Java集合类框架学习

一．Java集合类概述

1.集合类：为了保存数量不确定的数据，以及具有映射关系的数据（关联数组）。集合类主要负责保存和盛装其他数据，因此集合类又叫做容器类。

2.集合类与数组的区别：

①   集合类中的数据数量不确定，而数组中数据的数量确定。

②   数组中的数据既可以是基本数据类型，又可以是对象。而集合类中只能保存对象。

3.Java集合框架的根接口：Collection和Map

 

Map保存的的每一项数据都是一个key-value对，其中key是不重复的。

二．Collection接口和Iterator接口

         1.Collection接口

add,addAll,clear,contains,containAll,,remove,removeAll,size,isEmpty,toArray,iterator,re-tainAll等

         2.Iterator接口

                   Iterator对象被称为迭代器，用于遍历集合中的元素。

                   三个方法：hasNext，next，remove

                   注意：

①   使用Iterator对集合元素进行迭代时，并不是把集合元素本身赋给迭代变量，而是把集合元素的值赋给迭代变量，所以修改迭代元素的值对于集合不会有任何影响。

②   使用Iterator对集合元素进行迭代时，集合元素不能被改变（Iterator的remove方法除外），否则会产生异常。

3.foreach循环

                  利用foreach循环也可以遍历集合中的元素。

                  与Iterator注意的两点相同。

三．Set接口

         Set集合类似于一个罐子，其中的元素无序且不相等。Set集合判断两个元素是否相等是根据equal方法，而不是根据“==”来判断。

         1.HashSet类

                   HashSet是根据哈希算法来存取集合中的元素。

                   HashSet集合判断两个元素相等的标准是：通过equals方法比较两个对象相等，并且hashCode方法的返回值也相等。

                   注意：

①   如果一个类重写equals方法，那么相应的也要重写hashCode方法。规则是：如果两个对象通过equals方法比较返回true，那么它们的hashCode方法的返回值也应该相同。

②   当向HashSet集合中添加可变对象时要格外注意，因为通过对可变对象的修改可能会导致HashSet集合中的两个元素完全相同，但是又处于不同的位置，从而导致HashSet集合无法准确的访问该对象。

LinkedHashSet类，是HashSet的子类，与HashSet类不同的是，它通过链表维持集合中元素的顺序，使得集合中的元素看起来时按照插入顺序保存的。

                   2.TreeSet类

                            继承了SortedSet接口，确保集合中的元素处于排序状态。

                            与HashSet类相比增加了如下几个方法：

                                     first,last,lower,higher,subset,headSet,tailSet,comparator

TreeSet并不是按照元素的插入顺序进行排序，TreeSet支持两种排序算法：自然排序和定制排序。

·自然排序：TreeSet调用元素的compareTo方法来比较元素的大小关系，然后按照升序排列。如果试图将一个对象加入TreeSet集合，那么这个对象所对应的类必须实现Comparable接口，否则会抛出异常。向TreeSet集合中加入的必须是同一类型的对象，否则也会抛出异常。

TreeSet集合中两个对象完全相同的标准是：通过equals方法比较返回true，并且同compareTo方法比较返回0.

当向TreeSet中加入可变对象时要格外注意，对可变对象修改后，排序不会发生变化，删除元素也可能会失败，因为TreeSet中可能存在两个完全相同的元素。

总之，不要向HashSet和TreeSet中加入可变对象。

·定制排序：通过Comparator接口实现。加入TreeSet集合中的元素没有必要再实现Comparable接口，但是加入加入TreeSet集合中的元素仍然需要是同一类型。

                   3.EnumSet类

                            EnumSet是专为枚举类设计的集合类，EnumSet集合的元素必须为指定枚举类型的枚举值。

                          EnumSet没有暴露任何构造方法来构造该类的对象，要构造该类的对象必须通过EnumSet本身提供的静态方法。

                            主要的静态方法如下：

                            allOf,noneOf,of,range,copyof(EnumSet),copyOf(Collection),complementOf

                   如何选择实现Set接口的各个类：

                   ·HashSet类的性能总是比TreeSet类的性能要好，而TreeSet类在需要排序时才使用。

                   ·HashSet类的性能比LinkedHashSet类的性能也要略好一些，但是LinkedHashSet类在遍历集合元素时要快一些。

                   ·EnumSet是所有的Set实现类中性能最好的，但是只能保存枚举类型的元素。

                   ·Set实现类都不是线程安全的。

四．List接口

         List是一个有序的集合，List集合中的每一个元素都有其对应的索引，所以List集合中的元素允许重复。List按照添加元素的先后顺序设置索引。

         1.List接口与ListIterator接口

                   与Collection接口不同，List接口中增加一些根据索引操作元素的方法。

                   List接口中的方法：

                   ·添加元素：add(Object),add(index,Object),addAll(Collection),addAll(index,Collection)

