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Java基础(集合)

前言

Java集合可分为 CollectionMap 两种体系:

  • Collection接口:单列数据,定义了存取一组对象的方法的集合
    • List:元素有序、可重复的集合
    • Set:元素无序、不可重复的集合
  • Map接口:双列数据,保存具有映射关系的键值对的集合

Collection接口中的方法

  • add(Object e):将元素e添加到集合中

  • size():获取添加的元素的个数

  • addAll(Collection coll1):将coll1集合中的元素添加到当前的集合中

  • isEmpty():判断当前集合是否为空

  • clear():清空集合元素

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Collection coll = new ArrayList();

//add(Object e):将元素e添加到集合coll中
coll.add("AA");
coll.add("BB");
coll.add(123);//自动装箱
coll.add(new Date());

//size():获取添加的元素的个数
System.out.println(coll.size());//4

//addAll(Collection coll1):将coll1集合中的元素添加到当前的集合中
Collection coll1 = new ArrayList();
coll1.add(456);
coll1.add("CC");
coll.addAll(coll1);

System.out.println(coll.size());//6
System.out.println(coll);

//clear():清空集合元素
coll.clear();

//isEmpty():判断当前集合是否为空
System.out.println(coll.isEmpty());
  • contains(Object obj):判断当前集合中是否包含obj,在判断时会调用obj对象所在类的equals()

  • containsAll(Collection coll1):判断形参coll1中的所有元素是否都存在于当前集合中

  • remove(Object obj):从当前集合中移除obj元素。

  • removeAll(Collection coll1)(差集):从当前集合中移除coll1中所有的元素。

  • retainAll(Collection coll1):交集:获取当前集合和coll1集合的交集,并返回给当前集合

  • equals(Object obj):要想返回true,需要当前集合和形参集合的元素都相同。

  • hashCode():返回当前对象的哈希值

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Collection coll = new ArrayList();
coll.add(123);
coll.add(456);
//Person p = new Person("Jerry",20);
//coll.add(p);
coll.add(new Person("Jerry",20));

//1.contains(Object obj):判断当前集合中是否包含obj
//我们在判断时会调用obj对象所在类的equals()。
boolean contains = coll.contains(123);
System.out.println(contains);
System.out.println(coll.contains(new String("Tom")));
//System.out.println(coll.contains(p));//true
System.out.println(coll.contains(new Person("Jerry",20)));//false -->true

//2.containsAll(Collection coll1):判断形参coll1中的所有元素是否都存在于当前集合中。
Collection coll1 = Arrays.asList(123,4567);
System.out.println(coll.containsAll(coll1));

//3.remove(Object obj):从当前集合中移除obj元素。
coll.remove(123);
System.out.println(coll);

//4. removeAll(Collection coll1):差集:从当前集合中移除coll1中所有的元素。
Collection coll1 = Arrays.asList(123,456);
coll.removeAll(coll1);
System.out.println(coll);

//5.retainAll(Collection coll1):交集:获取当前集合和coll1集合的交集,并返回给当前集合
Collection coll1 = Arrays.asList(123,456,789);
coll.retainAll(coll1);
System.out.println(coll);
  • 集合 —>数组:toArray()
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Object[] arr = coll.toArray();
for(int i = 0;i < arr.length;i++){
System.out.println(arr[i]);
}
  • 数组 —>集合:调用Arrays类的静态方法asList()
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List<String> list = Arrays.asList(new String[]{"AA", "BB", "CC"});
System.out.println(list);

集合元素的遍历操作——迭代器Iterator接口

  • hasNext()和next()方法
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Collection<String> list = new ArrayList<>();
list.add("a");
list.add("b");
list.add("c");
System.out.println(list);
System.out.println(list.size());
Iterator<String> it = list.iterator(); //迭代器
while (it.hasNext()){ //遍历集合元素
String str = it.next();
System.out.println(str);
if("b".equals(str)){ //remove()方法
it.remove();
}
}
  • 内部定义了remove()方法,可以在遍历的时候,删除集合中的元素。不过此方法不同于集合直接调用remove()。

Collection子接口——List接口

常用实现类

  • ArrayList
  • LinkedList
  • Vector

三者异同:

​ 同:存储有序的、可重复的数据。

​ 异:ArrayList:作为List接口的主要实现类;线程不安全的,效率高;底层使用Object[] elementData存储。

LinkedList:对于频繁的插入、删除操作,使用此类效率比ArrayList高;底层使用双向链表存储。

Vector:作为List接口的古老实现类;线程安全的,效率低;底层使用Object[] elementData存储

List接口常用方法

void add(int index, Object ele): 在index位置插入ele元素
boolean addAll(int index, Collection eles): 从index位置开始将eles中的所有元素添加进来
Object get(int index): 获取指定index位置的元素
int indexOf(Object obj): 返回obj在集合中首次出现的位置
int lastIndexOf(Object obj): 返回obj在当前集合中末次出现的位置
Object remove(int index): 移除指定index位置的元素,并返回此元素
Object set(int index, Object ele): 设置指定index位置的元素为ele
List subList(int fromIndex, int toIndex): 返回从fromIndex到toIndex位置的子集合(左闭右开)

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 List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("A");
list.add("B");
list.add("C");
list.add("D");

list.add(2,"我");
System.out.println(list); //[A, B, 我, C, D]

String str = list.get(1);
System.out.println(str); //B

System.out.println(list.indexOf("B")); //1

list.remove(4);
System.out.println(list); //[A, B, 我, C]

list.set(3,"爱");
System.out.println(list); //[A, B, 我, 爱]

System.out.println(list.subList(1,3)); //[B, 我]

常用方法

  • 增:add(Object obj)

  • 删:remove(int index) / remove(Object obj)

  • 改:set(int index, Object ele)

  • 查:get(int index)

  • 插:add(int index, Object ele)

  • 长度:size()

  • 遍历:① Iterator迭代器方式

    ② 增强for循环
    ③ 普通的循环

    //方式一:Iterator迭代器方式

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Iterator iterator = list.iterator();
while(iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}

//方式二:增强for循环

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for(Object obj : list){
System.out.println(obj);
}

//方式三:普通for循环

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for(int i = 0;i < list.size();i++){
System.out.println(list.get(i));
}

Collection子接口——Set接口

常用实现类

  • HashSet
  • LinkedHashSet
  • TreeSet

三者异同:

​ 同:存储无序的、不可重复的数据。

​ 异:HashSet:作为Set接口的主要实现类;线程不安全的;可以存储null值

LinkedHashSet:作为HashSet的子类;遍历其内部数据时,可以按照添加的顺序遍历

TreeSet:可以按照添加对象的指定属性,进行排序


Set接口的无序与不可重复的理解

以HashSet为例说明:

  1. 无序性:不等于随机性。存储的数据在底层数组中并非按照数组索引的顺序添加,而是根据数据的哈希值决定的。

  2. 不可重复性:保证添加的元素按照equals()判断时,不能返回true。即:相同的元素只能添加一个。

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Set set = new HashSet();
set.add(1);
set.add(2);
set.add("A");
set.add(1);
Iterator it = set.iterator();
while (it.hasNext()){
System.out.println(it.next());
}

结果:

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A
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HashSet添加元素的过程

比如向HashSet中添加元素a,首先调用元素a所在类的hashCode()方法,计算元素a的哈希值,此哈希值接着通过某种算法计算出在HashSet底层数组中的存放位置(即为:索引位置),判断数组此位置上是否已经有元素:
如果此位置上没有其他元素,则元素a添加成功。(情况1)
如果此位置上有其他元素b(或以链表形式存在的多个元素),则比较元素a与元素b的hash值:
如果hash值不相同,则元素a添加成功。(情况2)
如果hash值相同,进而需要调用元素a所在类的equals()方法:
equals()返回true,元素a添加失败
equals()返回false,则元素a添加成功。(情况3)

对于添加成功的情况2和情况3而言:元素a 与已经存在指定索引位置上数据以链表的方式存储。
jdk 7 :元素a放到数组中,指向原来的元素。
jdk 8 :原来的元素在数组中,指向元素a

总结:七上八下(类似于哈希表)

