Java集合框架详述之（Collection，List，Set）

╰半橙微兮° 2023-10-06 13:08 83阅读 0赞

## 前言 ##

#### Collection接口的层次结构图： ####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pwX2luc2lzdA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

## 一、集合概述 ##

**所有的集合类和集合接口都在java.util包下。**

*  集合实际上就是一个容器。可以来容纳其它类型的数据，可以一次容纳多个对象。（数组其实就是一个集合。）
 *  **集合不能直接存储基本数据类型，也不能直接存储java对象，集合当中存储的都是java对象的内存地址。（或者说集合中存储的是引用。）**  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pwX2luc2lzdA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]
 *  **在java中每一个不同的集合，底层会对应不同的数据结构。往不同的集合中存储元素，等于将数据放到了不同的数据结构当中。**（例如：数组、二叉树、链表、哈希表…以上这些都是常见的数据结构。）
 *  在java中集合分为两大类：

> **一类是单个方式存储元素：  
> 单个方式存储元素，这一类集合中超级父接口：java.util.Collection;  
> 一类是以键值对儿的方式存储元素  
> 以键值对的方式存储元素，这一类集合中超级父接口：java.util.Map;**

## 二、Collection详述 ##

Collection 是 List 和 Set 的父接口

### Collection接口中的常用方法： ###

*  `boolean add(E e) 向集合中添加元素`
 *  `int size();获取集合中的元素个数`
 *  `void clear();清空集合`
 *  `boolean contains(Object o) 判断当前集合是否含有o元素`
 *  `boolean remove(Object o) 删除集合中的元素`
 *  `boolean isEmpty() 判断集合是否为空`
 *  `Object[] toArray() 把集合转换为数组`

示例代码（1）：

import java.util.ArrayList;
    import java.util.Arrays;
    import java.util.Collection;
    
    public class CollectionText {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            
            Collection collection = new ArrayList();
            //向集合中添加元素
            boolean b1 = collection.add(100);
            boolean b2 = collection.add("你好，java");
            boolean b3 = collection.add("中国");
            System.out.println(b1);
            System.out.println(b2);
            System.out.println(b3);
            //获取集合中的元素个数
            int i1 = collection.size();
            System.out.println(i1);
    
            //collection.clear();
            //System.out.println(collection.size());
    
            boolean b = collection.contains(100);
            System.out.println(b);
              //删除集合中的元素
            collection.remove("中国");
            System.out.println(collection.size());
             //判断集合是否为空
            System.out.println(collection.isEmpty());
            collection.clear();
            System.out.println(collection.isEmpty());
    
            collection.add("我");
            collection.add("是");
            collection.add("中");
            collection.add("国");
            collection.add("人");
            //转换为数组
            Object[] objects=collection.toArray();
            for(int i=0;i<objects.length;i++){
        
                Object o=objects[i];
                System.out.println(o);
            }
            System.out.println(Arrays.toString(objects));
        }
    }

运行结果：

true
    true
    true
    3
    true
    2
    false
    true
    我
    是
    中
    国
    人
    [我, 是, 中, 国, 人]
    
    Process finished with exit code 0

注：Collection在使用泛型之前，可存放Object的所有子类，在使用泛型之后，只能存某个具体的类型。

### 集合的迭代（遍历） ###

迭代器是一个对象

*  所有Collection以及子类通用，Map集合不能使用。
 *  使用迭代器的步骤：

> **第一步：获取集合对象的迭代器对象**  
> **第二部：通过获取的迭代器对象进行迭代（遍历）**

*  迭代器（iterator）中的方法：

> `boolean hasNext()`; true:有元素迭代 false：无元素迭代  
> `E next() ；`返回迭代的下一个元素

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pwX2luc2lzdA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]  
示例代码（2）：

import java.util.ArrayList;
    import java.util.Collection;
    import java.util.Iterator;
    
    public class CollectionText01 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            //创建集合
            Collection c1=new ArrayList();
            c1.add(100);
            c1.add("abc");
            c1.add("def");
            c1.add(new Object());
            //第一步：获取集合对象的迭代器对象iterator
            Iterator it=c1.iterator();
            //第二步通过获取的迭代器对象进行集合遍历/迭代。
            while (it.hasNext()){
        
                Object obj=it.next();
                System.out.println(obj);
            }
        }
    }

