Java集合
1.概述
面向对象语言对事物的体现都是以对象的形式,为了方便对多个对象的操作,就要对对象进行存储。另一方面,使用Array存储对象方面具有一些弊端,而Java 集合就像一种容器,可以动态地把多个对象的引用放入容器中。
数组在内存存储方面的特点:
- 数组初始化以后,长度就确定了。
- 数组声明的类型,就决定了进行元素初始化时的类型
数组在存储数据方面的弊端:
- 数组初始化以后,长度就不可变了,不便于扩展
- 数组中提供的属性和方法少,不便于进行添加、删除、插入等操作,且效率不高。同时无法直接获取存储元素的个数
- 数组存储的数据是有序的、可以重复的。---->存储数据的特点单一
Java 集合类可以用于存储数量不等的多个对象,还可用于保存具有映射关系的关联数组。
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
List:元素有序、可重复的集合
Set:元素无序、不可重复的集合
Map接口:双列数据,保存具有映射关系“key-value对”的集合
1.1 Collection 接口继承树
1.2 Map接口继承树
1.3 集合使用场景
2.Collection接口方法
- 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Java5 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。
2.1 Collection接口中的常用方法
注意: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().
- 添加
- add(Objec tobj)
- addAll(Collection coll)
- 获取有效元素的个数
- int size()
- 清空集合
- void clear()
- 是否是空集合
- 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。拿两个集合的元素挨个比较。
- 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集合中,不影响c
- 集合是否相等
- boolean equals(Object obj)
- 转成对象数组
- 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
3.Iterator迭代器接口
- 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。
- GOF给迭代器模式的定义为: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。迭代器模式,就是为容器而生。类似于“公交车上的售票员”、“火车上的乘务员”、“空姐”。
- 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。
- Iterator 仅用于遍历集合,Iterator本身并不提供承装对象的能力。如果需要创建Iterator 对象,则必须有一个被迭代的集合。
- 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。
3.1 使用Iterator遍历Collection
import org.junit.Test;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;
/**
* 集合元素的遍历操作,使用迭代器Iterator接口
* 内部的方法:hasNext()和 next()
*
*/
public class IteratorTest {
@Test
public void test(){
Collection coll = new ArrayList();
coll.add(123);
coll.add(456);
coll.add(new Person("Jerry",20));
coll.add(new String("Tom"));
coll.add(false);
Iterator iterator = coll.iterator();
//方式一:
// System.out.println(iterator.next());
// System.out.println(iterator.next());
// System.out.println(iterator.next());
// System.out.println(iterator.next());
// System.out.println(iterator.next());
// //报异常:NoSuchElementException
// //因为:在调用it.next()方法之前必须要调用it.hasNext()进行检测。若不调用,且下一条记录无效,直接调用it.next()会抛出NoSuchElementException异常。
// System.out.println(iterator.next());
//方式二:不推荐
// for(int i = 0;i < coll.size();i++){
// System.out.println(iterator.next());
// }
//方式三:推荐
while(iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}
}
}
3.2 迭代器Iterator的执行原理
3.3 Iterator遍历集合的两种错误写法
import org.junit.Test;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;
/**
* 集合元素的遍历操作,使用迭代器Iterator接口
* 1.内部的方法:hasNext()和 next()
* 2.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。
*/
public class IteratorTest {
@Test
public void test2(){
Collection coll = new ArrayList();
coll.add(123);
coll.add(456);
coll.add(new Person("Jerry",20));
coll.add(new String("Tom"));
coll.add(false);
//错误方式一:
