J2SE核心实战开发—— 集合类框架

文档都是基于 实验楼 线上环境制作的，因此文档叙述和截图均与其有关。使用其他实验环境也没有太大影响，知识点的操作是类似的。该系列的课程是在 实验楼 实习所原创的第一个课程，欢迎大家多提意见。

一、实验简介

在Java基础语法中，你可能接触到了数组这一概念。

本章知识点：

• 集合类框架的概念
• ArrayList
• HashMap

二、什么是集合类框架

在Java语言中，Java语言的设计者对常用的数据结构和算法做了一些规范（接口）和实现（具体实现接口的类）。所有抽象出来的数据结构和操作（算法）统称为Java集合框架（Java Collection Framework）。
这意味着我们在具体应用时不必考虑数据结构和算法实现细节，只需要用这些类创建出来一些对象并加以应用就可以了，从而提高了编程效率。你可以了解更多关于Java集合框架的知识。

Java.util 中的集合类包含 Java 中某些最常用的类。最常用的集合类是 List 和 Map。List 的具体实现包括 ArrayList 和 Vector，它们是可变大小的列表，比较适合构建、存储和操作任何类型对象元素列表。List 适用于按数值索引访问元素的情形。

下图是Java集合框架的结构图，从此处你可以大致了解到各种类型的集合之间的关系。

三、认识ArrayList

ArrayList就是动态数组，支持自动改变大小，可以灵活的插入和删除元素。你可以进一步了解ArrayList。

ArrayList 定义了一些用于插入和删除元素的方法，了解一下：

• add(E e)，将指定的元素添加到此列表的尾部
• clear()，移除此列表中的所有元素
• contains(Object o)，如果此列表中包含指定的元素，则返回 true
• get(int index)，返回此列表中指定位置上的元素
• remove(int index)，移除此列表中指定位置上的元素
• toArray()，按从第一个到最后一个元素的顺序返回包含此列表中所有元素的数组

我们通过下面一个遍历ArrayList的实例来体会其用法，首先请在Eclipse中新建项目ArrayListExp，创建一个包com.shiyanlou.course和类ArrayListTraversal。

主要的代码如下，在注释里你可以看到对于各行代码的解说：

package com.shiyanlou.course;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ArrayListTraversal {

	public static void main(String[] args) {
		List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
		// 创建列表list
		
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            list.add(i);
            // 使用add()方法，通过for循环向list中增加10个元素，每个元素即当前循环的次数值
        }
        
        System.out.println("Items in the list：");
        System.out.println(list);	
        // 输出列表中全部的元素
        
        System.out.println("Items in the list with odd index:");
        for (int i = 1; i < list.size(); i += 2) {
            // 输出列表中序号为奇数的元素，注意 i += 2 的用法
            
            System.out.print(list.get(i)+"  ");
            //使用get()方法从list中取出元素
        }
	}
}

编写完成后，点击编译并运行，我们可以在控制台看到下面的输出结果：

四、认识HashMap

Java 自带了各种 Map 类，这些 Map 类可归为三种类型：

• 通用 Map（HashMap、Hashtable、Properties、LinkedHashMap、IdentityHashMap等）
• 专用 Map（java.util.jar.Attributes、javax.print.attribute.standard.PrinterStateReasons等）
• 一个用于帮助实现您自己的 Map 类的抽象类

其中，通用Map用于在应用程序中管理映射，通常在 java.util 程序包中实现，可以直接使用。

Map 定义了几个用于插入和删除元素的方法，通过这些方法可以更改 Map 中的内容。

• clear()，从 Map 中删除所有映射
• remove(Object key)，从 Map 中删除键和关联的值
• put(Object key, Object value)，将指定值与指定键相关联
• clear()，从 Map 中删除所有映射
• putAll(Map t)，将指定 Map 中的所有映射复制到此 map

HashMap是基于哈希表的 Map 接口的实现。此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用 null 值和 null 键。这里的键值对（key - value），你可以进一步了解HashMap。

下面我们使用HashMap及其中的一些方法来做一个简单的电话簿，目标是让用户通过输入待查询的姓名来获取其对应的电话号码。

首先请在Eclipse中新建一个项目PhoneBook，创建包com.shiyanlou.course和类PhoneBookByMap。主要的代码如下：

package com.shiyanlou.course;

import java.util.HashMap;
import java.util.Scanner;

public class PhoneBookByMap {

	
	public static void main(String[] args) {
		HashMap<String, String> phonebook = new HashMap<String, String>();
		//创建一个HashMap对象，名称为phonebook，键值对的类型均为String
		
		Scanner scan = new Scanner(System.in);
		//创建扫描器用于获取用户的输入
		
		String keyword = new String();
		//创建一个名为keyword的字符串用于存放用户输入的关键词
		
		phonebook = initPhoneBook(phonebook);
		//利用自写的initPhoneBook方法为电话簿装入数据，完成其初始化的步骤
		
		System.out.println("Please input a name that you want to search:");
		//提示用户输入待查询的姓名
		
		keyword = scan.nextLine();
		//将用户的输入信息装入字符串keyword中
		
		if(keyword.isEmpty()){
		    //使用isEmpty()方法判断用户是否真正输入了内容，如没有则提示其输入
			System.out.println("Please input a name!");
		}
		else {
		
		    //若用户有输入某个关键词，则按照该关键词在phonebook中查找其对应的号码
			System.out.println("The result is :");
			System.out.println(queryPhone(phonebook, keyword));
			//这里调用了自写的queryPhone()方法
		}
		
	}
	
	private static HashMap<String, String> initPhoneBook(HashMap<String, String> phonebook){
		//该方法用于完成指定HashMap的初始化，为其装入一些号码数据，你也可以自定义这些数据
		//Q：你还清楚形参和实参的区别吗？
		
		phonebook.put("Steve", "13012345678");
		phonebook.put("Bob", "028-80001234");
		phonebook.put("Peter", "182222233333");
		//使用put()方法将姓名与电话号码相关联，存放在名为phonebook的HashMap中
		//put()方法中，第一个参数为关键词key，第二个参数为其对应的值value
		
		return phonebook;
		//返回修改后的phonebook
	}
	
	private static String queryPhone(HashMap<String, String> phonebook, String keyword) {
		
		String result = new String();
		//创建存放结果的字符串result
		
		result = phonebook.get(keyword);
		//使用get()方法查询keyword所对应的电话号码，并赋给result
		//put()方法中，参数为关键词key，返回值为其对应的值value，未找到对应值时，返回值为null
		
		if(result == null)
			return "Can not find this user.";
			//如果未找到该用户的电话号码，则将查询结果修改为“未找到该用户”
			
		return result;
		//返回查询结果
	}

}

这个例子稍显复杂，需要你弄清楚其中各个模块之间的关系。检查代码无误后，点击编译并运行，在控制台分别输入无效姓名、有效姓名（例如Steve，注意大小写）和空值，观察下程序返回的结果是否正常。

查找到号码的情况：

找不到号码的情况：

以及你什么都不输入，直接回车得到的提示：

五、实验总结

本章我们学习了Java中的集合类，并动手定义了ArrayList和HashMap，使用了其自带的方法来完成了诸如存取数据的工作。在课程结束之后，你也应该结合API文档，动手再使用一下这些集合类中的其他类型及其方法。

六、作业

请查阅资料，回答下面几个问题：

1. Collection与Collections的区别？
2. List、Set和Map是否继承自Collection接口？
3. ArrayList与Vector的区别？
4. HashMap与Hashtable的区别？

参考文档

• Java的集合框架最全详解（图）
• Java SE官方API文档 - java.util.Collection