运行结果：

100
    abc
    def
    java.lang.Object@723279cf

*  迭代器重要规律：

> 1.集合结果发生改变，迭代器需要重新获取  
> 2.迭代过程中不能调用remove()方法删除元素，会出现异常（ConcurrentModificationException）  
> 3.迭代元素的过程中使用迭代器的remove()方法删除元素

示例代码（3）：

import java.util.ArrayList;
    import java.util.Collection;
    import java.util.Iterator;
    
    public class CollectionText05 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Collection c=new ArrayList();
            //ConcurrentModificationException异常！！！
            //Iterator it=c.iterator();
    
            c.add(1);
            c.add(2);
            c.add(3);
            Iterator it=c.iterator();
            while (it.hasNext()){
        
                Object o=it.next();
                // 没有更新迭代器
                //c.remove();直接通过集合，没有通知迭代器（导致迭代器快照与原集合状态不同）
                //更新迭代器 。
                it.remove(); //删除的是迭代器指向的当前对象。
                System.out.println(o);
            }
            System.out.println(c.size());
        }
    }

运行结果：

1
    2
    3
    0

## 三、List详述 ##

*  List集合存储元素特点：有序，可重复！

> 他们都是有顺序的，也就是放进去是什么顺序，取出来还是什么顺序，也就是基于线性存储，可以看作是一个可变数组

*  **List 接口下面主要有三个实现 ArrayList 、LinkedList和Vector**

### List接口的常用方法： ###

*  `void add(int index, E element) 在列表中指定的位置上插入指定的元素`
 *  `E get(int index) 根据下标获取元素`
 *  `int indexOf(Object o) 返回此列表中指定元素的第一个出现的索引`
 *  `int lastIndexOf(Object o) 返回此列表中指定元素的最后一个发生的索引`
 *  `E remove(int index) 移除此列表中指定下标的元素`
 *  `E set(int index, E element) 用指定元素替换此列表中指定位置的元素`

示例代码（4）：

import java.util.ArrayList;
    import java.util.Iterator;
    import java.util.List;
    
    public class ListText01 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            //创建list类型集合
            List list=new ArrayList();
            //添加元素,将指定的元素到这个列表的末尾
            list.add("a");
            list.add("b");
            list.add("c");
    
            //在列表中指定的位置上插入指定的元素(效率低！！！)
            list.add(1,"ooo");
    
            //迭代器
            Iterator it=list.iterator();
            while(it.hasNext()){
        
                Object o=it.next();
                System.out.println(o);
            }
            System.out.println("=================================");
    
            //根据下标获取元素
            Object o=list.get(0);
            System.out.println(o);
    
            //list集合特有的遍历方法！！
            for(int i=0;i<list.size();i++){
        
                System.out.println( list.get(i));
            }
    
            // 返回此列表中指定元素的第一个出现的索引
            System.out.println(list.indexOf("b"));
            //返回此列表中指定元素的最后一个发生的索引
            System.out.println(list.lastIndexOf("c"));
    
            System.out.println("=============================");
    
            //移除此列表中指定位置的元素
            list.remove(1);
            System.out.println(list.size());//3
            //用指定元素替换此列表中指定位置的元素
            list.set(0,"n");
            System.out.println(list.get(0));
        }
    }

运行结果：

a
    ooo
    b
    c
    ==============================
    a
    a
    ooo
    b
    c
    2
    3
    =============================
    3
    n

### ArrayList类 ###

*  ArrayList底层是Object类型的数组。
 *  ArrayList集合初始化容量10。添加第一个元素时，创建长度为10的空数组。
 *  扩容机制：扩容为原容量1.5倍。

> ArrayList集合优化：尽可能少的扩容，数组扩容效率低。

*  ArrayList集合优缺点：

> 优点：查询数据比较快，检索效率高  
> 缺点：添加和删除数据比较慢，无法存大数据量（向数组末尾添加元素效率高）

*  ArrayList是非线程安全

示例代码（5）：

import java.util.*;
    
    public class ArrayListText01 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
           //初始化容量为10
            List list1=new ArrayList();
            //初始化容量为20
            List  list2=new ArrayList(20);
    
            Collection c=new ArrayList();
            c.add("cccc");
            c.add("bvncm");
            c.add("mnkj");
    