// Iterator iterator = coll.iterator();
// while(iterator.next() != null){
// System.out.println(iterator.next());
// }
//错误方式二:
//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。
while(coll.iterator().hasNext()){
System.out.println(coll.iterator().next());
}
}
}
3.4 Iterator迭代器remove()的使用
import org.junit.Test;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;
/**
* 集合元素的遍历操作,使用迭代器Iterator接口
* 1.内部的方法:hasNext()和 next()
* 2.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。
* 3.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()
*/
public class IteratorTest {
//测试Iterator中的remove()方法
@Test
public void test3(){
Collection coll = new ArrayList();
coll.add(123);
coll.add(456);
coll.add(new Person("Jerry",20));
coll.add(new String("Tom"));
coll.add(false);
//删除集合中”Tom”
//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。
Iterator iterator = coll.iterator();
while(iterator.hasNext()){
// iterator.remove();
Object obj = iterator.next();
if("Tom".equals(obj)){
iterator.remove();
// iterator.remove();
}
}
//遍历集合
iterator = coll.iterator();
while(iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}
}
}
注意:
- Iterator可以删除集合的元素,但是是遍历过程中通过迭代器对象的remove方法,不是集合对象的remove方法。
- 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。
3.5 新特性foreach循环遍历集合或数组
- Java 5.0 提供了foreach循环迭代访问Collection和数组。
- 遍历操作不需获取Collection或数组的长度,无需使用索引访问元素。
- 遍历集合的底层调用Iterator完成操作。
- foreach还可以用来遍历数组。
4.List接口
4.1 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 API中List接口的实现类常用的有:ArrayList、LinkedList和Vector。
常用方法:
- void add(intindex, 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
4.2 List接口常用实现类的对比
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
ector: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
4.3 ArrayList
4.3.1 概述
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
ArrayList的JDK1.8之前与之后的实现区别:
JDK1.7:ArrayList像饿汉式,直接创建一个初始容量为10的数组
JDK1.8: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
4.3.2 ArrayList源码分析
- 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
ArrayList的源码分析:
2.1 jdk 7情况下
ArrayList list = new ArrayList();//底层创建了长度是10的Object[]数组elementData
list.add(123);//elementData[0] = new Integer(123);
...
list.add(11);//如果此次的添加导致底层elementData数组容量不够,则扩容。
默认情况下,扩容为原来的容量的1.5倍,同时需要将原有数组中的数据复制到新的数组中。
结论:建议开发中使用带参的构造器:ArrayList list = new ArrayList(int capacity)
2.2 jdk 8中ArrayList的变化:
ArrayList list = new ArrayList();//底层Object[] elementData初始化为{}.并没有创建长度为10的数组
list.add(123);//第一次调用add()时,底层才创建了长度10的数组,并将数据123添加到elementData[0]
...
后续的添加和扩容操作与jdk 7 无异。
2.3 小结:jdk7中的ArrayList的对象的创建类似于单例的饿汉式,而jdk8中的ArrayList的对象
的创建类似于单例的懒汉式,延迟了数组的创建,节省内存。
4.4 LinkedList
4.4.1 概述
- 对于频繁的插入或删除元素的操作,建议使用LinkedList类,效率较高
- LinkedList:双向链表,内部没有声明数组,而是定义了Node类型的first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。
4.4.2 LinkedList源码分析
LinkedList的源码分析:
LinkedList list = new LinkedList(); 内部声明了Node类型的first和last属性,默认值为null