                   ·删除元素：remove(Object),removeAll(Collection),remove(index)

                   ·获取元素：get(index)

                   ·替换元素：set(index,Object)

                   ·截取元素：subList(fromIndex,toIndex)

                   ·返回索引值：indexOf(Object),lastIndexOf(Object)

                   ListIterator接口是Iterator接口的子接口，它增加了一些新的方法，专门用来操作List集合。

                   ListIterator接口中新增加的方法有：

                   ·hasPrevious()

                   ·previous()

                   ·add()

         2.ArrayList和Vector实现类

                   ArrayList和Vector类都是基于数组实现的，所以ArrayList和Vector都封装了一个动态分配大小的数组Object[]。ArrayList和Vector类都有一个属性capacity，表示它们封装的数组Object[]的大小，capacity会随集合中元素的个数变化而自动变化。

                   ArrayList和Vector类可以通过以下方法来操作capacity属性：

                   ·ensureCapacity(minCapacity)

                   ·trimToSize()

                   Vector类提供了一个子类Stack类用来模拟“栈”这种数据结构。Stack具有的方法如下：

                   ·push(Object)

                   ·pop()

                   ·peek()

         3.固定长度的List

                   Arrays.ArrayList类：可以将一个数组或者指定个数的对象转换成一个List集合。不能进行插入和删除操作，只能遍历。

五．Queue接口

         Queue接口模拟队列这种特殊的数据结构，主要的方法如下：

                   add(),offer(),element(),peek(),poll(),remove()

         1.LinkedList实现类

                   LinkedList类既可以当做双向队列来使用，也可以当做栈来使用，还可以当做List集合来使用。

                   LinkedList类与ArrayList和Vector类的实现机制完全不同，ArrayList和Vector类内部是以数组的形式保存元素，所以随机访问性能较好，而LinkedList类是以链表的形式保存元素，所以随机访问性能较差，但是在迭代访问元素，插入、删除元素方面性能较好。

                   关于List集合实现类的选择问题：

· 如果需要遍历集合中的元素，对于ArrayList和Vector类最好使用随机访问（get()）的方法，对于LinkedList类最好使用迭代器遍历。

· 如果需要经常执行插入和删除操作来改变集合的大小，则应该选用LinkedList类，而不要使用ArrayList类和Vector类。

· 如果需要多条线程同时访问List集合，则可以考虑使用Vector类来同步实现。

2.PriorityQueue实现类

         对于PriorityQueue集合中的元素也是按照大小排序，排序的规则与TreeSet类相同，也分自然排序和定制排序两种。

六．Map接口

         首先可以将Map接口理解成一个特殊的Set接口，只是该Set接口中保存的元素都比较特殊，每个元素都是一个Entry对象，Entry类封装了一个key-value对，它有三个方法：

         ·Object getKey()

         ·Object getValue()

         ·Object setValue(value)

         其次也可以将Map接口理解成一个特殊的List接口，只是List接口中用整数值做索引，而Map接口中用key值做索引，key可以为任意对象。

         Map接口用于保存映射数据，它里面保存有两组数据，一组用来保存key，一组用来保存value。Key不允许重复。Map有时也被称为字典或者关联数组。

         Map接口提供的方法：

         ·添加元素：put(Object key,Object value),putAll(Map m)

         ·删除元素：remove(Object key)

         ·清除所有元素：clear()

         ·获取元素：get(Object key)

         ·测试：containsKey(key),containsValue(value),isEmpty()

         ·集合大小：size()

         ·转化：Collection values(),Set keyset(),Set entrySet()

         1.HashMap和Hashtable类

                   HashMap类和Hashtable类的关系就像ArrayList和Vector类的关系一样。

                   HashMap和Hashtable类的区别：

                   ·Hashtable是一个线程安全类，而HashMap不是线程安全的。但是HashMap性能比Hashtable性能高一些。

                   ·Hashtable不允许null作为key或者value，而HashMap允许。但在HashMap集合中最多有一个key为null，但是可以有多个value为null。