            Iterator it=c.iterator();   
            while (it.hasNext()){
        
                Object o= it.next();
                System.out.println(o);
            }
        }
    }

运行结果：

cccc
    bvncm
    mnkj

### LinkedList类 ###

*  LinkedList底层是基于链表数据结构。
 *  LinkedList集合优缺点：

> 优点：添加和删除数据比较快，随机增删效率高  
> 缺点：查询数据比较慢，检索效率低。

### Vector类 ###

*  Vector初始化容量是10.
 *  扩容为原容量的2倍。
 *  Vector底层是数组。
 *  Vector底层是线程安全的，但是效率低

### 泛型机制（jdk1.5之后新特性） ###

*  只在编译时起作用，给编译器参考
 *  泛型优缺点：

> 优点：  
> 1.集合中存储元素类型统一  
> 2.集合中去除掉元素是泛型指定的类型，无需进行向下转型。  
> 缺点：导致集合中元素缺乏多样性

*  JDK8新特性：钻石表达式

List<String> list = new ArrayList<>();
    	类型自动推断！

示例代码（6）：

#### 使用泛型之前 ####

自定义类：

class Animal{
        
        public void run(){
        
            System.out.println("动物在移动！！");
        }
    }
    class Cat extends Animal{
        
        public void catchMouse(){
        
            System.out.println("猫抓老鼠");
        }
    }
    
    class Dog extends Animal{
        
        public void fly(){
        
            System.out.println("狗在飞");
        }
    }

测试类：

import java.util.ArrayList;
    import java.util.Iterator;
    import java.util.List;
    
    /**
     * jdk5.0之后的特性：泛型
     */
    public class GenericText {
        
        //使用泛型之前
        public static void main(String[] args) {
        
            List list = new ArrayList();
    
            Cat cat = new Cat();
            Dog dog = new Dog();
    
            list.add(cat);
            list.add(dog);
    
            Iterator it = list.iterator();
    
            while (it.hasNext()) {
        
                Object o = it.next();
                if (o instanceof Animal) {
        
                    ((Animal) o).run();
                }
            }
        }
    }

运行结果：

动物在移动！！
    动物在移动！！

#### 使用泛型之后 ####

测试类：

public class GenericText {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            //使用泛型List<Animal>后，表示List集合只能存储Animal类型的元素
            //泛型指定集合中存储的数据类型
            List<Animal> list = new ArrayList<Animal>();
    
            Cat cat = new Cat();
            Dog dog = new Dog();
    
            list.add(cat);
            list.add(dog);
            //表示迭代器迭代Animal类型
            Iterator<Animal> it = list.iterator();
            while (it.hasNext()) {
        
                //使用泛型后，迭代器每一次返回的数据是Animal类型
                Animal a = it.next();
                //无需强转，直接调用
                a.run();
                if (a instanceof Cat) {
        
                    ((Cat) a).catchMouse();
                } else if (a instanceof Dog) {
        
                    ((Dog) a).fly();
                }
            }
        }
    }

运行结果：

动物在移动！！
    猫抓老鼠
    动物在移动！！
    狗在飞

> 一起找不同吧！！！！！

## 四、Set详述 ##

*  Set集合存储元素特点：无序不可重复。

> 无序表示存进去是这个顺序，取出来就不一定是这个顺序了，另外Set集合中元素没有下标。Set集合中的元素还不能重复。

### HashSet类 ###

> HashSet 中的数据是无序的不可重复的。HashSet 按照哈希算法存取数据的，具有非常好性能，它的工作原理是这样的，当向 HashSet 中插入数据的时候，他会调用对象的 hashCode 得到该对象的哈希码，然后根据哈希码计算出该对象插入到集合中的位置。

*  HashSet不是同步的；
 *  集合元素值可以是null；

> 如果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，然后根据该hashCode值决定该对象在HashSet中的存储位置。如果有两个元素通过equals方法比较true，但它们的hashCode方法返回的值不相等，HashSet将会把它们存储在不同位置，依然可以添加成功。  
> **HashSet集合判断两个元素的标准是两个对象通过equals方法比较相等，并且两个对象的hashCode方法返回值也相等。**

特别是向 HashSet 或 HashMap 中加入数据时必须同时覆盖 equals 和 hashCode 方法，应该养成一种习惯覆盖 equals 的同时最好同时覆盖 hashCode