list.add(123);//将123封装到Node中,创建了Node对象。
其中,Node定义为:体现了LinkedList的双向链表的说法
private static class Node<E> {
E item;
Node<E> next;
Node<E> prev;
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next; //next变量记录下一个元素的位置
this.prev = prev; //prev变量记录前一个元素的位置
}
}
4.5 Vector
4.5.1 概述
Vector 是一个古老的集合,JDK1.0就有了。大多数操作与ArrayList相同,区别之处在于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,所以尽量避免使用。
4.5.2 Vector源码分析
Vector的源码分析:jdk7和jdk8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。
5.Set接口
5.1 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。
- 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
5.2 Set接口实现类的对比
Set接口:存储无序的、不可重复的数据 * 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。
5.3 HashSet
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。HashSe
t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
null
底层也是数组,初始容量为16,当如果使用率超过0.75,(16*0.75=12)就会扩大容量为原来的2倍。(16扩容为32,依次为64,128…等)
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。即:“相等的对象必须具有相等的散列码”。
向HashSet中添加元素的过程:
当向 HashSet 集合中存入一个元素时,HashSet 会调用该对象的 hashCode() 方法来得到该对象的 hashCode 值,然后根据 hashCode 值,通过某种散列函数决定该对象在 HashSet 底层数组中的存储位置。(这个散列函数会与底层数组的长度相计算得到在数组中的下标,并且这种散列函数计算还尽可能保证能均匀存储元素,越是散列分布,该散列函数设计的越好)
如果两个元素的hashCode()值相等,会再继续调用equals方法,如果equals方法结果为true,添加失败;如果为false,那么会保存该元素,但是该数组的位置已经有元素了,那么会通过链表的方式继续链接。
如果两个元素的 equals() 方法返回 true,但它们的 hashCode() 返回值不相等,hashSet 将会把它们存储在不同的位置,但依然可以添加成功。
5.3.1 关于hashCode()和equals()的重写
5.3.1.1 重写hashCode() 方法的基本原则
- 在程序运行时,同一个对象多次调用
hashCode()
方法应该返回相同的值。 - 当两个对象的
equals()
方法比较返回true
时,这两个对象的hashCode()
方法的返回值也应相等。 - 对象中用作
equals()
方法比较的Field
,都应该用来计算hashCode
值。
5.3.1.2 重写equals() 方法的基本原则
- 当一个类有自己特有的“逻辑相等”概念,当改写equals()的时候,总是要改写
hashCode()
,根据一个类的equals
方法(改写后),两个截然不同的实例有可能在逻辑上是相等的,但是,根据Object.hashCode()
方法,它们仅仅是两个对象。 - 因此,违反了“相等的对象必须具有相等的散列码”。
- 结论:复写
equals
方法的时候一般都需要同时复写hashCode
方法。通常参与计算hashCod
e的对象的属性也应该参与到equals()
中进行计算。
5.5 LinkedHashSet
LinkedHashSet
是HashSet
的子类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。- LinkedHashSet不允许集合元素重复。
5.6 TreeSet
TreeSet
是SortedSet
接口的实现类,TreeSet
可以确保集合元素处于排序状态。TreeSet
底层使用红黑树结构存储数据新增的方法如下:(了解)
Comparator comparator()
Object first()
Object last()
Object lower(Object e)
Object higher(Object e)
SortedSet subSet(fromElement, toElement)
SortedSet headSet(toElement)
SortedSet tailSet(fromElement)
TreeSet
两种排序方法:自然排序和定制排序。默认情况下,TreeSet
采用自然排序。TreeSet
和后面要讲的TreeMap
采用红黑树的存储结构特点:有序,查询速度比
List
快自然排序:
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。
- 实现
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unicode值来进行比较Boolean
:true 对应的包装类实例大于false 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 obj)
方法比较应返回0。否则,让人难以理解。
import org.junit.Test;
import java.util.Iterator;
import java.util.TreeSet;
/**
* 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)
* 3.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().
* 4.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().
