JAVA集合与泛型

目录

• 1. 为什么需要集合？
• 2. 集合的概念
  • 2.1 什么是集合？
  • 2.2 集合与数组的区别
• 3. Java集合框架体系
  • 3.1 Collection集合的常用功能
  • 3.2 Iterator接口
    • 3.2.1 概述
    • 3.2.2 Iterator接口遍历集合的过程中可以对集合进行操作吗？
    • 3.3.3 增强For循环
      • 遍历数组
      • 遍历集合
• 4. 泛型
  • 4.1 泛型的概述
  • 4.2 为什么需要使用到泛型？
  • 4.3 泛型的定义和使用
    • 4.3.1 定义和使用含有泛型的类
      • 4.3.1.1 自定义泛型类
    • 4.3.2 定义和使用含有泛型的方法
    • 4.3.3 定义和使用含有泛型的接口
  • 4.4 泛型的通配符
    • 4.4.1 通配符基本使用
    • 4.4.2 通配符高级使用----受限泛型

1. 为什么需要集合？

我们过去学的数组只能存放数量固定的对象，相对简单。但是， 如果我们的程序有这样的要求：即只有运行时才能知道对象的类型或数量，而且需要我们把这些对象存在某种容器中，这时显然数组就不胜任了。

这时我们就必须用到集合框架。java自带的集合框架给了我们一些集合类作为工具。利用这些集合类，我们可以容纳乃至操纵自己的可变数量的自定义对象。

2. 集合的概念

2.1 什么是集合？

集合是java中提供的一种容器，可以用来存放对象数据。

2.2 集合与数组的区别

• 数组的长度是固定的。集合的长度是可变的。
• 数组中存储的是同一类型的元素，可以存储基本数据类型值。集合存储的都是对象。而且对象的类型可以不一致。在开发中一般当对象多的时候，使用集合进行存储。

注意： 集合存放的都是对象的引用，而非对象本身。所以我们称集合中的对象就是集合中对象的引用。对象本身还是放在堆内存中。

3. Java集合框架体系

在使用集合前，我们先了解其继承与接口操作架构，才能知道何时采用哪个集合类，以及类之间如何彼此合作，从而达到灵活应用。

从上面的集合框架图可以看到，集合按照其存储结构可以分为两大类，分别是框架图左边的单列集合Collection和框架图右边的双列集合Map。

• Collection：单列集合类的根接口，用于存储一系列符合某种规则的元素，它有两个重要的子接口，分别是List和Set。其中，List的特点是元素有序、元素可重复。Set的特点是元素无序，而且不可重复。List接口的主要实现类有ArrayList和LinkedList，Set接口的主要实现类有HashSet和TreeSet。
• Map：双列集合类的根接口，用于存储键/值对映射（元素是成对存在的，每个元素由键与值两部分组成，通过键可以找对所对应的 值）。Map接口比较常用的子类有HashMap和LinkedHashMap。HashMap存储数据采用的哈希表结构，元素的存取顺序不能保证一致；LinkedHashMap存储数据采用的哈希表结构+链表结构。通过链表结构可以保证元素的存取顺序一致。

3.1 Collection集合的常用功能

Collection是所有单列集合的父接口，因此在Collection中定义了单列集合(List和Set)通用的一些方法，这些方法可用于操作所有的单列集合。方法如下：

• public boolean add(E e)： 把给定的对象添加到当前集合中 。
• public void clear() :清空集合中所有的元素。
• public boolean remove(E e): 把给定的对象在当前集合中删除。
• public boolean contains(E e): 判断当前集合中是否包含给定的对象。
• public boolean isEmpty(): 判断当前集合是否为空。
• public int size(): 返回集合中元素的个数。
• public Object[] toArray(): 把集合中的元素，存储到数组中。

方法演示：

public static void main(String[] args) {
    // 创建集合对象 
    // 使用多态形式
    Collection<String> coll = new ArrayList<String>();
    // 使用方法
    // 添加功能  boolean  add(String s)
    coll.add("张三");
    coll.add("李四");
    coll.add("王五");
    System.out.println(coll);

