java集合介绍

刺骨的言语ヽ痛彻心扉 2022-10-01 07:58 187阅读 0赞

java 集合基本概念 在《Java核心编程技术（第二版）》中是这样介绍java集合的：

java中的集合框架提供了一套设计优良的接口和类，使程序员操作成批的数据或对象元素极为方便。这些接口和类有很多对抽象数据类型操作的API，这是我们常用的且在数据结构中熟知的，例如：Maps，Sets，Lists，Arrays等，并且Java用面向对象的设计对这些数据结构和算法进行了封装，这极大地减轻了程序员编程时的负担。程序员也可以以这个集合框架为基础，定义更高级别的数据抽象，比如栈，队列和线程安全的集合等，从而满足自己的需要。

在日常编程中，经常需要对多个数据进行存储。从传统意义上讲，数组是一个很好的选择，但是一个数组经常需要指定好长度，且这个长度是不可变得。这时我们需要一个可以动态增长的“数组”，而java的集合类就是一个很好的设计方案。

java的集合框架可以简化为如下图所示（本图来自于《Java核心编程技术（第二版）》）：java集合框架图

再细化后变为： 在这里插入图片描述

从上图中，我们可以看出java集合框架主要提供三种类型的集合（Set，List，Map）和一个迭代器。

Set 集合 Set集合中的对象无排列顺序，且没有重复的对象。可以把Set集合理解为一个口袋，往里面丢的对象是无顺序的。 对Set集合中成员的访问和操作是通过对集合中对象的引用进行的，所以Set集合不能有重复对象（包括Set的实现类）。 Set判断集合中两个对象相同不是使用"=="运算符，而是根据equals方法。每次加入一个新对象时，如果这个新对象和当前Set中已有对象进行equals方法比较都返回false时，则允许添加对象，否则不允许。 Set集合的主要实现类：

HashSet：按照哈希算法来存储集合中的对象，速度较快。 LinkedHashSet：不仅实现了哈希算法，还实现了链表的数据结构，提供了插入和删除的功能。当遍历LinkedHashSet集合里的元素时，LinkedHashSet将会按元素的添加顺序来访问集合里的元素。 TreeSet：实现了SortedSet接口（此接口主要用于排序操作，即实现此接口的子类都属于排序的子类）。 EnumSet：专门为枚举类设计的有序集合类，EnumSet中所有元素都必须是指定枚举类型的枚举值，该枚举类型在创建EnumSet时显式、或隐式地指定。 Set 集合应用场景 hashSet场景：

public class MyCollectionsDemo \{ public static void main(String\[\] args) \{ HashSet books = new HashSet(); //分别向books集合中添加两个A对象，两个B对象，两个C对象 books.add(new A()); books.add(new A());

books.add(new B());
        books.add(new B());
    
        books.add(new C());
        books.add(new C());
        System.out.println(books);
    }
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//类A的equals方法总是返回true,但没有重写其hashCode()方法。不能保证当前对象是HashSet中的唯一对象 class A \{ @Override public boolean equals(Object obj) \{ return true; \} \}

//类B的hashCode()方法总是返回1,但没有重写其equals()方法。不能保证当前对象是HashSet中的唯一对象 class B \{ @Override public int hashCode() \{ return 1; \} \}

//类C的hashCode()方法总是返回2,且有重写其equals()方法 class C \{ public int hashCode() \{ return 2; \} public boolean equals(Object obj) \{ return true; \} \} 输出结果：

\[B@1, B@1, A@1b28cdfa, C@2, A@65ab7765\] 可以看到，当两个对象equals()方法比较返回true时（即两个对象的equals相同），但hashCode()方法返回不同的hashCode值时，对象可以添加成功（集合中有两个A对象）。如果两个对象的hashCode相同，但是它们的equlas返回值不同，HashSet会在这个位置用链式结构来保存多个对象（B@1, B@1）。而HashSet访问集合元素时也是根据元素的HashCode值来快速定位的。