*  Java语法要求：

> 两个对象 equals 相等，那么它的 hashcode 相等  
> 两个对象 equals 不相等，那么它的 hashcode 并不要求它不相等，但一般建议不相等  
> hashcode 相等不代表两个对象相等（采用 equals 比较）

#### 哈希表 ####

*  一个元素为链表的数组，综合了数组与链表的优点。

示例代码（7）：

#### 没有重写hashCode和equals之前 ####

自定义类：

测试类：

import java.util.HashSet;
    import java.util.Set;
    
    public class HashMapText02 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Student s1 = new Student("zhangsan");
            Student s2 = new Student("zhangsan");
    
            System.out.println(s1.equals(s2));
            //重写hashCode之前
            System.out.println("s1hashCode值：" + s1.hashCode());
            System.out.println("s2hashCode值：" + s2.hashCode());
    
            Set<Student> set=new HashSet<>();
            set.add(s1);
            set.add(s2);
            System.out.println(set.size());//2
          }
    }

运行结果：

false
    s1hashCode值：284720968
    s2hashCode值：122883338
    2

#### 重写hashCode和equals之后 ####

自定义类：

public class Student {
        
        private String name;
    
        public Student() {
        
    
        }
    
        public Student(String name) {
        
            this.name = name;
        }
    
        public String getName() {
        
            return name;
        }
    
        public void setName(String name) {
        
            this.name = name;
        }
    
        //equals方法
        public boolean equals(Object o) {
        
            if (this == o) return true;
            if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
            Student student = (Student) o;
            return Objects.equals(name, student.name);
        }
    
        //hashCode方法
        public int hashCode() {
        
            return Objects.hash(name);
        }
    }

测试类：

import java.util.HashSet;
    import java.util.Set;
    
    public class HashMapText02 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Student s1 = new Student("zhangsan");
            Student s2 = new Student("zhangsan");
    
            System.out.println(s1.equals(s2));
            //重写hashCode之后
            System.out.println("s1hashCode值：" + s1.hashCode());
            System.out.println("s2hashCode值：" + s2.hashCode());
    
       Set<Student> set=new HashSet<>();
            set.add(s1);
            set.add(s2);
            System.out.println(set.size());//1
        }
    }

运行结果：

true
    s1hashCode值：-1432604525
    s2hashCode值：-1432604525
    1

> 找呀找呀，找不同。

### TreeSet类 ###

*  TreeSet是SortedSet接口的实现类，TreeSet可以确保集合元素处于排序状态。
 *  TreeSet 可以对 Set 集合进行排序，默认自然排序（即升序）
 *  TreeSet 是可排序的
 *  TreeSet集合对自定义数据可以排序方法：

> 第一种：Java提供了一个Comparable接口，该接口里定义了一个compareTo(Object obj)方法，该方法返回一个整数值，实现该接口的类必须实现该方法，实现了该接口的类必须实现该方法，实现接口的类就可以比较大小了。当调用一个一个对象调用该方法与另一个对象进行比较obj1.compareTo(obj2)如果返回0表示两个对象相等；如果返回正整数则表明obj1大于obj2,如果是负整数则相反。  
> 第二种：在构造TreeSet或TreeMap集合时给他一个比较器对象。比较规则自己写！！！

*  Comparable 与Comparator区别？

> 当比较规则不会发生改变时或比较规则只用一个时建议实现Comparable接口  
> 当比较规则有多个，并且需要多个比较规则之间进行切换，建议使用与Comparator  
> 编写比较器可以改变规则！！！  
> Comparator区别符合OCT原则

#### 红黑树（自平衡二叉树） ####

*  TreeSet内部实现的是红黑树，默认整形排序为从小到大。
 *  三种遍历方式：前序遍历，中序遍历，后序遍历。（前中后指的是根的位置）
 *  TreeSet采用中序遍历方式。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pwX2luc2lzdA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pwX2luc2lzdA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 4]  
示例代码（8）：

import java.util.TreeSet;
    
    public class TreeMapText01 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            //
            TreeSet<String> ts=new TreeSet();
            ts.add("zhangsan");
            ts.add("wangwu");
            ts.add("make");
            ts.add("langlang");
            for (String s: ts){
        