    // boolean contains(E e) 判断o是否在集合中存在
    System.out.println("判断张三是否在集合中"+coll.contains("张三"));

    //boolean remove(E e) 删除在集合中的o元素
    System.out.println("删除李四："+coll.remove("李四"));
    System.out.println("操作之后集合中元素:"+coll);

    // size() 集合中有几个元素
    System.out.println("集合中有"+coll.size()+"个元素");

    // Object[] toArray()转换成一个Object数组
    Object[] objects = coll.toArray();
    // 遍历数组
    for (int i = 0; i < objects.length; i++) {
        System.out.println(objects[i]);
    }
    // void  clear() 清空集合
    coll.clear();
    System.out.println("集合中内容为："+coll);
    // boolean  isEmpty()  判断是否为空
    System.out.println(coll.isEmpty());  	
}

3.2 Iterator接口

3.2.1 概述

在程序开发中，经常需要遍历集合中的所有元素。针对这种需求，JDK专门提供了一个接口java.util.Iterator。Iterator接口也是Java集合中的一员，但它与Collection、Map接口有所不同，Collection接口与Map接口主要用于存储元素，而Iterator主要用于迭代访问（即遍历）Collection中的元素，因此Iterator对象也被称为迭代器。

想要遍历Collection集合，那么就要获取该集合迭代器完成迭代操作，下面介绍一下获取迭代器的方法：

• public Iterator iterator(): 获取集合对应的迭代器，用来遍历集合中的元素的。

下面介绍一下迭代的概念：

• 迭代：即Collection集合元素的通用获取方式。在取元素之前先要判断集合中有没有元素，如果有，就把这个元素取出来，继续在判断，如果还有就再取出出来。一直把集合中的所有元素全部取出。这种取出方式专业术语称为迭代。

Iterator接口的常用方法如下：

• public E next():返回迭代的下一个元素。
• public boolean hasNext():如果仍有元素可以迭代，则返回 true。

接下来我们通过代码学习如何使用Iterator迭代集合中元素：

public static void main(String[] args) {
    // 使用多态方式 创建对象
    Collection<String> coll = new ArrayList<String>();

    // 添加元素到集合
    coll.add("张三");
    coll.add("李四");
    coll.add("王五");
    //遍历
    //使用迭代器 遍历 每个集合对象都有自己的迭代器
    Iterator<String> it = coll.iterator();
    //  泛型指的是 迭代出 元素的数据类型
    while(it.hasNext()){ //判断是否有迭代元素
        String s = it.next();//获取迭代出的元素
        System.out.println(s);
    }
}

注意:：在进行集合元素取出时，如果集合中已经没有元素了，还继续使用迭代器的next方法，将会发生java.util.NoSuchElementException没有集合元素的错误。

3.2.2 Iterator接口遍历集合的过程中可以对集合进行操作吗？

我们用代码来测试一下

public static void main(String[] args) {
    // 使用多态方式 创建对象
    Collection<String> coll = new ArrayList<String>();

    // 添加元素到集合
    coll.add("张三");
    coll.add("李四");
    coll.add("王五");
    //遍历
    //使用迭代器 遍历 每个集合对象都有自己的迭代器
    Iterator<String> it = coll.iterator();
    //  泛型指的是 迭代出 元素的数据类型
    while(it.hasNext()){ //判断是否有迭代元素
        String s = it.next();//获取迭代出的元素
        if(s.equals("张三")){
            it.remove();
        }
        System.out.println(s);
        //coll.remove("张三");//运行时引发ConcurrentModificationException异常
        //coll.clear();//运行时引发ConcurrentModificationException异常
        //coll.add("测试新增");//运行时引发ConcurrentModificationException异常
    }
    //由于第一次迭代完毕，迭代器的索引位已经指向集合末尾，需要重新获取迭代器遍历
    Iterator<String> it2 = coll.iterator();
    while(it2.hasNext()){ //判断是否有迭代元素
        String s = it2.next();//获取迭代出的元素
        System.out.println(s);
    }
}

