1、Java 集合框架概述
1.1、集合框架与数组的对比及概述
/**
* 一、集合的框架
*
* 1.集合、数组都是对多个数据进行存储操作的结构，简称Java容器。
* 说明；此时的存储，主要是指能存层面的存储，不涉及到持久化的存储（.txt,.jpg,.avi,数据库中）
*
* 2.1数组在存储多个数据封面的特点：
* 》一旦初始化以后，它的长度就确定了。
* 》数组一旦定义好，它的数据类型也就确定了。我们就只能操作指定类型的数据了。
* 比如：String[] arr;int[] str;
* 2.2数组在存储多个数据方面的特点：
* 》一旦初始化以后，其长度就不可修改。
* 》数组中提供的方法非常有限，对于添加、删除、插入数据等操作，非常不便，同时效率不高。
* 》获取数组中实际元素的个数的需求，数组没有现成的属性或方法可用
* 》数组存储数据的特点：有序、可重复。对于无序、不可重复的需求，不能满足。
*
*/
Java 集合，也叫作容器，主要是由两大接口派生而来：一个是 Collection接口，主要用于存放单一元素；另一个是 Map 接口，主要用于存放键值对。对于Collection 接口，下面又有三个主要的子接口：List、Set 、 Queue。
Java 集合框架如下图所示：
1.2、集合框架涉及到的API
/**
*
* 二、集合框架
* &---Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象
* &---List接口：存储有序的、可重复的数据。 -->“动态”数组
* &---ArrayList、LinkedList、Vector
*
* &---Set接口：存储无序的、不可重复的数据 -->高中讲的“集合”
* &---HashSet、LinkedHashSet、TreeSet
*
* &---Map接口：双列集合，用来存储一对(key - value)一对的数据 -->高中函数：y = f(x)
* &---HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、Hashtable、Properties
*
*/
2、Collection接口方法
Collection 接口是List、Set 和Queue 接口的父接口，该接口里定义的方法既可用于操作Set 集合，也可用于操作List 和Queue 集合。
JDK不提供此接口的任何直接实现，而是提供更具体的子接口(如：Set和List)实现。
在Java5 之前，Java 集合会丢失容器中所有对象的数据类型，把所有对象都当成Object 类型处理；从JDK 5.0 增加了泛型以后，Java 集合可以记住容器中对象的数据类型。
Collection接口中的常用方法
添加
add(Objec tobj)
addAll(Collection coll)
获取有效元素的个数
int size()
清空集合
void clear()
是否是空集合
boolean isEmpty()
是否包含某个元素
boolean contains(Object obj)：是通过元素的equals方法来判断是否是同一个对象
boolean containsAll(Collection c)：也是调用元素的equals方法来比较的。拿两个集合的元素挨个比较。
删除
boolean remove(Object obj) ：通过元素的equals方法判断是否是要删除的那个元素。只会删除找到的第一个元素
boolean removeAll(Collection coll)：取当前集合的差集
取两个集合的交集
boolean retainAll(Collection c)：把交集的结果存在当前集合中，不影响c
集合是否相等
boolean equals(Object obj)
转成对象数组
Object[] toArray()
获取集合对象的哈希值
hashCode()
遍历
iterator()：返回迭代器对象，用于集合遍历
3、Iterator迭代器接口
Iterator对象称为迭代器(设计模式的一种)，主要用于遍历Collection 集合中的元素。
GOF给迭代器模式的定义为：提供一种方法访问一个容器(container)对象中各个元素，而又不需暴露该对象的内部细节。迭代器模式，就是为容器而生。类似于“公交车上的售票员”、“火车上的乘务员”、“空姐”。
Collection接口继承了java.lang.Iterable接口，该接口有一个iterator()方法，那么所有实现了Collection接口的集合类都有一个iterator()方法，用以返回一个实现了Iterator接口的对象。
Iterator 仅用于遍历集合，Iterator本身并不提供承装对象的能力。如果需要创建Iterator 对象，则必须有一个被迭代的集合。
集合对象每次调用iterator()方法都得到一个全新的迭代器对象，默认游标都在集合的第一个元素之前。
3.1、使用Iterator遍历Collection
import org.junit.Test;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;
/**
* 集合元素的遍历操作，使用迭代器Iterator接口
* 内部的方法：hasNext()和 next()
*
*/
public class IteratorTest {
@Test
public void test(){
Collection coll = new ArrayList();
coll.add(123);
coll.add(456);
coll.add(new Person("Jerry",20));
coll.add(new String("Tom"));
coll.add(false);
Iterator iterator = coll.iterator();
//方式一：
// System.out.println(iterator.next());
// System.out.println(iterator.next());
// System.out.println(iterator.next());
// System.out.println(iterator.next());
// System.out.println(iterator.next());
// //报异常：NoSuchElementException
// //因为：在调用it.next()方法之前必须要调用it.hasNext()进行检测。若不调用，且下一条记录无效，直接调用it.next()会抛出NoSuchElementException异常。
// System.out.println(iterator.next());
//方式二：不推荐
// for(int i = 0;i < coll.size();i++){
// System.out.println(iterator.next());
// }
//方式三：推荐