可以看出，HashSet集合通过hashCode()采用hash算法来决定元素的存储位置，如上输出的（B，B）和（A，A），但是这并不符合Set集合没有重复的对象的规则，所以如果需要把某个类的对象保存到HashSet集合时，在重写这个类的equlas()方法和hashCode()方法时，应该尽量保证两个对象通过equals()方法比较返回true时，它们的hashCode()方法返回值也相等。

LinkedHashSet场景：

public class MyCollectionsDemo \{ public static void main(String\[\] args) \{ HashSet hashSet = new HashSet(); hashSet.add("hello"); hashSet.add("world"); hashSet.add("hashSet"); //输出：\[world, hashSet, hello\] System.out.println(hashSet);

LinkedHashSet linkedHashSet = new LinkedHashSet();
        linkedHashSet.add("Hello");
        linkedHashSet.add("World");
        linkedHashSet.add("linkedHashSet");
        //输出：[Hello, World, linkedHashSet]
        System.out.println(linkedHashSet);
    
        //删除 Hello
        linkedHashSet.remove("Hello");
        //重新添加 Hello
        linkedHashSet.add("Hello");
        //输出：[World, linkedHashSet, Hello]
        System.out.println(linkedHashSet);
        
        //再次添加 Hello
        linkedHashSet.add("Hello");
        //输出：[World, linkedHashSet, Hello]
        System.out.println(linkedHashSet);
    }
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\} 可以看出，linkedHashSet最大的特点就是有排序（以元素添加的顺序）。同时，linkedHashSet作为HashSet的子类且实现了Set接口，所以不允许集合元素重复。

TreeSet场景：

public class MyCollectionsDemo \{ public static void main(String\[\] args) \{ TreeSet treeSet = new TreeSet(); //添加四个Integer对象 treeSet.add(9); treeSet.add(6); treeSet.add(-4); treeSet.add(3);

//输出:[-4, 3, 6, 9](集合元素自动排序)
        System.out.println(treeSet);
    
        //输出:-4
        System.out.println(treeSet.first()); //输出集合里的第一个元素
    
        //输出:9
        System.out.println(treeSet.last());  //输出集合里的最后一个元素
    
        //输出:[-4, 3]
        System.out.println(treeSet.headSet(6)); //返回小于6的子集，不包含6
    
        //输出:[3, 6, 9]
        System.out.println(treeSet.tailSet(3)); //返回大于3的子集，包含3
    
        //输出:[-4, 3]
        System.out.println(treeSet.subSet(-4 , 6)); //返回大于等于-4，小于6的子集
    }
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\} 可以看出TreeSet会自动排序好存入的数据。TreeSet采用红黑树的数据结构来存储集合元素，支持两种排序方式: 自然排序、定制排序。

自然排序：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排序。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，否则程序会抛出异常。 定制排序：TreeSet的自然排序是根据集合元素的大小，TreeSet将它们以升序排序。如果我们需要实现定制排序，则可以通过Comparator接口里的int compare(T o1， T o2)方法，该方法用于比较大小。 如下为定制排序实例： public class MyCollectionsDemo \{ public static void main(String\[\] args) \{ TreeSet treeSet = new TreeSet(new Comparator() \{ //根据M对象的age属性来决定大小 public int compare(Object o1, Object o2) \{ M m1 = (M)o1; M m2 = (M)o2; return m1.age > m2.age ? -1 : m1.age < m2.age ? 1 : 0; \} \}); treeSet.add(new M(5)); treeSet.add(new M(-3)); treeSet.add(new M(9)); System.out.println(treeSet); \} \} class M \{ int age; public M(int age) \{ this.age = age; \} public String toString() \{ return "M\[age:" + age + "\]"; \} \} TreeSet总结

当把一个对象加入TreeSet集合时，TreeSet会调用该对象的compareTo(Object obj)方法与容器中的其他对象比较大小，然后根据红黑树结构找到它的存储位置（如果两个对象通过compareTo(Object obj)方法比较相等，则添加失败）。 自然排序、定制排序、Comparator决定的是谁大的问题，即按什么顺序(升序、降序)进行排序。 EnumSet场景：

enum SeasonEnum \{ SPRING,SUMMER,FALL,WINTER \} public class MyCollectionsDemo \{ public static void main(String\[\] args) \{ //allOf：集合中的元素就是SeasonEnum枚举类的全部枚举值 EnumSet es1 = EnumSet.allOf(SeasonEnum.class); //输出：\[SPRING,SUMMER,FALL,WINTER\] System.out.println(es1);

