Java集合
来源:互联网 发布:狙击枪设计图纸与数据 编辑:程序博客网 时间:2024/06/06 07:27
一、背景知识
1线性表是n个具有相同数据类型的有限序列(n>=0)。
在实际应用中,线性表都是以栈、队列、字符串、数组等特殊线性表的形式来使用的。
线性表按顺序存储分为顺序表,按链接存储分为链表。
由于这些特殊线性表都具有各自的特性,因此,掌握这些特殊线性表的特性,对于数据运算的可靠性和提高操作效率都是至关重要的。
2顺序表:
用一段地址连续的存储单元依次存储数据元素,通常用一维数组实现顺序表。
java中的List接口,就是线性表。ArrayList就是顺序线性表,LinkedList就是链表线性表。
3链表:
1)单链表
单链表结点
data是数据域,用于存放数据元素,next是指针域,用于存放该结点的后继结点的地址。每个结点只有一个指针域,故称为单链表。
2)循环链表
单链表终端结点的指针域由空指针改为指向头结点,这样的链表称为循环单链表(循环链表)
3)双链表
prior:前驱指针域 data:数据域 next:后继指针域
4其他的一些相关概念
1)头指针:指向第一个结点的指针称为头指针
2)头结点:很多时候,会在链表的头部附加一个结点,该结点的数据域可以不存储任何信息,这个结点称为头结点,头结点的指针域指向第一个结点
有了头结点,对在第一元素结点前插入结点和删除第一结点,其操作与其他结点的操作就统一了
3)头指针是链表的必要元素,头结点一般不是链表的必要要素
4)线性表使用顺序(数组)存储时有个弊端,那就是在插入和删除时需要大量的移动数据,这显示是非常消耗时间的,所以可以采用链式存储,即有一个指针域(单链表),来记录下个结点的存储位置(地址),这样在插入和删除结点时只需要修改指针域即可,从而大量减少移动数据所消耗的时间。
二、集合框架图
Collection
├List
│├LinkedList
│├ArrayList
│└Vector
│ └Stack
└Set
Map
├Hashtable
├HashMap
└WeakHashMap
三常见的集合接口、集合类
Collection接口
Collection是最基本的集合接口,一个Collection代表一组Object,即Collection的元素(Elements)。一些 Collection允许相同的元素而另一些不行。一些能排序而另一些不行。Java SDK不提供直接继承自Collection的类,Java SDK提供的类都是继承自Collection的“子接口”如List和Set。
所有实现Collection接口的类都必须提供两个标准的构造函数:无参数的构造函数用于创建一个空的Collection,有一个 Collection参数的构造函数用于创建一个新的Collection,这个新的Collection与传入的Collection有相同的元素。后 一个构造函数允许用户复制一个Collection。
如何遍历Collection中的每一个元素?不论Collection的实际类型如何,它都支持一个iterator()的方法,该方法返回一个迭代子,使用该迭代子即可逐一访问Collection中每一个元素。典型的用法如下:
Iterator it = collection.iterator(); // 获得一个迭代子
while(it.hasNext()) {
Object obj = it.next(); // 得到下一个元素
}
由Collection接口派生的两个接口是List和Set。
List接口
List是有序的Collection,使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置。用户能够使用索引(元素在List中的位置,类似于数组下标)来访问List中的元素,这类似于Java的数组。
和下面要提到的Set不同,List允许有相同的元素。
除了具有Collection接口必备的iterator()方法外,List还提供一个listIterator()方法,返回一个 ListIterator接口,和标准的Iterator接口相比,ListIterator多了一些add()之类的方法,允许添加,删除,设定元素, 还能向前或向后遍历。
实现List接口的常用类有LinkedList,ArrayList,Vector和Stack。
下面是List方法的总结
1增
1)添加元素到表尾 add(E e)
2)添加集合到表尾 addAll(Collection<? extends E> c)
3)添加元素到指定索引位置 add(int index, E element)
4)添加集合到指定索引位置 addAll(int index, Collection<? extends E> c)
2删
1)根据索引移除对象元素 remove(int index)
2)根据值移除该对象元素 remove(Object o) removeAll(Collection<?> c)
3)移除所有元素 clear()
3改
1)根据索引和参数更改值 set(int index, E element)
4查
1)根据索引查值 get(int index)
2)根据值查索引 indexOf(Object o)
3)根据值查找第一个出现该元素的索引 indexOf(Object o) 列表不包含该元素,返回-1
4)根据值查找最后一个出现该元素的索引 lastIndexOf(Object o)
5)查找该表的元素数 size()
5判断
1)根据值判断是否有该元素 contains(Object o) containsAll(Collection<?> c)
2)判断该表是否为空 isEmpty()
6其他
返回该集合对应的数组 toArray()
LinkedList类
LinkedList实现了List接口,允许null元素。此外LinkedList提供额外的get,remove,insert方法在 LinkedList的首部或尾部。这些操作使LinkedList可被用作堆栈(stack),队列(queue)或双向队列(deque)。
注意LinkedList没有同步方法。如果多个线程同时访问一个List,则必须自己实现访问同步。一种解决方法是在创建List时构造一个同步的List:
List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));
如获取表头元素(第一个元素)就有8个方法
1 E get(int index)
2 E getFirst()
3 E element()
4 E peek()
5 E peekFirst()
6 E poll() 此方法特殊,他会从表中移除该元素
7 E pollFirst() 此方法特殊,他会从表中移除该元素
8 E pop() 此方法特殊,他会从表中移除该元素