while(iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}
}
}
3.2、迭代器Iterator的执行原理
3.3、新特性foreach循环遍历集合或数组
- Java 5.0 提供了foreach循环迭代访问Collection和数组。
- 遍历操作不需获取Collection或数组的长度，无需使用索引访问元素。
- 遍历集合的底层调用Iterator完成操作。
- foreach还可以用来遍历数组。
@Test
public void test(){
Collection coll = new ArrayList();
coll.add(123);
coll.add(456);
coll.add(new Person("Jerry",20));
coll.add(new String("Tom"));
coll.add(false);
//for(集合元素的类型 局部变量 : 集合对象),内部仍然调用了迭代器。
for(Object obj : coll){
System.out.println(obj);
}
}
@Test
public void test3(){
String[] arr = new String[]{"SS","KK","RR"};
//方式一：普通for赋值
for(int i = 0;i < arr.length;i++){
arr[i] = "HH";
}
//方式二：增强for循环
for(String s : arr){
s = "HH";
}
for(int i = 0;i < arr.length;i++){
System.out.println(arr[i]);
}
}
4、Collection子接口之一：List接口
- 鉴于Java中数组用来存储数据的局限性，我们通常使用List替代数组
- List集合类中元素有序、且可重复，集合中的每个元素都有其对应的顺序索引。
- List容器中的元素都对应一个整数型的序号记载其在容器中的位置，可以根据序号存取容器中的元素。
- JDK API中List接口的实现类常用的有：ArrayList、LinkedList和Vector。
4.1、List接口常用实现类的对比
/**
* 1. List接口框架
*
* |----Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象
* |----List接口：存储有序的、可重复的数据。 -->“动态”数组,替换原有的数组
* |----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
*
*
* 面试题：比较ArrayList、LinkedList、Vector三者的异同？
* 同：三个类都是实现了List接口，存储数据的特点相同：存储有序的、可重复的数据
* 不同：见上
*
*/
4.2、ArrayList的源码分析
- ArrayList是List 接口的典型实现类、主要实现类
- 本质上，ArrayList是对象引用的一个”变长”数组
/**
* 2.ArrayList的源码分析：
* 2.1 jdk 7情况下
* ArrayList list = new ArrayList();//底层创建了长度是10的Object[]数组elementData
* list.add(123);//elementData[0] = new Integer(123);
* ...
* list.add(11);//如果此次的添加导致底层elementData数组容量不够，则扩容。
* 默认情况下，扩容为原来的容量的1.5倍，同时需要将原有数组中的数据复制到新的数组中。
*
* 结论：建议开发中使用带参的构造器：ArrayList list = new ArrayList(int capacity)
*
* 2.2 jdk 8中ArrayList的变化：
* ArrayList list = new ArrayList();//底层Object[] elementData初始化为{}.并没有创建长度为10的数组
*
* list.add(123);//第一次调用add()时，底层才创建了长度10的数组，并将数据123添加到elementData[0]
* ...
* 后续的添加和扩容操作与jdk 7 无异。
* 2.3 小结：jdk7中的ArrayList的对象的创建类似于单例的饿汉式，而jdk8中的ArrayList的对象
* 的创建类似于单例的懒汉式，延迟了数组的创建，节省内存。
*
*/
4.3、LinkedList的源码分析
- 对于频繁的插入或删除元素的操作，建议使用LinkedList类，效率较高
- LinkedList：双向链表，内部没有声明数组，而是定义了Node类型的first和last，用于记录首末元素。同时，定义内部类Node，作为LinkedList中保存数据的基本结构。
/**
* 3.LinkedList的源码分析：
* LinkedList list = new LinkedList(); 内部声明了Node类型的first和last属性，默认值为null
* list.add(123);//将123封装到Node中，创建了Node对象。
*
* 其中，Node定义为：体现了LinkedList的双向链表的说法
* private static class Node<E> {
* E item;
* Node<E> next;
* Node<E> prev;
*
* Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
* this.item = element;
* this.next = next; //next变量记录下一个元素的位置
* this.prev = prev; //prev变量记录前一个元素的位置
* }
* }
*/
4.4、Vector的源码分析
Vector 是一个古老的集合，JDK1.0就有了。大多数操作与ArrayList相同，区别之处在于Vector是线程安全的。
在各种list中，最好把ArrayList作为缺省选择。当插入、删除频繁时，使用LinkedList；Vector总是比ArrayList慢，所以尽量避免使用。
/**
* 4.Vector的源码分析：jdk7和jdk8中通过Vector()构造器创建对象时，底层都创建了长度为10的数组。
* 在扩容方面，默认扩容为原来的数组长度的2倍。
*/
4.5、List接口中的常用方法测试
List除了从Collection集合继承的方法外，List 集合里添加了一些根据索引来操作集合元素的方法。
void add(intindex, 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
4.6、List的一个面试小题
请问ArrayList/LinkedList/Vector的异同？谈谈你的理解？ArrayList底层是什么？扩容机制？Vector和ArrayList的最大区别?