*/
public class TreeSetTest {
@Test
public void test() {
TreeSet set = new TreeSet();
//失败:不能添加不同类的对象
// set.add(123);
// set.add(456);
// set.add("AA");
// set.add(new User("Tom",12));
//举例一:
// set.add(34);
// set.add(-34);
// set.add(43);
// set.add(11);
// set.add(8);
//举例二:
set.add(new User("Tom",12));
set.add(new User("Jerry",32));
set.add(new User("Jim",2));
set.add(new User("Mike",65));
set.add(new User("Jack",33));
set.add(new User("Jack",56));
Iterator iterator = set.iterator();
while(iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}
}
}
public class User implements Comparable{
private String name;
private int age;
public User() {
}
public User(String name, int age) {
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;
}
@Override
public String toString() {
return "User{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
@Override
public boolean equals(Object o) {
System.out.println("User equals()....");
if (this == o) return true;
if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
User user = (User) o;
if (age != user.age) return false;
return name != null ? name.equals(user.name) : user.name == null;
}
@Override
public int hashCode() { //return name.hashCode() + age;
int result = name != null ? name.hashCode() : 0;
result = 31 * result + age;
return result;
}
//按照姓名从大到小排列,年龄从小到大排列
@Override
public int compareTo(Object o) {
if (o instanceof User) {
User user = (User) o;
// return this.name.compareTo(user.name); //按照姓名从小到大排列
// return -this.name.compareTo(user.name); //按照姓名从大到小排列
int compare = -this.name.compareTo(user.name); //按照姓名从大到小排列
if(compare != 0){ //年龄从小到大排列
return compare;
}else{
return Integer.compare(this.age,user.age);
}
} else {
throw new RuntimeException("输入的类型不匹配");
}
}
}
5.6.1 TreeSet的定制排序
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TreeSe
t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。
import org.junit.Test;
import java.util.Comparator;
import java.util.Iterator;
import java.util.TreeSet;
/**
* 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)
* 3.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().
* 4.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().
*/
public class TreeSetTest {
@Test
public void tets2(){
Comparator com = new Comparator() {
//按照年龄从小到大排列
@Override
public 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");
}
}
};
TreeSet set = new TreeSet(com);
set.add(new User("Tom",12));
set.add(new User("Jerry",32));
set.add(new User("Jim",2));
set.add(new User("Mike",65));
set.add(new User("Mary",33));
set.add(new User("Jack",33));
set.add(new User("Jack",56));
Iterator iterator = set.iterator();
while(iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}
}
}
public class User implements Comparable{
private String name;
private int age;
public User() {
}
public User(String name, int age) {
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;
}
@Override
public String toString() {
return "User{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
@Override
public boolean equals(Object o) {
System.out.println("User equals()....");
if (this == o) return true;
if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
User user = (User) o;
if (age != user.age) return false;
return name != null ? name.equals(user.name) : user.name == null;
}
@Override
public int hashCode() { //return name.hashCode() + age;
int result = name != null ? name.hashCode() : 0;
result = 31 * result + age;
return result;
}
//按照姓名从大到小排列,年龄从小到大排列
@Override
public int compareTo(Object o) {
if (o instanceof User) {
User user = (User) o;
// return this.name.compareTo(user.name); //按照姓名从小到大排列
// return -this.name.compareTo(user.name); //按照姓名从大到小排列
int compare = -this.name.compareTo(user.name); //按照姓名从大到小排列
if(compare != 0){ //年龄从小到大排列
return compare;
}else{
return Integer.compare(this.age,user.age);
}
} else {
throw new RuntimeException("输入的类型不匹配");
}
}
}
6.Map接口
6.1 Map
6.1.1 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,须重写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
6.1.2 Map接口及其多个实现类的对比
import org.junit.Test;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
/**
* 一、Map的实现类的结构:
* |----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,可以按照添加的顺序实现遍历。
* 原因:在原有的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:保证按照添加的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
*
*
* HashMap的底层:数组+链表 (jdk7及之前)
* 数组+链表+红黑树 (jdk 8)
*
* 面试题:
* 1. HashMap的底层实现原理?
* 2. HashMap 和 Hashtable的异同?
* 3. CurrentHashMap 与 Hashtable的异同?(暂时不讲)
*
*/
public class MapTest {
@Test
public void test(){
Map map = new HashMap();
// map = new Hashtable();
map.put(null,123);
}
}
6.1.3 Map结构的理解
Map中的key:无序的、不可重复的,使用Set存储所有的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存储所有的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存储所有的entry
6.1.4 常用方法
添加、删除、修改操作:
- 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
元素查询的操作:
- 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
元视图操作的方法:
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
import org.junit.Test;
import java.util.*;
/**
* 五、Map中定义的方法:
* 添加、删除、修改操作:
* 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
* 元素查询的操作:
* 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
* 元视图操作的方法:
* 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
*
* 总结:常用方法:
* 添加:put(Object key,Object value)
* 删除:remove(Object key)
* 修改:put(Object key,Object value)
* 查询:get(Object key)
* 长度:size()
* 遍历:keySet() / values() / entrySet()
*
* 面试题:
* 1. HashMap的底层实现原理?