如获取表尾元素(最后一个元素)就有4个方法
1 E get(int index)
2 E getLast()
3 E peekLast()
4 E pollLast() 此方法特殊,他会从表中移除该元素
ArrayList类
ArrayList实现了可变大小的数组。它允许所有元素,包括null。ArrayList没有同步。
size,isEmpty,get,set方法运行时间为常数。但是add方法开销为分摊的常数,添加n个元素需要O(n)的时间。其他的方法运行时间为线性。
每个ArrayList实例都有一个容量(Capacity),即用于存储元素的数组的大小。这个容量可随着不断添加新元素而自动增加,但是增长算法 并没有定义。当需要插入大量元素时,在插入前可以调用ensureCapacity方法来增加ArrayList的容量以提高插入效率。
和LinkedList一样,ArrayList也是非同步的(unsynchronized)。
Vector类
Vector非常类似ArrayList,但是Vector是同步的。由Vector创建的Iterator,虽然和 ArrayList创建的Iterator是同一接口,但是,因为Vector是同步的,当一个Iterator被创建而且正在被使用,另一个线程改变了 Vector的状态(例如,添加或删除了一些元素),这时调用Iterator的方法时将抛出 ConcurrentModificationException,因此必须捕获该异常。
Stack 类
Stack继承自Vector,实现一个后进先出的堆栈。Stack提供5个额外的方法使得Vector得以被当作堆栈使用。基本的push和pop 方法,还有peek方法得到栈顶的元素,empty方法测试堆栈是否为空,search方法检测一个元素在堆栈中的位置。Stack刚创建后是空栈。
Set接口
Set是一种不包含重复的元素的Collection,即任意的两个元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false,Set最多有一个null元素。
很明显,Set的构造函数有一个约束条件,传入的Collection参数不能包含重复的元素。
请注意:必须小心操作可变对象(Mutable Object)。如果一个Set中的可变元素改变了自身状态导致Object.equals(Object)=true将导致一些问题。
Map接口
请注意,Map没有继承Collection接口,Map提供key到value的映射。一个Map中不能包含相同的key,每个key只能映射一个 value。Map接口提供3种集合的视图,Map的内容可以被当作一组key集合,一组value集合,或者一组key-value映射。
Hashtable类
Hashtable继承Map接口,实现一个key-value映射的哈希表。任何非空(non-null)的对象都可作为key或者value。
添加数据使用put(key, value),取出数据使用get(key),这两个基本操作的时间开销为常数。
Hashtable通过initial capacity和load factor两个参数调整性能。通常缺省的load factor 0.75较好地实现了时间和空间的均衡。增大load factor可以节省空间但相应的查找时间将增大,这会影响像get和put这样的操作。
使用Hashtable的简单示例如下,将1,2,3放到Hashtable中,他们的key分别是”one”,”two”,”three”:
Hashtable numbers = new Hashtable();
numbers.put(“one”, new Integer(1));
numbers.put(“two”, new Integer(2));
numbers.put(“three”, new Integer(3));
要取出一个数,比如2,用相应的key:
Integer n = (Integer)numbers.get(“two”);
System.out.println(“two = ” + n);
由于作为key的对象将通过计算其散列函数来确定与之对应的value的位置,因此任何作为key的对象都必须实现hashCode和equals方 法。hashCode和equals方法继承自根类Object,如果你用自定义的类当作key的话,要相当小心,按照散列函数的定义,如果两个对象相 同,即obj1.equals(obj2)=true,则它们的hashCode必须相同,但如果两个对象不同,则它们的hashCode不一定不同,如 果两个不同对象的hashCode相同,这种现象称为冲突,冲突会导致操作哈希表的时间开销增大,所以尽量定义好的hashCode()方法,能加快哈希 表的操作。
如果相同的对象有不同的hashCode,对哈希表的操作会出现意想不到的结果(期待的get方法返回null),要避免这种问题,只需要牢记一条:要同时复写equals方法和hashCode方法,而不要只写其中一个。
Hashtable是同步的。
HashMap类
HashMap和Hashtable类似,不同之处在于HashMap是非同步的,并且允许null,即null value和null key。,但是将HashMap视为Collection时(values()方法可返回Collection),其迭代子操作时间开销和HashMap 的容量成比例。因此,如果迭代操作的性能相当重要的话,不要将HashMap的初始化容量设得过高,或者load factor过低。
WeakHashMap类
WeakHashMap是一种改进的HashMap,它对key实行“弱引用”,如果一个key不再被外部所引用,那么该key可以被GC回收。
Queue接口
队列(Queue)方法总
1进队列(从队列末尾进入)
boolean add(E e)
boolean offer(E e)
2获取队列第一个元素的4种方法(从队列开头获取)
E element()
E peek()
E poll()
E remove()
总结
如果涉及到堆栈,队列等操作,应该考虑用List,对于需要快速插入,删除元素,如果该插入或删除需要大量的移动数据,应该使用LinkedList,如果需要快速随机访问元素,应该使用ArrayList。
如果程序在单线程环境中,或者访问仅仅在一个线程中进行,考虑非同步的类,其效率较高,如果多个线程可能同时操作一个类,应该使用同步的类。
要特别注意对哈希表的操作,作为key的对象要正确复写equals和hashCode方法。
尽量返回接口而非实际的类型,如返回List而非ArrayList,这样如果以后需要将ArrayList换成LinkedList时,客户端代码不用改变。这就是针对抽象编程。
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