/**
* 请问ArrayList/LinkedList/Vector的异同？谈谈你的理解？
* ArrayList底层是什么？扩容机制？Vector和ArrayList的最大区别?
*
* ArrayList和LinkedList的异同二者都线程不安全，相对线程安全的Vector，执行效率高。
* 此外，ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构，LinkedList基于链表的数据结构。
* 对于随机访问get和set，ArrayList觉得优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针。
* 对于新增和删除操作add(特指插入)和remove，LinkedList比较占优势，因为ArrayList要移动数据。
*
* ArrayList和Vector的区别Vector和ArrayList几乎是完全相同的,
* 唯一的区别在于Vector是同步类(synchronized)，属于强同步类。
* 因此开销就比ArrayList要大，访问要慢。正常情况下,
* 大多数的Java程序员使用ArrayList而不是Vector,
* 因为同步完全可以由程序员自己来控制。Vector每次扩容请求其大小的2倍空间，
* 而ArrayList是1.5倍。Vector还有一个子类Stack。
*/
5、Collection子接口之二：Set接口
- Set接口是Collection的子接口，set接口没有提供额外的方法
- Set 集合不允许包含相同的元素，如果试把两个相同的元素加入同一个Set 集合中，则添加操作失败。
- Set 判断两个对象是否相同不是使用
==运算符，而是根据equals()方法
5.1、Set接口实现类的对比
/**
* 1.Set接口的框架：
* |----Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象
* |----Set接口：存储无序的、不可重复的数据 -->高中讲的“集合”
* |----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
* 对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet.
* |----TreeSet：可以按照添加对象的指定属性，进行排序。
*/
5.2、Set的无序性与不可重复性的理解
import org.junit.Test;
import java.util.HashSet;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;
/**
*
* 1.Set接口中没有定义额外的方法，使用的都是Collection中声明过的方法。
*
*/
public class SetTest {
/**
* 一、Set:存储无序的、不可重复的数据
* 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。
*
* 二、添加元素的过程：以HashSet为例：
*
*
*/
@Test
public void test(){
Set set = new HashSet();
set.add(123);
set.add(456);
set.add("fgd");
set.add("book");
set.add(new User("Tom",12));
set.add(new User("Tom",12));
set.add(129);
Iterator iterator = set.iterator();
while(iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}
}
}
public class User{
private String name;
private int age;
//get set tostring equals hashCode
}
5.3、HashSet中元素的添加过程
- HashSet是Set 接口的典型实现，大多数时候使用Set 集合时都使用这个实现类。
- HashSet按Hash 算法来存储集合中的元素，因此具有很好的存取、查找、删除性能。
- HashSet具有以下特点：不能保证元素的排列顺序
- HashSet不是线程安全的
- 集合元素可以是null
- 底层也是数组，初始容量为16，当如果使用率超过0.75，（16*0.75=12）就会扩大容量为原来的2倍。（16扩容为32，依次为64,128…等）
- HashSet 集合判断两个元素相等的标准：两个对象通过hashCode() 方法比较相等，并且两个对象的equals() 方法返回值也相等。
- 对于存放在Set容器中的对象，对应的类一定要重写equals()和hashCode(Object obj)方法，以实现对象相等规则。即：“相等的对象必须具有相等的散列码”。
/**
* 一、Set:存储无序的、不可重复的数据
* 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。
*
* 二、添加元素的过程：以HashSet为例：
* 我们向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2
*
* 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
*
* HashSet底层：数组+链表的结构。
*
*/
5.4、关于hashCode()和equals()的重写
5.4.1、重写hashCode() 方法的基本原则
在程序运行时，同一个对象多次调用hashCode() 方法应该返回相同的值。