* 2. HashMap 和 Hashtable的异同?
* 1.HashMap与Hashtable都实现了Map接口。由于HashMap的非线程安全性,效率上可能高于Hashtable。Hashtable的方法是Synchronize的,而HashMap不是,在多个线程访问Hashtable时,不需要自己为它的方法实现同步,而HashMap 就必须为之提供外同步。
* 2.HashMap允许将null作为一个entry的key或者value,而Hashtable不允许。
* 3.HashMap把Hashtable的contains方法去掉了,改成containsvalue和containsKey。因为contains方法容易让人引起误解。
* 4.Hashtable继承自Dictionary类,而HashMap是Java1.2引进的Map interface的一个实现。
* 5.Hashtable和HashMap采用的hash/rehash算法都大概一样,所以性能不会有很大的差异。
*
* 3. CurrentHashMap 与 Hashtable的异同?(暂时不讲)
*
*/
public class MapTest {
/**
* 元视图操作的方法:
* 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 test5(){
Map map = new HashMap();
map.put("AA",123);
map.put(45,1234);
map.put("BB",56);
//遍历所有的key集:keySet()
Set set = map.keySet();
Iterator iterator = set.iterator();
while(iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}
System.out.println("*****************");
//遍历所有的values集:values()
Collection values = map.values();
for(Object obj : values){
System.out.println(obj);
}
System.out.println("***************");
//遍历所有的key-values
//方式一:
Set entrySet = map.entrySet();
Iterator iterator1 = entrySet.iterator();
while (iterator1.hasNext()){
Object obj = iterator1.next();
//entrySet集合中的元素都是entry
Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
System.out.println(entry.getKey() + "---->" + entry.getValue());
}
System.out.println("/");
//方式二:
Set keySet = map.keySet();
Iterator iterator2 = keySet.iterator();
while(iterator2.hasNext()){
Object key = iterator2.next();
Object value = map.get(key);
System.out.println(key + "=====" + value);
}
}
}
6.2 HashMap
6.2.1 概述
HashMap
是Map
接口使用频率最高的实现类。允许使用
null
键和null
值,与HashSet
一样,不保证映射的顺序。所有的
key
构成的集合是Set
:无序的、不可重复的。所以,key
所在的类要重写:equals()
和hashCode()
所有的
value
构成的集合是Collection
:无序的、可以重复的。所以,value
所在的类要重写:equals()
一个
key-value
构成一个entry
所有的
entry
构成的集合是Set
:无序的、不可重复的HashMap
判断两个key
相等的标准是:两个key
通过equals()
方法返回true
,hashCode
值也相等。HashMap
判断两个value
相等的标准是:两个value
通过equals()
方法返回true
。
6.2.2 HashMap的底层实现原理
JDK 7及以前版本:HashMap是数组+链表结构(即为链地址法)
JDK 8版本发布以后:HashMap是数组+链表+红黑树实现。
HashMap源码中的重要常量
- 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:8
MIN_TREEIFY_CAPACITY:桶中的Node被树化时最小的hash表容量:64
6.2.2.1 HashMap在JDK7中的底层实现原理
HashMap的
内部存储结构其实是数组和链表的结合。当实例化一个HashMap
时,系统会创建一个长度为Capacity
的Entry
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Entry
对象,但每一个Entry
对象可以带一个引用变量,用于指向下一个元素,因此,在一个桶中,就有可能生成一个Entry
链。而且新添加的元素作为链表的head
。
添加元素的过程:
向
HashMap
中添加entry1(key,value)
,需要首先计算entry1
中key
的哈希值(根据key
所在类的hashCode()
计算得到),此哈希值经过处理以后,得到在底层Entry[]
数组中要存储的位置i
。如果位置
i
上没有元素,则entry1
直接添加成功。如果位置
i
上已经存在entry2
(或还有链表存在的entry3,entry4
),则需要通过循环的方法,依次比较entry1
中key
的hash
值和其他的entry
的hash
值。如果彼此
hash
值不同,则直接添加成功。如果
hash
值相同,继续比较二者是否equals
。如果返回值为true
,则使用entry1
的value
去替换equals
为true
的entry
的value
。如果遍历一遍以后,发现所有的
equals
返回都为false
,则entry1
仍可添加成功。entry1
指向原有的entry
元素。
/*
* 三、HashMap的底层实现原理?以jdk7为例说明:
* HashMap map = new HashMap():
* 在实例化以后,底层创建了长度是16的一维数组Entry[] table。
* ...可能已经执行过多次put...
