Java集合容器介绍

左手的ㄟ右手 2024-03-30 16:07 72阅读 0赞

*  Java 容器分为 Collection 和 Map 两大类，其下又有很多子类，如下所示：  
    ![collections.png][]
 *  Collection接口：单列数据，定义了存取一组对象的方法的集合

> 1、List：元素有序(指的是存储时，与存放顺序保持一致)、可重复的集合  
> 2、Set：元素无序、不可重复的集合

### ![Maps.png][] ###

*  ArrayList和LinkedList、Vector比较

> 1、二者都线程不安全，相对线程安全的Vector，执行效率高。此外，ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构，LinkedList基于链表的数据结构。对于随机访问get和set，ArrayList优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针。对于新增和删除操作add(特指插入)和remove，LinkedList比较占优势，因为ArrayList要移动数据。
> 
> > 1、Vector和ArrayList几乎是完全相同的,唯一的区别在于Vector是同步类(synchronized)，属于强同步类，访问要慢,同时开销也比ArrayList要大，Vector每次扩容请求其大小的2倍空间，而ArrayList是1.5倍

> ***++ 补充++***：

*  Set接口

> 1、Set接口是Collection的子接口，set接口没有提供额外的方法

> 2、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。

> 3、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

*  Set实现类之一：HashSet

> 1、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。

> 2、HashSet 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。

> 3、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

> 4、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。

> 5、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

> 1、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）

> 2、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。

> 3、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。

*  重写 equals() 方法的基本原则

> 1、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”。

> > 1、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hashCode的对象的属性也应该参与到equals()中进行计算。

*  LinkedHashSet

> 1、LinkedHashSet 是 HashSet 的子类

> 2、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。

> 3、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。

> 4、LinkedHashSet 不允许集合元素重复

*  TreeSet

> 1、TreeSet 是 SortedSet 接口的实现类，TreeSet 可以确保集合元素处于排序状态。

> 2、TreeSet底层使用红黑树结构存储数据

> 3、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

> > **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。
> > 
> > > 1、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。

> > > 2、Comparable 的典型实现
> > > 
> > > > 1、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

> > > > 2、Character：按字符的 unicode值来进行比较

> > > > 3、Boolean：true 对应的包装类实例大于 false 对应的包装类实例

> > > > 4、String：按字符串中字符的 unicode 值进行比较

> > > > 5、Date、Time：后边的时间、日期比前面的时间、日期大

> > > 3、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。

> > > 4、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

> > > 5、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

> > > 6、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。

*  Map接口

> 1、Map与Collection并列存在。用于保存具有映射关系的数据:key-value

> 2、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

> 3、常用String类作为Map的“键”

> 4、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

> 5、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

*  HashMap的存储结构

> 1、JDK 7及以前版本：HashMap是数组+链表结构(即为链地址法)

### ![jdk7.png][] ###

> 2、JDK 8版本发布以后：HashMap是数组+链表+红黑树实现。

### ![jdk81.png][] ###

*  HashMap源码中的重要常量

> 1、DEFAULT\_INITIAL\_CAPACITY : HashMap的默认容量，16

> 2、MAXIMUM\_CAPACITY ： HashMap的最大支持容量，2^30

> 3、DEFAULT\_LOAD\_FACTOR：HashMap的默认加载因子

> 4、TREEIFY\_THRESHOLD：Bucket中链表长度大于该默认值，转化为红黑树

> 5、UNTREEIFY\_THRESHOLD：Bucket中红黑树存储的Node小于该默认值，转化为链表

> 6、MIN\_TREEIFY\_CAPACITY：桶中的Node被树化时最小的hash表容量。（当桶中Node的数量大到需要变红黑树时，若hash表容量小于MIN\_TREEIFY\_CAPACITY时，此时应执行resize扩容操作这个MIN\_TREEIFY\_CAPACITY的值至少是TREEIFY\_THRESHOLD的4倍。）  
> 7、table：存储元素的数组，总是2的n次幂

> 8、entrySet：存储具体元素的集

> 9、size：HashMap中存储的键值对的数量

> 10、modCount：HashMap扩容和结构改变的次数。

> 11、threshold：扩容的临界值，=容量\*填充因子

> 12、loadFactor：填充因子

*  HashMap的存储结构：JDK 1.8之前

> 1、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。  
> 2、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。

*  HashMap添加元素的过程

> 0、向HashMap中添加entry1(key，value)，

> 1、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。

> 2、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和其他的entry。如果彼此hash值不同，则直接添加成功。

> 3、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。

### ![hashmapput.png][] ###

*  HashMap的扩容

> 1、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。

> 2、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。

*  负载因子值的大小，对HashMap有什么影响?

> 1、负载因子的大小决定了HashMap的数据密度。

> 2、负载因子越大密度越大，发生碰撞的几率越高，数组中的链表越容易长,造成查询或插入时的比较次数增多，性能会下降。

> 3、负载因子越小，就越容易触发扩容，数据密度也越小，意味着发生碰撞的几率越小，数组中的链表也就越短，查询和插入时比较的次数也越小，性能会更高。但是会浪费一定的内容空间。而且经常扩容也会影响性能，建议初始化预设大一点的空间。

> 4、按照其他语言的参考及研究经验，会考虑将负载因子设置为0.7~0.75，此时平均检索长度接近于常数。

*  HashMap的存储结构：JDK 1.8

> 1、HashMap的内部存储结构其实是数组+链表+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。

> 2、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。

*  HashMap什么时候进行扩容和树形化？

> 1、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160.75=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。

> 2、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，那么这个链会变成树，结点类型由Node变成TreeNode类型。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，也会把树再转为链表。

*  LinkedHashMap

> 1、LinkedHashMap 是 HashMap 的子类

> 2、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

> 3、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
    static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        
    	final int hash;
    	final K key;
    	V value;
    	Node<K,V> next; 
    }
    
    //LinkedHashMap中的内部类：Entry
    static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
        
    	Entry<K,V> before, after;
    	Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
        
    		super(hash, key, value, next);
    	} 
    }

*  TreeMap

> 1、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。

> 2、TreeSet底层使用红黑树结构存储数据

> 3、TreeMap 的 Key 的排序：

> > 1、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

> > 2、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

> 4、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。

*  Hashtable

> 1、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。

> 2、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。

> 3、与HashMap不同，Hashtable 不允许使用 null 作为 key 和 value

> 4、与HashMap一样，Hashtable 也不能保证其中 Key-Value 对的顺序

> 5、Hashtable判断两个key相等、两个value相等的标准，与HashMap一致。

*  Properties

> 1、Properties 类是 Hashtable 的子类，该对象用于处理属性文件

> 2、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

> 3、存取数据时，建议使用setProperty(String key,String value)方法和getProperty(String key)方法

Properties pros = new Properties();
    pros.load(new FileInputStream("jdbc.properties"));
    String user = pros.getProperty("user");
    System.out.println(user);

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