当两个对象的equals() 方法比较返回true 时，这两个对象的hashCode() 方法的返回值也应相等。
对象中用作equals() 方法比较的Field，都应该用来计算hashCode 值。
5.4.2、重写equals() 方法的基本原则
以自定义的Customer类为例，何时需要重写equals()？
- 当一个类有自己特有的“逻辑相等”概念,当改写equals()的时候，总是要改写
hashCode()，根据一个类的equals方法（改写后），两个截然不同的实例有可能在逻辑上是相等的，但是，根据Object.hashCode()方法，它们仅仅是两个对象。 - 因此，违反了“相等的对象必须具有相等的散列码”。
- 结论：复写
equals方法的时候一般都需要同时复写hashCode方法。通常参与计算hashCode的对象的属性也应该参与到equals()中进行计算。
5.5、LinkedHashSet的使用
LinkedHashSet是HashSet的子类
LinkedHashSet根据元素的hashCode值来决定元素的存储位置，但它同时使用双向链表维护元素的次序，这使得元素看起来是以插入顺序保存的。
LinkedHashSet插入性能略低于HashSet，但在迭代访问Set 里的全部元素时有很好的性能。
LinkedHashSet不允许集合元素重复。
import org.junit.Test;
import java.util.Iterator;
import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.Set;
public class SetTest {
/**
* 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
*/
@Test
public void test2(){
Set set = new LinkedHashSet();
set.add(456);
set.add(123);
set.add(123);
set.add("AA");
set.add("CC");
set.add(new User("Tom",12));
set.add(new User("Tom",12));
set.add(129);
Iterator iterator = set.iterator();
while(iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}
}
}
5.6、TreeSet的自然排序
- 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底层使用红黑树结构存储数据
- 新增的方法如下：(了解)
- Comparator comparator()
- Object first()
- Object last()
- Object lower(Object e)
- Object higher(Object e)
- SortedSet subSet(fromElement, toElement)
- SortedSet headSet(toElement)
- SortedSet tailSet(fromElement)
- TreeSet两种排序方法：自然排序和定制排序。默认情况下，TreeSet采用自然排序。
- TreeSet和后面要讲的TreeMap采用红黑树的存储结构
- 特点：有序，查询速度比List快
- 自然排序：
TreeSet会调用集合元素的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(默认情况)排列。 - 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。
- 实现
Comparable的类必须实现compareTo(Object obj)方法，两个对象即通过compareTo(Object obj)方法的返回值来比较大小。
- 实现
- Comparable 的典型实现：
BigDecimal、BigInteger 以及所有的数值型对应的包装类：按它们对应的数值大小进行比较
Character：按字符的unicode值来进行比较
Boolean：true 对应的包装类实例大于false 对应的包装类实例
String：按字符串中字符的unicode 值进行比较
Date、Time：后边的时间、日期比前面的时间、日期大 向TreeSet中添加元素时，只有第一个元素无须比较compareTo()方法，后面添加的所有元素都会调用compareTo()方法进行比较。- 因为只有相同类的两个实例才会比较大小，所以向TreeSet中添加的应该是同一个类的对象。
对于TreeSet集合而言，它判断两个对象是否相等的唯一标准是：两个对象通过compareTo(Object obj) 方法比较返回值。 - 当需要把一个对象放入TreeSet中，重写该对象对应的equals() 方法时，应保证该方法与compareTo(Object obj) 方法有一致的结果：如果两个对象通过equals() 方法比较返回true，则通过compareTo(Object obj) 方法比较应返回0。否则，让人难以理解。
测试类
import org.junit.Test;
import java.util.Iterator;
import java.util.TreeSet;
/**
* 1.向TreeSet中添加的数据，要求是相同类的对象。
* 2.两种排序方式：自然排序（实现Comparable接口） 和 定制排序（Comparator）
* 3.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().
* 4.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().
