Java容器-单例集合

1.容器简介

容器类似于显示生活中的锅碗瓢盆，可以存放东西。
在Java中，数组可以用来存放基本类型数据或者对象，但是随着深入的学习，数组的弊端也显现出来了，不能随着需求变化尽心扩容。所以实际中我们其实使用集合（Collection）来装载我们的对象。

2.单例集合

2.1 基本介绍

将数据一个一个的进行存储。

2.2 Collection接口

是单例集合根接口，继承自超级接口Iterator，定义了所有单例集合的共性接口。

方法

基本方法

• int size()；
• boolean isEmpty()；
• boolean contains(Object element)； 是否包含指定元素
• boolean add(E element)； 添加元素，成功时返回 true
• boolean remove(Object element)； 删除元素，成功时返回 true
• Iterator iterator()； 获取迭代器

操作集合的方法

• boolean containsAll(Collection<?> c) ；
  是否包含指定集合 c 的全部元素
• boolean addAll(Collection<? extends E> c) ；
  添加集合 c 中所有的元素到本集合中，如果集合有改变就返回 true
• boolean removeAll(Collection<?> c) ；
  删除本集合中和 c 集合中一致的元素，如果集合有改变就返回 true
• boolean retainAll(Collection<?> c) ；
  保留本集合中 c 集合中两者共有的，如果集合有改变就返回 true
• void clear() ；
  删除所有元素

操作集合变数组的方法

• Object[] toArray() ；
  返回一个包含集合中所有元素的数组
• T[] toArray(T[] a) ；
  返回一个包含集合中所有元素的数组，运行时根据集合元素的类型指定数组的类型

2.3 List接口

继承Collection接口，有几个特点

• 有序
• 可重复
• 可以存储null值
• 有索引，针对每个元素可以快速的查询和修改

方法

增加

• void add(int index, E element)
  在指定 index 索引处理插入元素 element
• boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) 在指定 index 索引处理插入集合元素 c

删除

• E remove(int index)
  删除指定索引 index 处的元素

修改

• E set(int index, E element)
  修改指定索引 index 处的元素为 element

获取

• E get(int index)
  获取指定索引处的元素
• int indexOf(Object o)
  从左往右查找，获取指定元素在集合中的索引,如果元素不存在返回 -1
• int lastIndexOf(Object o)
  从右往左查找，获取指定元素在集合中的索引,如果元素不存在返回 -1
• List subList(int fromIndex, int toIndex)
  截取从 fromIndex 开始到 toIndex-1 处的元素

遍历

• ListIterator listIterator()
  通过列表迭代器遍历集合中的每一个元素
• ListIterator listIterator(int index)
  通过列表迭代器从指定索引处开始正向或者逆向遍历集合中的元素

2.3.1 ArrayList

ArrayList 是 List 接口的实现类。是 List 存储特征的具体实现。
ArrayList 底层是用数组实现的存储。 特点：查询效率高，增删效率低，线程不安全。

实例

点击查看代码

public static void main(String[] args) {
		List<String> a = new ArrayList<>();
		a.add("aa");
		a.add("bb");//添加元素
		for (int i = 0; i < a.size(); i++) {
			System.out.println(a.get(i));//获取指定索引出的元素
		}
		String first = a.get(0); //获取指定索引出的元素
		a.remove(0);//删除指定位置的元素
		a.remove("aa");//删除指定元素
		String second = a.set(1,"cc");//替换指定索引的元素
		a.clear();//清空容器
		boolean isEmpty = a.isEmpty();//判断容器是否为空
		boolean flag = a.contains("aa");//判断列表中是否包含指定的元素
		int flag1 = a.indexOf("aaa");//判断指定元素第一次出现的位置
		int flag2 = a.lastIndexOf("aaa");//判断指定元素最后一次出现的位置
		Object[] flag3 = a.toArray();//单例集合转化为object数组
		String[] flag4 = a.toArray(new String[a.size()]);//转换泛型类型数组
		