代码输出结果为：

张三
李四
王五

李四
王五

由结果可知，在迭代器变量过程中，不能对集合进行增删操作。

如果想要在迭代器遍历过程中删除当前遍历元素，可以使用迭代器Iterator的remove方法移除当前遍历元素。

注意：remove这个方法必须紧跟在访问一个元素之后执行(即在next方法后使用)。如果上次访问之 后，集合已经发生了变化， 这个方法将抛出一个 IllegalStateException。

3.3.3 增强For循环

增强for循环(也称for each循环)是JDK1.5以后出来的一个高级for循环，专门用来遍历数组和集合的。它的内部原理其实是个Iterator迭代器，所以在遍历的过程中，不能对集合中的元素进行增删操作。

格式：

for(元素的数据类型  变量 : Collection集合or数组){ 
  	//写操作代码
}

它用于遍历Collection和数组。通常只进行遍历元素，不要在遍历的过程中对集合元素进行增删操作。

遍历数组

 public static void main(String[] args) {
     int[] arr = {1,2,3,4};
     //使用增强for遍历数组
     for(int a : arr){//a代表数组中的每个元素
         System.out.println(a);
     }
 }

遍历集合

public static void main(String[] args) {        
    Collection<String> coll = new ArrayList<String>();
    coll.add("张三");
    coll.add("李四");
    coll.add("王五");
    //使用增强for遍历
    for(String s :coll){//接收变量s代表 代表被遍历到的集合元素
        System.out.println(s);
    }
}

4. 泛型

4.1 泛型的概述

Java泛型（generics）是JDK 5中引入的一个新特性，泛型提供了编译时类型安全监测机制，该机制允许程序员在编译时监测非法的类型。使用泛型机制编写的程序代码要比那些杂乱地使用Object变量，然后再进行强制类型转换的代码具有更好的安全性和可读性。

泛型的本质是参数化类型，也就是所操作的数据类型被指定为一个参数。

4.2 为什么需要使用到泛型？

在前面学习集合时，我们都知道集合中是可以存放任意对象的，只要把对象存储集合后，那么这时他们都会被提升成Object类型。当我们在取出每一个对象，并且进行相应的操作，这时必须采用类型转换。

大家观察下面代码：

public static void main(String[] args) {
    Collection coll = new ArrayList();
    coll.add("张三");
    coll.add("李四");
    coll.add(10);//由于集合没有做任何限定，任何类型都可以给其中存放
    Iterator it = coll.iterator();
    while(it.hasNext()){
        //需要打印每个字符串的长度,就要把迭代出来的对象转成String类型
        String str = (String) it.next();
        System.out.println(str.length());
    }
}

程序在运行时发生了问题java.lang.ClassCastException。 为什么会发生类型转换异常呢？ 我们来分析下：由于集合中什么类型的元素都可以存储。导致取出时强转引发运行时 ClassCastException。 怎么来解决这个问题呢？ Collection虽然可以存储各种对象，但实际上通常Collection只存储同一类型对象。例如都是存储字符串对象。

因此我们需要使用泛型，在编译时期就对集合中新增的元素进行语法检查。

通过我们如下代码体验一下：

public static void main(String[] args) {
    Collection<String> list = new ArrayList<String>();
    list.add("张三");
    list.add("李四");
    // list.add(10);//当集合明确类型后，存放类型不一致就会编译报错
    // 集合已经明确具体存放的元素类型，那么在使用迭代器的时候，迭代器也同样会知道具体遍历元素类型
    Iterator<String> it = list.iterator();
    while(it.hasNext()){
        String str = it.next();
        //当使用Iterator<String>控制元素类型后，就不需要强转了。获取到的元素直接就是String类型
        System.out.println(str.length());
    }
}

4.3 泛型的定义和使用

泛型，用来灵活地将数据类型应用到不同的类、方法、接口当中。将数据类型作为参数进行传递。

我们在编写Java程序时，会大量使用到泛型。

4.3.1 定义和使用含有泛型的类

首先定义泛型

定义格式：

修饰符 class 类名<代表泛型的变量> {  }

API文档中的ArrayList集合定义泛型的例子：

class ArrayList<E>{ 
    public boolean add(E e){ }

    public E get(int index){ }
   	....
}

然后使用泛型： 即什么时候确定泛型。

在创建对象的时候确定泛型

例如，ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();