*/
public class TreeSetTest {
@Test
public void test() {
TreeSet set = new TreeSet();
//失败：不能添加不同类的对象
// set.add(123);
// set.add(456);
// set.add("AA");
// set.add(new User("Tom",12));
//举例一：
// set.add(34);
// set.add(-34);
// set.add(43);
// set.add(11);
// set.add(8);
//举例二：
set.add(new User("Tom",12));
set.add(new User("Jerry",32));
set.add(new User("Jim",2));
set.add(new User("Mike",65));
set.add(new User("Jack",33));
set.add(new User("Jack",56));
Iterator iterator = set.iterator();
while(iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}
}
}
public class User implements Comparable{
private String name;
private int age;
public User() {
}
public User(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "User{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
@Override
public boolean equals(Object o) {
System.out.println("User equals()....");
if (this == o) return true;
if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
User user = (User) o;
if (age != user.age) return false;
return name != null ? name.equals(user.name) : user.name == null;
}
@Override
public int hashCode() { //return name.hashCode() + age;
int result = name != null ? name.hashCode() : 0;
result = 31 * result + age;
return result;
}
//按照姓名从大到小排列,年龄从小到大排列
@Override
public int compareTo(Object o) {
if (o instanceof User) {
User user = (User) o;
// return this.name.compareTo(user.name); //按照姓名从小到大排列
// return -this.name.compareTo(user.name); //按照姓名从大到小排列
int compare = -this.name.compareTo(user.name); //按照姓名从大到小排列
if(compare != 0){ //年龄从小到大排列
return compare;
}else{
return Integer.compare(this.age,user.age);
}
} else {
throw new RuntimeException("输入的类型不匹配");
}
}
}
5.7、TreeSet的定制排序
- TreeSet的自然排序要求元素所属的类实现Comparable接口，如果元素所属的类没有实现Comparable接口，或不希望按照升序(默认情况)的方式排列元素或希望按照其它属性大小进行排序，则考虑使用定制排序。定制排序，通过Comparator接口来实现。需要重写compare(T o1,T o2)方法。
- 利用int compare(T o1,T o2)方法，比较o1和o2的大小：如果方法返回正整数，则表示o1大于o2；如果返回0，表示相等；返回负整数，表示o1小于o2。
- 要实现定制排序，需要将实现Comparator接口的实例作为形参传递给TreeSet的构造器。
- 此时，仍然只能向TreeSet中添加类型相同的对象。否则发生ClassCastException异常。
- 使用定制排序判断两个元素相等的标准是：通过Comparator比较两个元素返回了0。
测试类
import org.junit.Test;
import java.util.Comparator;
import java.util.Iterator;
import java.util.TreeSet;
/**
* 1.向TreeSet中添加的数据，要求是相同类的对象。
* 2.两种排序方式：自然排序（实现Comparable接口） 和 定制排序（Comparator）
* 3.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().
* 4.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().
*/
public class TreeSetTest {
@Test
public void tets2(){
Comparator com = new Comparator() {
//按照年龄从小到大排列
@Override
public int compare(Object o1, Object o2) {
if(o1 instanceof User && o2 instanceof User){
User u1 = (User)o1;
User u2 = (User)o2;
return Integer.compare(u1.getAge(),u2.getAge());
}else{
throw new RuntimeException("输入的数据类型不匹配");
}
}
};
TreeSet set = new TreeSet(com);
set.add(new User("Tom",12));
set.add(new User("Jerry",32));
set.add(new User("Jim",2));
set.add(new User("Mike",65));
set.add(new User("Mary",33));
set.add(new User("Jack",33));
set.add(new User("Jack",56));
Iterator iterator = set.iterator();
while(iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}
}
}
public class User implements Comparable{
private String name;
private int age;
public User() {
}
public User(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "User{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
@Override
public boolean equals(Object o) {
System.out.println("User equals()....");
if (this == o) return true;
if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
