr1); } System.out.println("========================"); //把数组转化成集合 String [] str = new String[]{"A","b","C"}; //返回的是不能改变长度的list对象，因为返回的ArrayList不是java.util.ArrayList包中的对象，而是Arrays类中的内部类对象 List list2 = Arrays.asList(str); //list2.remove(0);//UnsupportedOperationExceptions System.out.println(list2); //基本类型的数据会自动装箱转化为包装类型，这里的1,2，3都自动装箱为Integer类型 List list3 = Arrays.asList(1,2,3,4,5); System.out.println(list3); //试图把数组直接转化一下,这是直接把数组当做对象，基本类型的数据不能存储到集合中 int [] a = new int[]{1,2,3,4,5}; List list4 = Arrays.asList(a); System.out.println(list4); } } 6.2Collections类 HashSet/ArrayList/HashMap都是线程不安全的,在多线程环境下不安全. 在Collections类中有获取线程安全的集合方法: Set set = Collections.synchronizedSet(new HashSet()); Map map = Collections.synchronizedMap(new HashMap()); List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList()); 7.泛型 集合框架牵扯到了泛型，这有篇文章对泛型有很详细的解释：https://www.cnblogs.com/coprince/p/8603492.html 8.测试代码 https://github.com/EarthSoar/JavaExamples/tree/master/CollectionsFrameworkhttps://www.cnblogs.com/tfper/p/9831252.html