HashSet底层:数组+链表的结构

  1. Set接口中没有额外定义新的方法,使用的都是Collection中声明过的方法。
  2. 要求:向Set(主要指:HashSet、LinkedHashSet)中添加的数据,其所在的类一定要重写hashCode()和equals()方法。其中,重写的hashCode()和equals()尽可能保持一致性使相等的对象必须具有相等的散列码
  3. 重写两个方法的小技巧:对象中用作 equals() 方法比较的 Field,都应该用来计算 hashCode 值。

LinkedHashSet的使用

LinkedHashSet作为HashSet的子类,在添加数据的同时,每个数据还维护了两个引用,记录此数据前一个数据和后一个数据。
优点:对于频繁的遍历操作,LinkedHashSet效率高于HashSet

TreeSet的自然排序和定制排序

  • 向TreeSet中添加的数据,要求是相同类的对象。
  • 两种排序方式:自然排序(实现Comparable接口) 和 定制排序(Comparator)
    • 自然排序中,比较两个对象是否相同的标准为:compareTo()返回0,不再是equals().
    • 定制排序中,比较两个对象是否相同的标准为:compare()返回0,不再是equals().
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TreeSet set = new TreeSet();
set.add(34);
set.add(-34);
set.add(43);
set.add(11);
set.add(8);
Iterator it = set.iterator();
while (it.hasNext()){
System.out.println(it.next());
}

结果:

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面试题

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HashSet set = new HashSet();
Person p1 = new Person(1001,"AA");
Person p2 = new Person(1002,"BB");

set.add(p1);
set.add(p2);
System.out.println(set);

p1.name = "CC";
set.remove(p1);
System.out.println(set);
set.add(new Person(1001,"CC"));
System.out.println(set);
set.add(new Person(1001,"AA"));
System.out.println(set);

其中Person类中重写了hashCode()和equal()方法

结果:

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[Person{id=1002, name='BB'}, Person{id=1001, name='AA'}]
[Person{id=1002, name='BB'}, Person{id=1001, name='CC'}]
[Person{id=1002, name='BB'}, Person{id=1001, name='CC'}, Person{id=1001, name='CC'}]
[Person{id=1002, name='BB'}, Person{id=1001, name='CC'}, Person{id=1001, name='CC'}, Person{id=1001, name='AA'}]

Map接口

常用实现类

  • HashMap
  • TreeMap
  • Hashtable

三者异同:

​ 同:双列数据,存储key-value对的数据。

​ 异:HashMap:作为Map的主要实现类;线程不安全的,效率高;存储null的key和value

TreeMap:保证按照添加的key-value对进行排序,实现排序遍历。此时考虑key的自然排序或定制排序,底层使用红黑树

Hashtable:作为古老的实现类;线程安全的,效率低;不能存储null的key和value

HashMap的底层数组+链表 (jdk7及之前)

数组+链表+红黑树 (jdk 8)


Map结构的说明

Map中的key:无序的、不可重复的,使用Set存储所有的key —> key所在的类要重写equals()和hashCode() (以HashMap为例);

Map中的value:无序的、可重复的,使用Collection存储所有的value —>value所在的类要重写equals();

Map中的entry:一个键值对key-value构成了一个Entry对象,无序的、不可重复的,使用Set存储所有的entry。

HashMap添加元素的过程

HashMap map = new HashMap();在实例化以后,底层创建了长度是16的一维数组Entry[] table。

map.put(key1,value1);

首先,调用key1所在类的hashCode()计算key1哈希值,此哈希值经过某种算法计算以后,得到在Entry数组中的存放位置。

  • 如果此位置上的数据为空,此时的key1-value1添加成功。 (情况1)

  • 如果此位置上的数据不为空,(意味着此位置上存在一个或多个数据(以链表形式存在)),比较key1和已经存在的一个或多个数据的哈希值:

    • 如果key1的哈希值与已经存在的数据的哈希值都不相同,此时key1-value1添加成功。 (情况2)
    • 如果key1的哈希值和已经存在的某一个数据(key2-value2)的哈希值相同,继续比较:调用key1所在类的equals(key2)方法,比较:
      • 如果equals()返回false:此时key1-value1添加成功。 (情况3)
      • 如果equals()返回true:使用value1替换value2

补充:关于情况2和情况3:此时key1-value1和原来的数据以链表的方式存储。

在不断的添加过程中,会涉及到扩容问题,当超出临界值(且要存放的位置非空)时,扩容。默认的扩容方式:扩容为原来容量的2倍,并将原有的数据复制过来。

jdk8 相较于jdk7在底层实现方面的不同:

    1. new HashMap():底层没有创建一个长度为16的数组
    1. jdk 8底层的数组是:Node[],而非Entry[]
    1. 首次调用put()方法时,底层创建长度为16的数组
    1. jdk7底层结构只有:数组+链表。jdk8中底层结构:数组+链表+红黑树。形成链表时,七上八下(jdk7:新的元素指向旧的元素。jdk8:旧的元素指向新的元素)。当数组的某一个索引位置上的元素以链表形式存在的数据个数 > 8 且当前数组的长度 > 64时,此时此索引位置上的所数据改为使用红黑树存储

Map接口的常用方法

  • 添加、删除、修改操作:
    Object put(Object key,Object value):将指定key-value添加到(或修改)当前map对象中
    void putAll(Map m):将m中的所有key-value对存放到当前map中
    Object remove(Object key):移除指定key的key-value对,并返回value
    void clear():清空当前map中的所有数据
  • 元素查询的操作:
    Object get(Object key):获取指定key对应的value
    boolean containsKey(Object key):是否包含指定的key
    boolean containsValue(Object value):是否包含指定的value
    int size():返回map中key-value对的个数
    boolean isEmpty():判断当前map是否为空
    boolean equals(Object obj):判断当前map和参数对象obj是否相等
  • 元视图操作的方法:
    Set keySet():返回所有key构成的Set集合
    Collection values():返回所有value构成的Collection集合
    Set entrySet():返回所有key-value对构成的Set集合
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Map<Integer,String> map = new HashMap<>();
map.put(1,"a");
map.put(2,"b");
map.put(3,"c");
map.put(1,"d"); //修改值
System.out.println(map); //{1=d, 2=b, 3=c}
map.remove(2);
System.out.println(map); //{1=d, 3=c}
System.out.println(map.get(1)); //d
System.out.println(map.size()); //2
System.out.println(map.containsKey(3)); //true
System.out.println(map.containsValue("A")); //false

//遍历所有的key集:keySet()
System.out.println("key:");
Set set = map.keySet();
Iterator iterator = set.iterator();
while(iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}
System.out.println("value:");
//遍历所有的value集:values()
Collection values = map.values();
for(Object obj : values){
System.out.println(obj);
}
System.out.println();
//遍历所有的key-value
//方式一:entrySet()
Set entrySet = map.entrySet();
Iterator iterator1 = entrySet.iterator();
while (iterator1.hasNext()){
Object obj = iterator1.next();
//entrySet集合中的元素都是entry
Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
System.out.println(entry.getKey() + "-->" + entry.getValue());

}
System.out.println();
//方式二:
Set keySet = map.keySet();
Iterator iterator2 = keySet.iterator();
while(iterator2.hasNext()) {
Object key = iterator2.next();
Object value = map.get(key);
System.out.println(key + "-->" + value);
}

常用方法

  • 添加:put(Object key,Object value)
  • 删除:remove(Object key)
  • 修改:put(Object key,Object value)
  • 查询:get(Object key)
  • 长度:size()
  • 遍历:keySet() / values() / entrySet()

TreeMap的自然排序和定制排序

向TreeMap中添加key-value,要求key必须是由同一个类创建的对象。因为要按照key进行排序:自然排序 、定制排序

Collections工具类

reverse(List):反转 List 中元素的顺序
shuffle(List):对 List 集合元素进行随机排序
sort(List):根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素按升序排序
sort(List,Comparator):根据指定的 Comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序
swap(List,int, int):将指定 list 集合中的 i 处元素和 j 处元素进行交换

Object max(Collection):根据元素的自然顺序,返回给定集合中的最大元素
Object max(Collection,Comparator):根据 Comparator 指定的顺序,返回给定集合中的最大元素
Object min(Collection)
Object min(Collection,Comparator)
int frequency(Collection,Object):返回指定集合中指定元素的出现次数
void copy(List dest,List src):将src中的内容复制到dest中
boolean replaceAll(List list,Object oldVal,Object newVal):使用新值替换 List 对象的所有旧值

-------------本文结束感谢您的阅读-------------