User user = (User) o;
if (age != user.age) return false;
return name != null ? name.equals(user.name) : user.name == null;
}
@Override
public int hashCode() { //return name.hashCode() + age;
int result = name != null ? name.hashCode() : 0;
result = 31 * result + age;
return result;
}
//按照姓名从大到小排列,年龄从小到大排列
@Override
public int compareTo(Object o) {
if (o instanceof User) {
User user = (User) o;
// return this.name.compareTo(user.name); //按照姓名从小到大排列
// return -this.name.compareTo(user.name); //按照姓名从大到小排列
int compare = -this.name.compareTo(user.name); //按照姓名从大到小排列
if(compare != 0){ //年龄从小到大排列
return compare;
}else{
return Integer.compare(this.age,user.age);
}
} else {
throw new RuntimeException("输入的类型不匹配");
}
}
}
6、Map接口
6.1、Map接口及其多个实现类的对比
import org.junit.Test;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
/**
* 一、Map的实现类的结构：
* |----Map:双列数据，存储key-value对的数据 ---类似于高中的函数：y = f(x)
* |----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
* |----LinkedHashMap:保证在遍历map元素时，可以按照添加的顺序实现遍历。
* 原因：在原有的HashMap底层结构基础上，添加了一对指针，指向前一个和后一个元素。
* 对于频繁的遍历操作，此类执行效率高于HashMap。
* |----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
* |----Properties:常用来处理配置文件。key和value都是String类型
*
*
* HashMap的底层：数组+链表 （jdk7及之前）
* 数组+链表+红黑树 （jdk 8）
*
* 面试题：
* 1. HashMap的底层实现原理？
* 2. HashMap 和 Hashtable的异同？
* 3. CurrentHashMap 与 Hashtable的异同？（暂时不讲）
*
*/
public class MapTest {
@Test
public void test(){
Map map = new HashMap();
// map = new Hashtable();
map.put(null,123);
}
}
6.2、Map中存储的key-value的特点
- Map与Collection并列存在。用于保存具有映射关系的数据:key-value
- Map 中的key 和value 都可以是任何引用类型的数据
- Map 中的key 用Set来存放，不允许重复，即同一个Map 对象所对应的类，须重写hashCode()和equals()方法
- 常用String类作为Map的“键”
- key 和value 之间存在单向一对一关系，即通过指定的key 总能找到唯一的、确定的value
- Map接口的常用实现类：HashMap、TreeMap、LinkedHashMap和Properties。其中，HashMap是Map 接口使用频率最高的实现类
/**
* 二、Map结构的理解：
* 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()
* 一个键值对：key-value构成了一个Entry对象。
* Map中的entry:无序的、不可重复的，使用Set存储所有的entry
*
*/
6.3、Map实现类之一：HashMap
- HashMap是Map 接口使用频率最高的实现类。
- 允许使用null键和null值，与HashSet一样，不保证映射的顺序。
- 所有的key构成的集合是Set:无序的、不可重复的。所以，key所在的类要重写：equals()和hashCode()
- 所有的value构成的集合是Collection:无序的、可以重复的。所以，value所在的类要重写：equals()
- 一个key-value构成一个entry
- 所有的entry构成的集合是Set:无序的、不可重复的
- HashMap 判断两个key 相等的标准是：两个key 通过equals() 方法返回true，hashCode值也相等。
- HashMap判断两个value相等的标准是：两个value 通过equals() 方法返回true。
6.4、HashMap的底层实现原理
JDK 7及以前版本：HashMap是数组+链表结构(即为链地址法)
JDK 8版本发布以后：HashMap是数组+链表+红黑树实现。
HashMap源码中的重要常量
/*
* DEFAULT_INITIAL_CAPACITY : HashMap的默认容量，16
* DEFAULT_LOAD_FACTOR：HashMap的默认加载因子：0.75
* threshold：扩容的临界值，=容量*填充因子：16 * 0.75 => 12
* TREEIFY_THRESHOLD：Bucket中链表长度大于该默认值，转化为红黑树:8
* MIN_TREEIFY_CAPACITY：桶中的Node被树化时最小的hash表容量:64
*/
6.4.1、HashMap在JDK7中的底层实现原理
- HashMap的内部存储结构其实是数组和链表的结合。当实例化一个HashMap时，系统会创建一个长度为Capacity的Entry数组，这个长度在哈希表中被称为容量(Capacity)，在这个数组中可以存放元素的位置我们称之为“桶”(bucket)，每个bucket都有自己的索引，系统可以根据索引快速的查找bucket中的元素。
- 每个bucket中存储一个元素，即一个Entry对象，但每一个Entry对象可以带一个引用变量，用于指向下一个元素，因此，在一个桶中，就有可能生成一个Entry链。而且新添加的元素作为链表的head。
- 添加元素的过程：
- 向HashMap中添加entry1(key，value)，需要首先计算entry1中key的哈希值(根据key所在类的hashCode()计算得到)，此哈希值经过处理以后，得到在底层Entry[]数组中要存储的位置i。
- 如果位置i上没有元素，则entry1直接添加成功。
- 如果位置i上已经存在entry2(或还有链表存在的entry3，entry4)，则需要通过循环的方法，依次比较entry1中key的hash值和其他的entry的hash值。
- 如果彼此hash值不同，则直接添加成功。
- 如果hash值相同，继续比较二者是否equals。如果返回值为true，则使用entry1的value去替换equals为true的entry的value。
- 如果遍历一遍以后，发现所有的equals返回都为false,则entry1仍可添加成功。entry1指向原有的entry元素。
/*
* 三、HashMap的底层实现原理？以jdk7为例说明：
* 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。
* ...可能已经执行过多次put...
