Java 集合框架

第一节 概述

Java 集合可分为 Collection 和 Map 两大体系，JDK 提供的集合 API 位于 java.util 包内：

一.Collection 接口：

用于存储一个一个的数据，也称单列数据集合。

1.List 子接口：

用来存储有序的、可以重复的数据（主要用来替换数组，"动态"数组）

• 实现类：ArrayList(主要实现类)、LinkedList、Vector

2.Set 子接口：

用来存储无序的、不可重复的数据（类似于高中讲的"集合"）
– 实现类：HashSet(主要实现类)、LinkedHashSet、TreeSet

二.Map 接口：

用于存储具有映射关系“key-value 对”的集合，即一对一对的数据，也称双列数据集合。(类似于高中的函数、映射。(x1,y1),(x2,y2) ---> y = f(x) )
– HashMap(主要实现类)、LinkedHashMap、TreeMap、Hashtable、Properties

第二节 Collection 接口

Collection 接口是 List 和 Set 接口的父接口。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）去实现。

一.添加

（1）add(E obj)：添加元素对象到当前集合中
（2）addAll(Collection other)：添加 other 集合中的所有元素对象到当前集合中，即 this = this ∪ other

二.判断

（3）int size()：获取当前集合中实际存储的元素个数
（4）boolean isEmpty()：判断当前集合是否为空集合
（5）boolean contains(Object obj)：判断当前集合中是否存在一个与 obj 对象 equals 返回 true 的元素
（6）boolean containsAll(Collection coll)：判断 coll 集合中的元素是否在当前集合中都存在。即 coll 集合是否是当前集合的“子集”
（7）boolean equals(Object obj)：判断当前集合与 obj 是否相等

三.删除

（8）void clear()：清空集合元素
（9） boolean remove(Object obj) ：从当前集合中删除第一个找到的与 obj 对象 equals 返回 true 的元素。
（10）boolean removeAll(Collection coll)：从当前集合中删除所有与 coll 集合中相同的元素。即 this = this - this ∩ coll
（11）boolean retainAll(Collection coll)：从当前集合中删除两个集合中不同的元素，使得当前集合仅保留与 coll 集合中的元素相同的元素，即当前集合中仅保留两个集合的交集，即 this = this ∩ coll

四.其他

（12）Object[] toArray()：返回包含当前集合中所有元素的数组
（13）hashCode()：获取集合对象的哈希值
（14）iterator()：返回迭代器对象，用于集合遍历

第三节 迭代器

1.迭代器接口

java.util.Iterator，用处是遍历集合中的所有元素。
常用的是这三种方法:
next() - 返回迭代器的下一个元素，并将迭代器的指针移到下一个位置。
hasNext() - 用于判断集合中是否还有下一个元素可以访问。
remove() - 从集合中删除迭代器最后访问的元素（可选操作）。

2.执行原理：

类似指针。

3.for-each循环

（1）用处：

遍历数组和集合。

（2）用法

for(元素的数据类型 局部变量 : Collection 集合或数组){
 //操作局部变量的输出操作
}
//这里局部变量就是一个临时变量，自己命名就可以,在之前并不存在。

第四节 Collection 子接口：List

java.util.List，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。

一.List接口方法

1.插入元素

（1）void add(int index, Object ele):在 index 位置插入 ele 元素
（2）boolean addAll(int index, Collection eles):从 index 位置开始将 eles 中的所有元素添加进来

2.获取元素

（3）Object get(int index):获取指定 index 位置的元素
（4）List subList(int fromIndex, int toIndex):返回从 fromIndex 到 toIndex 位置的子集合

3.获取元素索引

（5）int indexOf(Object obj):返回 obj 在集合中首次出现的位置
（6）int lastIndexOf(Object obj):返回 obj 在当前集合中末次出现的位置

4.删除和替换元素

（7）Object remove(int index):移除指定 index 位置的元素，并返回此元素
（8）Object set(int index, Object ele):设置指定 index 位置的元素为ele

二.List 接口主要实现类：ArrayList

ArrayList 是对象引用的一个”变长”数组。
Arrays.asList(…) 将一个数组转化为一个固定长度的List集合。
底层使用Object[]数组存储。

三.List 的实现类之二：LinkedList

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。查找数据时效率比ArrayList低，这是由底层采用链表（双向链表）结构存储数据决定的。

额外的方法

• void addFirst(Object obj) ：在列表首部添加元素
• void addLast(Object obj) ：在列表末尾添加元素
• Object getFirst() ：返回列表第一个元素
• Object getLast() ：返回列表最后一个元素
• Object removeFirst() ：删除列表中第一个元素
• Object removeLast() ：删除列表中第一个元素

四.List 的实现类之三：Vector

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 作为默认选择。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。