此时，变量E的值就是String类型,那么我们的类型就可以理解为：

class ArrayList<String>{ 
     public boolean add(String e){ }

     public String get(int index){  }
     ...
}

再例如，ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();

此时，变量E的值就是Integer类型,那么我们的类型就可以理解为：

class ArrayList<Integer> { 
     public boolean add(Integer e) { }

     public Integer get(int index) {  }
     ...
}

4.3.1.1 自定义泛型类

public class MyGenericClass<MVP> {
	//没有MVP类型，在这里代表 未知的一种数据类型 未来传递什么就是什么类型
	private MVP mvp;
     
    public void setMVP(MVP mvp) {
        this.mvp = mvp;
    }
     
    public MVP getMVP() {
        return mvp;
    }
}

使用:

public static void main(String[] args) {		 
    // 创建一个泛型为String的类
    MyGenericClass<String> my = new MyGenericClass<String>();    	
    // 调用setMVP
    my.setMVP("张三");
    // 调用getMVP
    String mvp = my.getMVP();
    System.out.println(mvp);
    //创建一个泛型为Integer的类
    MyGenericClass<Integer> my2 = new MyGenericClass<Integer>(); 
    my2.setMVP(100);   	  
    Integer mvp2 = my2.getMVP();
}

4.3.2 定义和使用含有泛型的方法

首先定义泛型

定义格式：

修饰符 <代表泛型的变量> 返回值类型 方法名(参数){  }

例如，

public class MyGenericMethod {	  
    public <MVP> void show(MVP mvp) {
    	System.out.println(mvp.getClass());
    }
    
    public <MVP> MVP show2(MVP mvp) {	
    	return mvp;
    }
}

然后使用泛型

使用格式：调用方法时，确定泛型的类型

public class GenericMethodDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建对象
        MyGenericMethod mm = new MyGenericMethod();
        // 演示看方法提示
        mm.show("张三");
        mm.show(111);
        mm.show(1.11);
    }
}

4.3.3 定义和使用含有泛型的接口

首先定义泛型

定义格式：

修饰符 interface 接口名<代表泛型的变量> {  }

例如，

public interface MyGenericInterface<E>{
	public abstract void add(E e);
	
	public abstract E getE();  
}

然后使用泛型

使用格式：

1、定义类时确定泛型的类型

例如

public class MyImp1 implements MyGenericInterface<String> {
	@Override
    public void add(String e) {
        // 省略...
    }

	@Override
	public String getE() {
		return null;
	}
}

此时，泛型E的值就是String类型。

2、始终不确定泛型的类型，直到创建对象时，确定泛型的类型

例如

public class MyImp2<E> implements MyGenericInterface<E> {
	@Override
	public void add(E e) {
       	 // 省略...
	}

	@Override
	public E getE() {
		return null;
	}
}

确定泛型：

/*
 * 使用
 */
public class GenericInterface {
    public static void main(String[] args) {
        MyImp2<String>  my = new MyImp2<String>();  
        my.add("aa");
    }
}

4.4 泛型的通配符

当使用泛型类或者接口时，传递的数据中，泛型类型不确定，可以通过通配符<?>表示。但是一旦使用泛型的通配符后，只能使用Object类中的共性方法，集合中元素自身方法无法使用。

4.4.1 通配符基本使用

泛型的通配符:不知道使用什么类型来接收的时候,此时可以使用?来接收，?表示未知通配符。

此时只能接受数据,不能往该集合中存储数据。

举个例子大家理解使用即可：

public static void main(String[] args) {
    Collection<Intger> list1 = new ArrayList<Integer>();
    getElement(list1);
    Collection<String> list2 = new ArrayList<String>();
    getElement(list2);
}
public static void getElement(Collection<?> coll){}
//？代表可以接收任意类型

tips:泛型不存在继承关系 Collection