* 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。
*
*/
/**
* HashMap的扩容
* 当HashMap中的元素越来越多的时候，hash冲突的几率也就越来越高，
* 因为数组的长度是固定的。所以为了提高查询的效率，
* 就要对HashMap的数组进行扩容，而在HashMap数组扩容之后，
* 最消耗性能的点就出现了：原数组中的数据必须重新计算其在新数组中的位置，
* 并放进去，这就是resize。
*
* 那么HashMap什么时候进行扩容呢？
* 当HashMap中的元素个数超过数组大小(数组总大小length,
* 不是数组中个数size)*loadFactor时，就 会 进 行 数 组 扩 容，
* loadFactor的默认值(DEFAULT_LOAD_FACTOR)为0.75，这是一个折中的取值。
* 也就是说，默认情况下，数组大小(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)为16，
* 那么当HashMap中元素个数超过16*0.75=12（这个值就是代码中的threshold值，
* 也叫做临界值）的时候，就把数组的大小扩展为2*16=32，即扩大一倍，
* 然后重新计算每个元素在数组中的位置，而这是一个非常消耗性能的操作，
* 所以如果我们已经预知HashMap中元素的个数，
* 那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能。
*/
6.4.2、HashMap在JDK8中的底层实现原理
- HashMap的内部存储结构其实是数组+链表+红黑树的结合。当实例化一个HashMap时，会初始化initialCapacity和loadFactor，在put第一对映射关系时，系统会创建一个长度为initialCapacity的Node数组，这个长度在哈希表中被称为容量(Capacity)，在这个数组中可以存放元素的位置我们称之为“桶”(bucket)，每个bucket都有自己的索引，系统可以根据索引快速的查找bucket中的元素
- 每个bucket中存储一个元素，即一个Node对象，但每一个Node对象可以带一个引用变量next，用于指向下一个元素，因此，在一个桶中，就有可能生成一个Node链。也可能是一个一个TreeNode对象，每一个TreeNode对象可以有两个叶子结点left和right，因此，在一个桶中，就有可能生成一个TreeNode树。而新添加的元素作为链表的last，或树的叶子结点。
那么HashMap什么时候进行扩容和树形化呢？
- 当HashMap中的元素个数超过数组大小(数组总大小length,不是数组中个数size)loadFactor时，就会进行数组扩容，loadFactor的默认值(DEFAULT_LOAD_FACTOR)为0.75，这是一个折中的取值。也就是说，默认情况下，数组大小(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)为16，那么当HashMap中元素个数超过160.75=12（这个值就是代码中的threshold值，也叫做临界值）的时候，就把数组的大小扩展为2*16=32，即扩大一倍，然后重新计算每个元素在数组中的位置，而这是一个非常消耗性能的操作，所以如果我们已经预知HashMap中元素的个数，那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能。
- 当HashMap中的其中一个链的对象个数如果达到了8个，此时如果capacity没有达到64，那么HashMap会先扩容解决，如果已经达到了64，那么这个链会变成红黑树，结点类型由Node变成TreeNode类型。当然，如果当映射关系被移除后，下次resize方法时判断树的结点个数低于6个，也会把红黑树再转为链表。
关于映射关系的key是否可以修改？answer：不要修改
映射关系存储到HashMap中会存储key的hash值，这样就不用在每次查找时重新计算每一个Entry或Node（TreeNode）的hash值了，因此如果已经put到Map中的映射关系，再修改key的属性，而这个属性又参与hashcode值的计算，那么会导致匹配不上。
/* 总结：
* 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
* 2.jdk 8底层的数组是：Node[],而非Entry[]
* 3.首次调用put()方法时，底层创建长度为16的数组
* 4.jdk7底层结构只有：数组+链表。jdk8中底层结构：数组+链表+红黑树。
* 4.1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）
* 4.2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。
*/
6.7、LinkedHashMap的底层实现原理（了解）
- LinkedHashMap是HashMap的子类
- 在HashMap存储结构的基础上，使用了一对双向链表来记录添加元素的顺序
- 与LinkedHashSet类似，LinkedHashMap可以维护Map 的迭代顺序：迭代顺序与Key-Value 对的插入顺序一致
- HashMap中的内部类：Node
6.8、Map中的常用方法
/**
* 五、Map中定义的方法：
* 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
*
总结：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()
*
* 面试题：
* 1. HashMap的底层实现原理？
* 2. HashMap 和 Hashtable的异同？
* 1.HashMap与Hashtable都实现了Map接口。由于HashMap的非线程安全性，效率上可能高于Hashtable。Hashtable的方法是Synchronize的，而HashMap不是，在多个线程访问Hashtable时，不需要自己为它的方法实现同步，而HashMap 就必须为之提供外同步。
* 2.HashMap允许将null作为一个entry的key或者value，而Hashtable不允许。
* 3.HashMap把Hashtable的contains方法去掉了，改成containsvalue和containsKey。因为contains方法容易让人引起误解。
* 4.Hashtable继承自Dictionary类，而HashMap是Java1.2引进的Map interface的一个实现。
* 5.Hashtable和HashMap采用的hash/rehash算法都大概一样，所以性能不会有很大的差异。
*
* 3. CurrentHashMap 与 Hashtable的异同？（暂时不讲）
*/
- 6.10、TreeMap两种添加方式的使用
- TreeMap存储Key-Value 对时，需要根据key-value 对进行排序。TreeMap可以保证所有的Key-Value 对处于有序状态。
- TreeSet底层使用红黑树结构存储数据
- TreeMap的Key 的排序：
- 自然排序：TreeMap的所有的Key 必须实现Comparable 接口，而且所有的Key 应该是同一个类的对象，否则将会抛出ClasssCastException
- 定制排序：创建TreeMap时，传入一个Comparator 对象，该对象负责对TreeMap中的所有key 进行排序。此时不需要Map 的Key 实现Comparable 接口
- TreeMap判断两个key相等的标准：两个key通过compareTo()方法或者compare()方法返回0。
public class User implements Comparable{
private String name;
private int age;
public User() {
}
public User(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "User{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
@Override
public boolean equals(Object o) {
System.out.println("User equals()....");
if (this == o) return true;
if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
User user = (User) o;
if (age != user.age) return false;