特有方法：

• void addElement(Object obj) ：在末尾加入元素
• void insertElementAt(Object obj,int index) :在指定位置插入元素
• void setElementAt(Object obj,int index) :替换列表中指定位置的元素
• void removeElement(Object obj) ：移除元素
• void removeAllElements() ：从此Vector中删除所有现有元素

第五节 Collection 子接口 2：Set

一.Set 接口概述

• Set 接口是 Collection 的子接口，Set 接口相较于 Collection 接口没有提供额外的方法.用来存储无序的、不可重复的数据（类似于高中讲的"集合"）
• Set 集合支持的遍历方式和 Collection 集合一样：foreach 和 Iterator。
• Set 的常用实现类有：HashSet（主要实现类）、TreeSet、LinkedHashSet。

二.Set 主要实现类：HashSet

1.HashSet 概述

• HashSet 是 Set 接口的主要实现类。
• HashSet 按 Hash 算法来存储集合中的元素，保存在底层数组中，因此具有很好的存储、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
• HashSet 集合判断两个元素相等的标准：两个对象通过 hashCode() 方法得到的
  哈希值相等（地址一样），并且两个对象的 equals()方法返回值为 true。元素更改的话两值都要重写。
• HashSet 集合中元素的无序性，不等同于随机性。这里的无序性指不是连续存放的。

三.Set 实现类之二：LinkedHashSet

• LinkedHashSet 是 HashSet 的子类，不允许集合元素重复。
• 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添加顺序保存的。
• 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。

四.Set 实现类之三：TreeSet

• TreeSet 是 SortedSet 接口的实现类，TreeSet 可以按照添加的元素的指定的属性的
  大小顺序进行遍历。
• TreeSet 底层使用红黑树结构存储数据。
  新增方法仅了解，所以不列。
  TreeSet 两种排序方法：自然排序（compareTo(Object obj)）和定制排序（compare(T o1,T o2)）。默认情况下，TreeSet 采用自然排序。

第六节 Map 接口

一.Map 接口概述

• 映射关系的数据：key-value
• Map 接口的常用实现类：HashMap、LinkedHashMap、TreeMap 和 Properties。其中，HashMap 是 Map 接口使用频率最高的实现类。

二.Map 接口的常用方法

1.添加、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

2.删除操作：

• 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

3.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

4.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

三. Map 的主要实现类：HashMap

1.HashMap 概述

• HashMap 是 Map 接口使用频率最高的实现类。
• HashMap 是线程不安全的。允许添加 null 键和 null 值。
• 存储数据采用的哈希表结构，底层使用一维数组+单向链表+红黑树进行 key-value
  数据的存储。与 HashSet 一样，元素的存取顺序不能保证一致。
• HashMap 判断两个 key 相等的标准是：两个 key 的 hashCode 值相等，通过
  equals() 方法返回 true。
• HashMap 判断两个 value 相等的标准是：两个 value 通过 equals() 方法返回
  true。

四.Map 实现类之二：LinkedHashMap

LinkedHashMap 是 HashMap 的子类

• 存储数据采用的哈希表结构+链表结构，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先后顺序，可以保证遍历元素时，与添加的顺序一致。
• 通过哈希表结构可以保证键的唯一、不重复，需要键所在类重写 hashCode()方法、
  equals()方法。

五.Map 实现类之三：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，构造器传入一个 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。

六.Map 实现类之四：Hashtable

• Hashtable 是 Map 接口的古老实现类，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（数组+单
  向链表），查询速度快。
• 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。
• 与 HashMap 不同，Hashtable 不允许使用 null 作为 key 或 value。

七.Map 实现类之五：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 中要求 key 和
  value 都是字符串类型
• 存取数据时，建议使用 setProperty(String key,String value)方法和getProperty(String key)方法

第七节.Collections 工具类

参考操作数组的工具类：Arrays，Collections 是一个操作 Set、List 和 Map 等
集合的工具类。

一.常用方法

1.排序操作：

• 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

2.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
查找
• 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)：根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最小元素
• Object min(Collection，Comparator)：根据 Comparator 指定的顺序，返回给定集合
中的最小元素
• int binarySearch(List list,T key)在 List 集合中查找某个元素的下标，但是 List 的元素必须是 T 或 T 的子类对象，而且必须是可比较大小的，即支持自然排序的。而且集合也事先必须是有序的，否则结果不确定。
• int binarySearch(List list,T key,Comparator c)在 List 集合中查找某个元素的下标，但是List 的元素必须是 T 或 T 的子类对象，而且集合也事先必须是按照 c 比较器规则进行排序过的，否则结果不确定。
• int frequency(Collection c，Object o)：返回指定集合中指定元素的出现次数

3.复制、替换

• 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
• 提供了多个 unmodifiableXxx()方法，该方法返回指定 Xxx 的不可修改的视图。

4.添加

• boolean addAll(Collection c,T... elements)将所有指定元素添加到指定 collection 中。

5.同步

• 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：