                   HashMap和Hashtable类也不能保证其中key-value对的顺序，但是它们中的key必须实现equals和hashCode方法。

                   HashMap和Hashtable类判断两个key值是否相等标准：通过equals方法比较返回true，并且具有相同的hashcode。

                   HashMap和Hashtable类判断两个value值是否相等标准：通过equals方法比较返回true。

                   与HashSet类似，尽量不要使用可变对象作为HashMap和Hashtable的key。

                   HashMap的子类LinkedHashMap：与HashMap不同的是它可以维护元素的迭代顺序，在性能上略差于HashMap，迭代速度却高于HashMap。

                   Hashtable的子类Properties类：

                   Properties类用来将Map对象与属性文件关联起来，从而可以将Map对象中的key-value对加入到属性文件，同时也可以将属性文件中的内容加入到Map对象中。

                   由于属性文件中的“属性名”和“属性值”都是字符串类型，所以Properties文件中的key和value也都是字符串类型。

                   Properties类主要提供如下几个方法：

                   ·String getProperty(String key)

                   ·String getProperty(String key,String defaultValues)

                   ·void setProperty(String key,String value)

                   ·void load(InputStream is)

                   ·void store(OutputStream os,String comments)

         3.SortedMap接口和TreeMap实现类

                   与SortedSet接口和TreeMap实现类完全类似。

         4.WeakHashMap实现类

                   WeakHashMap类与HashMap类基本相同，不同的是HashMap的key保留了对实际对象的强引用，而WeakHashMap类的key保留了对实际对象的弱引用。

         5.IdentityHashMap类

                   IdentityHashMap类与HashMap类基本相同，不同的是IdentityHashMap类在判断key值相等时，必须保证代表key值的两个对象完全相等时才认为是相等的。

         6.EnumMap类

                   EnumMap是一个与枚举类一起使用的Map实现，它要求key值必须是一个枚举类的枚举值，创建EnumMap类时必须显示或者隐式的指定它对应的枚举类。

                   EnumMap不允许使用null作为key值，但是允许null作为value值。

         Map集合的选择问题：

         ·HashMap和Hashtable类的效率基本相同，但HashMap的性能可能比Hashtable要好一些，因为HashMap没有实现同步操作。

         ·TreeMap类的性能不如HashMap，但是TreeMap类中的key-value对都是有序的。

         ·LinkedHashMap的性能比HashMap略差一点，因为它要维护key的插入顺序。

         ·EnumMap的性能最好，但是它要求必须要将一个枚举类中的元素作为key。

七．HashSet和HashMap的性能选项

         桶：hash表中可以存储元素的位置。

         HashSet和HashMap的hash表都有以下性能选项：

         ·容量（capacity）：hash表中桶的数量

         ·初始化容量（initialCapacity）：创建hash表时指定的桶的数量。

         ·尺寸（size）：当前散列表中记录的数量

         ·负载因子（loadFactor）：size/capacity，轻负载的散列表具有冲突少，插入方便，易查询的优点。

         负载极限：负载极限的值在0-1之间，当超过负载极限时，会成倍的增加容量（rehashing）。

八．操作集合的工具类Collections

         Java提供了一个操作Set，List，Map等集合的工具类：Collections。

         1.排序操作

                   Collections提供了一下几个方法用于对List集合进行排序（都是静态的）：

                   ·reverse(list)：反转集合中的元素

                   ·shuffle(list):对集合中的元素进行随机排序

                   ·sort(list)：根据自然顺序对集合中的元素进行排序

                   ·sort(list,comparator)：根据定制顺序对集合中的元素进行排序

                   ·swap(list,i,j)：将i和j处的元素进行交换

                   ·rotate(list,i):将i和list.length-1-i处的元素进行交换

         2.查找、替换操作

                   Collections提供了一下几个方法用于对List集合进行查找、替换（都是静态的）：

                   ·binarySearch(list,object)：查找指定元素在list中的索引，但执行此方法前必须保证list已经处于有序状态。

                   ·max(collection):按照自然排序查找collection中的最大值

                   ·max(collection,comparator):按照定制排序查找collection中的最大值

                   ·min(collection):按照自然排序查找collection中的最小值

                   ·min(collection,comparator): 按照定制排序查找collection中的最小值

                   ·fill(list,object):使用指定元素object替换list中的所有元素

                   ·frequency(colletion,object):返回集合collection中object元素出现的次数

                   ·replaceAll(list,oldval,newval):用新的元素newval替代list中所有旧的元素oldval

         3.同步控制

                   Collections提供了多个synchronizedXxx方法用来同步集合对象，可以解决多线程并发访问集合时的线程安全问题。

         4.设置不可变的集合

                   Collections提供了三个方法返回一个不可变的集合：

                   ·emptyXxx():返回一个空的不可变的集合对象。

                   ·singleton(object):返回一个只包含一个元素object的集合对象。

                   ·unmodifiableXxx(colletion or map):返回一个不可变的视图。