//noneOf：指定SeasonEnum类的枚举值。
        EnumSet es2 = EnumSet.noneOf(SeasonEnum.class);
        //输出：[]
        System.out.println(es2);
        //手动添加两个元素
        es2.add(SeasonEnum.WINTER);
        es2.add(SeasonEnum.SPRING);
        //输出：[SPRING,WINTER]（EnumSet会自动排序）
        System.out.println(es2);
    
        //of：指定枚举值
        EnumSet es3 = EnumSet.of(SeasonEnum.SUMMER , SeasonEnum.WINTER);
        //输出：[SUMMER,WINTER]
        System.out.println(es3);
    }
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\} Set 集合总结

1.  HashSet的性能比TreeSet好(包括添加、查询元素等操作)，因为TreeSet需要额外的红黑树算法来维护集合元素的次序。 当需要一个始终保持排序的Set时，才使用TreeSet，否则使用HashSet。
2.  对于LinkedHashSet，普通的插入、删除操作比HashSet要略慢一点，因为维护链表会带来的一定的开销。好处是，遍历比HashSet会更快
3.  EnumSet是所有Set实现类中性能最好的。
4.  HashSet、TreeSet、EnumSet都是"线程不安全"的，可以通过Collections工具类的synchronizedSortedSet方法来"包装"该Set集合。 SortedSet s = Collections.synchronizedSortedSet(new TreeSet(...));

List 集合 集合中的对象按照索引的顺序排序，可以有重复的对象。List与数组相似。 List以线型方式存储，默认按元素的添加顺序设置元素的索引。 Set集合的主要实现类：

ArrayList：可以理解为长度可变的数组。可以对集合中的元素快速随机访问，但是做插入或删除操作时效率较低。 LinkedList：使用链表的数据接口。与ArrayList相反，插入或删除操作时速度快，但是随机访问速度慢。同时实现List接口和Deque接口，能对它进行队列操作，即可以根据索引来随机访问集合中的元素，也能将LinkedList当作双端队列使用，自然也可以被当作"栈来使用（可以实现“fifo先进先出，filo后入先出”） List 集合应用场景 ArrayList场景：

public class MyCollectionsDemo \{ public static void main(String\[\] args) \{ List list = new ArrayList(); //添加三个元素 list.add(new String("list第一个元素")); list.add(new String("list第二个元素")); list.add(new String("list第三个元素")); //输出：\[list第一个元素, list第二个元素, list第三个元素\] System.out.println(list);

//在list第二个位置插入新元素
        list.add(1 , new String("在list第二个位置插入的元素"));
        for (int i = 0 ; i < list.size() ; i++ )
        {
            /**
             * 输出：
             * list第一个元素
             * 在list第二个位置插入的元素
             * list第二个元素
             * list第三个元素
             */
            System.out.println(list.get(i));
        }
    
        //删除第三个元素
        list.remove(2);
        //输出：[list第一个元素, 在list第二个位置插入的元素, list第三个元素]
        System.out.println(list);
    
        //判断指定元素在List集合中位置：输出1，表明位于第二位
        System.out.println(list.indexOf(new String("在list第二个位置插入的元素")));  
        //将第二个元素替换成新的字符串对象
        list.set(1, new String("第二个元素替换成新的字符串对象"));
        //输出：[list第一个元素, 第二个元素替换成新的字符串对象, list第三个元素]
        System.out.println(list);
    
        //将list集合的第二个元素（包括）~到第三个元素（不包括）截取成子集合
        //输出：[第二个元素替换成新的字符串对象]
        System.out.println(list.subList(1 , 2));
    }
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\} LinkedList场景：

public class MyCollectionsDemo \{ public static void main(String\[\] args) \{ LinkedList linkedList = new LinkedList();