* map.put(key1,value1):
* 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。
* 如果此位置上的数据为空,此时的key1-value1添加成功。 ----情况1
* 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:
* 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
* 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。
*
* 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。
*
*/
/**
* HashMap的扩容
* 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,
* 最消耗性能的点就出现了: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。
*
* 那么HashMap什么时候进行扩容呢?
* 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size)*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。
*/
6.2.2.2 HashMap在JDK8中的底层实现原理
HashMap
的内部存储结构其实是数组+链表+红黑树的结合。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Node
对象可以带一个引用变量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TreeNode
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。那么HashMap什么时候进行扩容和树形化呢?
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size)*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。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,也会把红黑树再转为链表。当HashMap
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
,那么这个链会变成红黑树,结点类型由Node
变成TreeNode
类型。关于映射关系的
key
是否可以修改?answer:不要修改映射关系存储到
HashMap
中会存储key
的hash
值,这样就不用在每次查找时重新计算每一个Entry
或Node(TreeNode)
的hash
值了,因此如果已经put
到Map
中的映射关系,再修改key
的属性,而这个属性又参与hashcode
值的计算,那么会导致匹配不上。
/* 总结:
* 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。
* 4.1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)
* 4.2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。
*/
6.3 LinkedHashMa
- inkedHashMap 是 HashMap 的子类
- 在HashMap存储结构的基础上,使用了一对双向链表来记录添加元素的顺序
- 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
6.3.1 LinkedHashMap的底层实现原理(了解)
LinkedHashMap
是HashMap
的子类在
HashMap
存储结构的基础上,使用了一对双向链表来记录添加元素的顺序与
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HashMap
中的内部类:Node
/*
* 四、LinkedHashMap的底层实现原理(了解)
* 源码中:
* static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
* Entry<K,V> before, after;//能够记录添加的元素的先后顺序
* Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
* super(hash, key, value, next);
* }
* }
*/
import org.junit.Test;
import java.util.HashMap;
import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Map;
public class MapTest {
@Test
public void test2(){
Map map = new HashMap();
map = new LinkedHashMap();
map.put(123,"AA");
map.put(345,"BB");
map.put(12,"CC");
System.out.println(map);
}
}
6.4 TreeMap
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。TreeSet
底层使用红黑树结构存储数据
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
。
public class User implements Comparable{
private String name;
private int age;
public User() {
}
public User(String name, int age) {
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;
}
@Override
public String toString() {
return "User{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
@Override
public boolean equals(Object o) {
System.out.println("User equals()....");
if (this == o) return true;
if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
User user = (User) o;
if (age != user.age) return false;
return name != null ? name.equals(user.name) : user.name == null;
}
@Override
public int hashCode() { //return name.hashCode() + age;
int result = name != null ? name.hashCode() : 0;
result = 31 * result + age;
return result;
}
//按照姓名从大到小排列,年龄从小到大排列
@Override
public int compareTo(Object o) {
if(o instanceof User){
User user = (User)o;
// return -this.name.compareTo(user.name);
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");
}
}
}
public class TreeMapTest {
/**
* 向TreeMap中添加key-value,要求key必须是由同一个类创建的对象
* 因为要按照key进行排序:自然排序 、定制排序
*/
//自然排序
@Test
public void test(){
TreeMap map = new TreeMap();
User u1 = new User("Tom",23);