                System.out.println(s);
            }
            System.out.println("=============================");
            TreeSet<Integer> ts2=new TreeSet();
            ts2.add(200);
            ts2.add(300);
            ts2.add(600);
            ts2.add(14);
            for (Integer i:ts2){
        
                System.out.println(i);
            }
        }
    }

运行结果：

langlang
    make
    wangwu
    zhangsan
    =============================
    14
    200
    300
    600
    
    Process finished with exit code 0

从以上结果可以看出，String类和Integer类都实现了这个接口。  
示例代码（9）：

#### 实现Comparable接口 ####

Customer类：

class Customer implements Comparable<Customer>{
        
        int age;
    
        public Customer(int age) {
        
            this.age = age;
        }
        //需要在此方法写比较的逻辑，或者说出比较规则，按照什么进行比较！！
        //比较规则自己定
    
        public int compareTo(Customer o) {
        //c1.comperTo(c2);
            //this是c1,o是c2
            //c1与c2比较，就是this与c比较
           // return this.age-o.age;
            return o.age-this.age;
        }
    
        @Override
        public String toString() {
        
            return "Customer{" + "age=" + age + '}';
        }
    }

测试类：

import java.util.TreeSet;
    
    public class TreeSetText03 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Customer p = new Customer(23);
            Customer p2 = new Customer(100);
            Customer p3 = new Customer(30);
            Customer p4 = new Customer(65);
            Customer p5 = new Customer(46);
    
            TreeSet<Customer> treeSet = new TreeSet<>();
    
            treeSet.add(p);
            treeSet.add(p2);
            treeSet.add(p3);
            treeSet.add(p4);
            treeSet.add(p5);
            for (Customer c : treeSet) {
        
                System.out.println(c);
            }
        }
    }

运行结果：

Customer{
        age=100}
    Customer{
        age=65}
    Customer{
        age=46}
    Customer{
        age=30}
    Customer{
        age=23}

示例代码（10）：

#### 比较器进行排序 ####

WuGui类：

class WuGui {
        
        int age;
    
        public WuGui(int age) {
        
            this.age = age;
        }
    
        @Override
        public String toString() {
        
            return "WuGui{" +
                    "age=" + age +
                    '}';
        }
    }

比较器：

//单独在这里编写一个比较器
    //比较实现java.util.Comparator接口。（Comparable是java.lang包下的，Comparator接口是java.util包下）
    
    class WuguiComparator implements Comparator<WuGui> {
        
    
        public int compare(WuGui o1, WuGui o2) {
        
            return o1.age - o2.age;
        }
    }

测试类：

import java.util.Comparator;
    import java.util.TreeSet;
    
    public class TreeSetText05 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            //创建TreeSet时，需要使用比较器
            //TreeSet<WuGui> wuGuis=new TreeSet<>();这样不行，没有通过构造方法构造一个比较器进去
            //给构造方法添加一个比较器
            TreeSet<WuGui> wuGuis = new TreeSet<>(new WuguiComparator());
            wuGuis.add(new WuGui(200));
            wuGuis.add(new WuGui(30));
            wuGuis.add(new WuGui(50));
            wuGuis.add(new WuGui(10));
            wuGuis.add(new WuGui(100));
    
            for (WuGui w : wuGuis) {
        
                System.out.println(w);
            }
        }
    }

运行结果：

WuGui{
        age=10}
    WuGui{
        age=30}
    WuGui{
        age=50}
    WuGui{
        age=100}
    WuGui{
        age=200}

**改进上面测试类（使用匿名内部类）代码如下：**

public class TreeSetText05 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
      //第三种！！ //使用匿名内部类的方式  这个类没有名字，直接new接口！！
            TreeSet<WuGui> wuGuis = new TreeSet<>(new Comparator<WuGui>() {
        
                @Override
                public int compare(WuGui o1, WuGui o2) {
        
                    return o1.age - o2.age;
                }
            });
            wuGuis.add(new WuGui(200));
            wuGuis.add(new WuGui(30));
            wuGuis.add(new WuGui(50));
            wuGuis.add(new WuGui(10));
            wuGuis.add(new WuGui(100));
    
            for (WuGui w : wuGuis) {
        
                System.out.println(w);
            }
        }
    }

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[Java]: https://blog.csdn.net/Zp_insist/article/details/107234792
[Link 1]: https://blog.csdn.net/Zp_insist/article/details/106760228
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