return name != null ? name.equals(user.name) : user.name == null;
}
@Override
public int hashCode() { //return name.hashCode() + age;
int result = name != null ? name.hashCode() : 0;
result = 31 * result + age;
return result;
}
//按照姓名从大到小排列,年龄从小到大排列
@Override
public int compareTo(Object o) {
if(o instanceof User){
User user = (User)o;
// return -this.name.compareTo(user.name);
int compare = -this.name.compareTo(user.name);
if(compare != 0){
return compare;
}else{
return Integer.compare(this.age,user.age);
}
}else{
throw new RuntimeException("输入的类型不匹配");
}
}
}
import org.junit.Test;
import java.util.*;
public class TreeMapTest {
/**
* 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
*/
//自然排序
@Test
public void test(){
TreeMap map = new TreeMap();
User u1 = new User("Tom",23);
User u2 = new User("Jerry",32);
User u3 = new User("Jack",20);
User u4 = new User("Rose",18);
map.put(u1,98);
map.put(u2,89);
map.put(u3,76);
map.put(u4,100);
Set entrySet = map.entrySet();
Iterator iterator1 = entrySet.iterator();
while (iterator1.hasNext()){
Object obj = iterator1.next();
Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
System.out.println(entry.getKey() + "---->" + entry.getValue());
}
}
//定制排序
@Test
public void test2(){
TreeMap map = new TreeMap(new Comparator() {
@Override
public int compare(Object o1, Object o2) {
if(o1 instanceof User && o2 instanceof User){
User u1 = (User)o1;
User u2 = (User)o2;
return Integer.compare(u1.getAge(),u2.getAge());
}
throw new RuntimeException("输入的类型不匹配！");
}
});
User u1 = new User("Tom",23);
User u2 = new User("Jerry",32);
User u3 = new User("Jack",20);
User u4 = new User("Rose",18);
map.put(u1,98);
map.put(u2,89);
map.put(u3,76);
map.put(u4,100);
Set entrySet = map.entrySet();
Iterator iterator1 = entrySet.iterator();
while (iterator1.hasNext()){
Object obj = iterator1.next();
Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
System.out.println(entry.getKey() + "---->" + entry.getValue());
}
}
}
6.12、Hashtable
- Hashtable是个古老的Map 实现类，JDK1.0就提供了。不同于HashMap，Hashtable是线程安全的。
- Hashtable实现原理和HashMap相同，功能相同。底层都使用哈希表结构，查询速度快，很多情况下可以互用。
- 与HashMap不同，Hashtable不允许使用null 作为key 和value
- 与HashMap一样，Hashtable也不能保证其中Key-Value 对的顺序
- Hashtable判断两个key相等、两个value相等的标准，与HashMap一致。
7、Collections工具类
- 操作数组的工具类：Arrays
- Collections 是一个操作Set、List和Map 等集合的工具类
- Collections 中提供了一系列静态的方法对集合元素进行排序、查询和修改等操作，还提供了对集合对象设置不可变、对集合对象实现同步控制等方法
- 排序操作：（均为static方法）
- 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
import org.junit.Test;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Collections;
import java.util.List;
/**
* Collections:操作Collection、Map的工具类
*
* 面试题：Collection 和 Collections的区别？
* Collection是集合类的上级接口，继承于他的接口主要有Set 和List.
* Collections是针对集合类的一个帮助类，他提供一系列静态方法实现对各种集合的搜索、排序、线程安全化等操作.
*/
public class CollectionTest {
/**
* 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
*
*/
@Test
public void test(){
List list = new ArrayList();
list.add(123);
list.add(43);
list.add(765);
list.add(765);
list.add(765);
list.add(-97);
list.add(0);
System.out.println(list);
// Collections.reverse(list);
// Collections.shuffle(list);
// Collections.sort(list);
// Collections.swap(list,1,2);
int frequency = Collections.frequency(list, 123);
System.out.println(list);
System.out.println(frequency);
}
@Test
public void test2(){
List list = new ArrayList();
list.add(123);
list.add(43);
list.add(765);
list.add(-97);
list.add(0);
//报异常：IndexOutOfBoundsException("Source does not fit in dest")
// List dest = new ArrayList();
// Collections.copy(dest,list);
//正确的：
List dest = Arrays.asList(new Object[list.size()]);
System.out.println(dest.size());//list.size();
Collections.copy(dest,list);
System.out.println(dest);
/**
* Collections 类中提供了多个 synchronizedXxx() 方法，
* 该方法可使将指定集合包装成线程同步的集合，从而可以解决
* 多线程并发访问集合时的线程安全问题
*/
//返回的list1即为线程安全的List
List list1 = Collections.synchronizedList(list);
}
}
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