		List<String> b = new ArrayList<>();
		b.add("bb");
		b.add("cc");
		boolean flag5 = a.addAll(b);//取并集
		boolean b1 = a.retainAll(b);//取交集
		a.removeAll(b);//取差集
	}

源码分析

底层是用数组实现的存储

无参构造初始化，是一个空数组

当调用add()方法时会对数组先进行扩容

容量检查，确认数组是否需要扩容

数组的扩容逻辑（1.5倍）

2.3.2 VecTor

Vector 底层是用数组实现的，相关的方法都加了同步检查，因此“线程安全,效率低”。 比如，indexOf 方法就增加了 synchronized 同步标记。
例如

源码分析

初始化的时候定义了数组长度

判断是否需要扩容

扩容逻辑

2.3.3 LinkedList

LinkedList底层用双向链表实现的存储。特点：查询效率低，增删效率高，线程不安全。
双向链表也叫双链表，它的每个数据节点都有两个指针，分别指向前一个结点和后一个节点。所以从双向表的任意一个节点开始，都可以方便的找到所有的节点。

class Node{ E item; Node<E> next; Node<E> prev; }

方法（扩展List）：

• void addFirst(E e) 将指定元素插入到开头
• void addLast(E e) 将指定元素插入到结尾
• getFirst() 返回此列表的第一个元素
• getLast() 返回此列表的最后一个元素
• removeFirst() 移除此列表中的第一个元素，并返回这个元素
• removeLast() 移除此列表中的最后一个元素，并返回这个元素
• E pop() 从此列表所表示的堆栈处弹出一个元素,等效于removeFirst
• void push(E e) 将元素推入此列表所表示的堆栈 这个等效于 addFisrt(E e)
• boolean isEmpty() 判断列表是否包含元素，如果不包含元素则返回 true

源码分析

节点类

成员变量

添加元素

1. 头尾添加元素，直接改变头尾的指针引用
   
2. 指定位置添加元素，先判断是否抛异常，接着找到当前位置节点，最后插入节点
   
   
   

获取元素

删除元素

2.4 Set

Set接口继承自Collection，Set接口中没有新增方法，意味着和Collection保持一致。
常用的实现类有：HashSet、TreeSet等。

特点

• 无序, Set 中的元素没有索引，我们只能遍历查找.
• 不可重复,不允许加入重复的元素。更确切地讲，新元素如果和 Set 中某个元素通过 equals() 方法对比为 true，则只能保留一个（需要自定义HashCode和equals方法）。

2.4.1 HashSet

特征

1. 无序
   HashSet 是一个没有重复元素的集合，不保证元素的顺序。在 HashSet 中底层是使用 HashMap 存储元素的。HashMap 底层使用的是数组与链表实 现元素的存储。元素在数组中存放时，并不是有序存放的也不是随机存放的，而是对元素的哈希值进行运算决定元素在数组中的位置。
2. 不重复
   当两个元素的哈希值进行运算后得到相同的在数组中的位置时，会调用元素的 equals() 方法判断两个元素是否相同。如果元素相同则不会添加该元素，如果不相同则会使用单向链表保存该元素。

源码

成员变量，底层使用的HashMap

使用过程中，HashMap中的value是没有使用到的，存的是一个空对象。

2.4.2 TreeSet

特点

TreeSet 是一个可以对元素进行排序的容器。底层实际是用 TreeMap 实现的，内部维持了一个简化版的 TreeMap，通过 key 来存储 Set 的元素。 TreeSet 内部需要对存储的元 素进行排序，因此，需要给定排序规则。
排序规则实现：

1. 通过元素自身实现比较规则。
   类需要实现Comparable接口。重写compareTo方法，自定义比较规则。
2. 通过比较器指定比较规则。
   通过比较器定义比较规则时，需要我们单独创建一个比较器，比较器需要实现Comparator接口的compare方法来定义比较规则，在实例化 TreeSet 时将比较器对象交给 TreeSet 来完成元素的排序处理。此时元素自身就不需要实现比较规则了。
   

源码

成员变量和构造方法

添加元素，只用到了map的key