//将字符串元素加入队列的尾部(双端队列)
        linkedList.offer("队列的尾部");
        //将一个字符串元素加入栈的顶部(双端队列)
        linkedList.push("栈的顶部");
        //将字符串元素添加到队列的头(相当于栈的顶部)
        linkedList.offerFirst("队列的头");
    
        for (int i = 0; i < linkedList.size() ; i++ )
        {
            /**
             * 输出：
             * 队列的头
             * 栈的顶部
             * 队列的尾部
             */
            System.out.println(linkedList.get(i));
        }
        //访问、并不删除栈顶的元素
        //输出：队列的头
        System.out.println(linkedList.peekFirst());
    
        //访问、并不删除队列的最后一个元素
        //输出：队列的尾部
        System.out.println(linkedList.peekLast());
        System.out.println("end");
    
        //将栈顶的元素弹出"栈"
        //输出：队列的头
        System.out.println(linkedList.pop());
    
        //下面输出将看到队列中第一个元素被删除
        //输出：[栈的顶部, 队列的尾部]
        System.out.println(linkedList);
    
        //访问、并删除队列的最后一个元素
        //输出：队列的尾部
        System.out.println(linkedList.pollLast());
    
        //下面输出将看到队列中只剩下中间一个元素：
        //输出：[栈的顶部]
        System.out.println(linkedList);
    }
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\} Map 集合 Map是一种把键对象(key)和值对象(value)进行映射的集合（k-v）。k相当于v的索引，v仍然可以是Map类型(k-v)。 key和value都可以是任何引用类型的数据。 Map的key不允许重复，即同一个Map对象的任何两个key通过equals方法比较结果总是返回false。 key集的存储形式和Set集合完全相同(即key不能重复) value集的存储形式和List非常类似(即value可以重复、根据索引来查找) Map集合的主要实现类：

HashMap：按照哈希算法来存取key，有很好的存取性能，和HashSet一样，要求覆盖equals()方法和hasCode()方法，同时也不能保证集合中每个key-value对的顺序。 LinkedHashMap：使用双向链表来维护key-value对的次序，该链表负责维护Map的迭代顺序，与key-value对的插入顺序一致。 TreeMap：一个红黑树数据结构，每个key-value对即作为红黑树的一个节点。实现了SortedMap接口，能对key进行排序。TreeMap可以保证所有的key-value对处于有序状态。同样，TreeMap也有两种排序方式（自然排序、定制排序） Map 集合应用场景 Hashtable场景：

public class MyCollectionsDemo \{ public static void main(String\[\] args) \{ Hashtable hashtable = new Hashtable(); hashtable.put(new A(10086) , "hashtable10086"); hashtable.put(new A(10010) , "hashtable10010"); hashtable.put(new A(10011) , new B()); //输出：\{A@2766=hashtable10086, A@271b=B@65ab7765, A@271a=hashtable10010\} System.out.println(hashtable);

//只要两个对象通过equals比较返回true，Hashtable就认为它们是相等的value。
        //由于Hashtable中有一个B对象，
        //它与任何对象通过equals比较都相等，所以下面输出true。
        System.out.println(hashtable.containsValue("测试字符串"));
    
        //只要两个A对象的count相等，它们通过equals比较返回true，且hashCode相等
        //Hashtable即认为它们是相同的key，所以下面输出true。
        System.out.println(hashtable.containsKey(new A(10086)));
    
        //删除最后一个key-value对
        hashtable.remove(new A(10011));
    
        //通过返回Hashtable的所有key组成的Set集合，
        //从而遍历Hashtable每个key-value对
        for (Object key : hashtable.keySet())
        {
            /**
             * 输出：
             * A@2766---->hashtable10086
             * A@271a---->hashtable10010
             */
            System.out.print(key + "---->");
            System.out.print(hashtable.get(key) + "\n");
        }
    }
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\} class A \{ int count; public A(int count) \{ this.count = count; \} //根据count的值来判断两个对象是否相等。 public boolean equals(Object obj) \{ if (obj == this) return true; if (obj!=null && obj.getClass()==A.class) \{ A a = (A)obj; return this.count == a.count; \} return false; \} //根据count来计算hashCode值。 public int hashCode() \{ return this.count; \} \} class B \{ //重写equals()方法，B对象与任何对象通过equals()方法比较都相等 public boolean equals(Object obj) \{ return true; \} \} 当使用自定义类作为HashMap、Hashtable的key时，如果重写该类的equals(Object obj)和hashCode()方法，则应保证两个方法的判断标准一致(当两个key通过equals()方法比较返回true时，两个key的hashCode()的返回值也应该相同)