User u2 = new User("Jerry",32);
User u3 = new User("Jack",20);
User u4 = new User("Rose",18);
map.put(u1,98);
map.put(u2,89);
map.put(u3,76);
map.put(u4,100);
Set entrySet = map.entrySet();
Iterator iterator1 = entrySet.iterator();
while (iterator1.hasNext()){
Object obj = iterator1.next();
Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
System.out.println(entry.getKey() + "---->" + entry.getValue());
}
}
//定制排序
@Test
public void test2(){
TreeMap map = new TreeMap(new Comparator() {
@Override
public 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());
}
throw new RuntimeException("输入的类型不匹配!");
}
});
User u1 = new User("Tom",23);
User u2 = new User("Jerry",32);
User u3 = new User("Jack",20);
User u4 = new User("Rose",18);
map.put(u1,98);
map.put(u2,89);
map.put(u3,76);
map.put(u4,100);
Set entrySet = map.entrySet();
Iterator iterator1 = entrySet.iterator();
while (iterator1.hasNext()){
Object obj = iterator1.next();
Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
System.out.println(entry.getKey() + "---->" + entry.getValue());
}
}
}
6.5 HashTable
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
一致。
6.6 Properties
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,Stringvalue)
方法和getProperty(String key)
方法
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.util.Properties;
public class PropertiesTest {
//Properties:常用来处理配置文件。key和value都是String类型
public static void main(String[] args){
//快捷键:ALT+Shift+Z
FileInputStream fis = null;
try {
Properties pros = new Properties();
fis = new FileInputStream("jdbc.properties");
pros.load(fis); //加载流对应文件
String name = pros.getProperty("name");
String password = pros.getProperty("password");
System.out.println("name = " + name + ",password = " + password);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if(fis != null){
try {
fis.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
7.Collections工具类
操作数组的工具类:
Arrays
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、查询和修改等操作,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
排序操作:(均为static
方法)
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
import org.junit.Test;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Collections;
import java.util.List;
/**
* Collections:操作Collection、Map的工具类
*
* 面试题:Collection 和 Collections的区别?
* Collection是集合类的上级接口,继承于他的接口主要有Set 和List.
* Collections是针对集合类的一个帮助类,他提供一系列静态方法实现对各种集合的搜索、排序、线程安全化等操作.
*/
public class CollectionTest {
/**
* 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
*
* 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
*
*/
@Test
public void test(){
List list = new ArrayList();
list.add(123);
list.add(43);
list.add(765);
list.add(765);
list.add(765);
list.add(-97);
list.add(0);
System.out.println(list);
// Collections.reverse(list);
// Collections.shuffle(list);
// Collections.sort(list);
// Collections.swap(list,1,2);
int frequency = Collections.frequency(list, 123);
System.out.println(list);
System.out.println(frequency);
}
@Test
public void test2(){
List list = new ArrayList();
list.add(123);
list.add(43);
list.add(765);
list.add(-97);
list.add(0);
//报异常:IndexOutOfBoundsException("Source does not fit in dest")
// List dest = new ArrayList();
// Collections.copy(dest,list);
//正确的:
List dest = Arrays.asList(new Object[list.size()]);
System.out.println(dest.size());//list.size();
Collections.copy(dest,list);
System.out.println(dest);
/**
* 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
*/
//返回的list1即为线程安全的List
List list1 = Collections.synchronizedList(list);
}
}
8.补充:Enumeration
Enumeration
接口是Iterator
迭代器的“古老版本”
Enumeration stringEnum = new StringTokenizer("a-b*c-d-e-g", "-");
while(stringEnum.hasMoreElements()){
Object obj= stringEnum.nextElement();System.out.println(obj);
}