LinkedHashMap场景：

public class MyCollectionsDemo \{ public static void main(String\[\] args) \{ LinkedHashMap scores = new LinkedHashMap(); scores.put("语文" , 80); scores.put("英文" , 82); scores.put("数学" , 76); //遍历scores里的所有的key-value对 for (Object key : scores.keySet()) \{ /\*\* \* 输出： \* 语文------>80 \* 英文------>82 \* 数学------>76 \*/ System.out.println(key + "------>" + scores.get(key)); \} \} \} LinkedHashMap中的集合排序与插入的顺序保持一致

TreeMap场景：

class R implements Comparable \{ int count; public R(int count) \{ this.count = count; \} public String toString() \{ return "R\[count:" + count + "\]"; \} //根据count来判断两个对象是否相等。 public boolean equals(Object obj) \{ if (this == obj) return true; if (obj!=null && obj.getClass()==R.class) \{ R r = (R)obj; return r.count == this.count; \} return false; \} //根据count属性值来判断两个对象的大小。 public int compareTo(Object obj) \{ R r = (R)obj; return count > r.count ? 1 : count < r.count ? -1 : 0; \} \} public class MyCollectionsDemo \{ public static void main(String\[\] args) \{ TreeMap treeMap = new TreeMap(); treeMap.put(new R(10010) , "treemap10010"); treeMap.put(new R(-4396) , "treemap-4396"); treeMap.put(new R(10086) , "treemap10086");

//treeMap自动排序
        //输出：{R[count:-4396]=treemap-4396, R[count:10010]=treemap10010, R[count:10086]=treemap10086}
        System.out.println(treeMap);
    
        //返回该TreeMap的第一个Entry对象
        //输出：R[count:-4396]=treemap-4396
        System.out.println(treeMap.firstEntry());
    
        //返回该TreeMap的最后一个key值
        //输出：R[count:10086]
        System.out.println(treeMap.lastKey());
    
        //返回该TreeMap的比new R(2)大的最小key值。
        //输出：R[count:10010]
        System.out.println(treeMap.higherKey(new R(2)));
    
    
        //返回该TreeMap的比new R(2)小的最大的key-value对。
        输出：R[count:-4396]=treemap-4396
        System.out.println(treeMap.lowerEntry(new R(2)));
    
        //返回该TreeMap的子TreeMap
        输出：{R[count:-4396]=treemap-4396, R[count:10010]=treemap10010}
        System.out.println(treeMap.subMap(new R(-5000) , new R(10086)));
    }
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\} Map 集合总结

1.  Set和Map的关系十分密切，java源码就是先实现了HashMap、TreeMap等集合，然后通过包装一个所有的value都为null的Map集合实现了Set集合类。
2.  HashMap和Hashtable的效率大致相同，因为它们的实现机制几乎完全一样。但HashMap通常比Hashtable要快一点，因为Hashtable需要额外的线程同步控制
3.  TreeMap通常比HashMap、Hashtable要慢(尤其是在插入、删除key-value对时更慢)，因为TreeMap底层采用红黑树来管理key-value对
4.  使用TreeMap的一个好处就是： TreeMap中的key-value对总是处于有序状态，无须专门进行排序操作 欢迎工作一到五年的Java工程师朋友们加入Java群： 891219277 群内提供免费的Java架构学习资料（里面有高可用、高并发、高性能及分布式、Jvm性能调优、Spring源码，MyBatis，Netty,Redis,Kafka,Mysql,Zookeeper,Tomcat,Docker,Dubbo,Nginx等多个知识点的架构资料）合理利用自己每一分每一秒的时间来学习提升自己，不要再用"没有时间“来掩饰自己思想上的懒惰！趁年轻，使劲拼，给未来的自己一个交代！

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