java集合 collection & map

集合框架体系

Java 集合可分为 Collection 和 Map 两大体系

Collection 接口：用于存储一个一个的数据，也称单列数据集合

• List 子接口：用来存储有序的、可以重复的数据（主要用来替换数组，"动态"数组），实现类，ArrayList、LinkedList、Vector

Set 子接口：用来存储无序的、不可重复的数据（类似于高中讲的 “集合”）

• 实现类：HashSet、LinkedHashSet、TreeSet

Map 接口：用于存储具有映射关系 key-value 对的集合

• 实现类：HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、Hashtable、 Properties

Collection 接口及方法

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）去实现

Collection 接口是 List 和 Set 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 集合

举例：

@Test
public void TestCollection(){
  //ArrayList 是 Collection 的子接口 List 的实现类之一
  Collection list = new ArrayList();
  // add()
  list.add("aa");
  list.add("bb");
  list.add("cc");
  // [aa, bb, cc]
  System.out.println(list);

  Collection list1 = new ArrayList();
  list1.add("ff");
  // addAll
  list1.addAll(list);
  // [ff, aa, bb, cc]
  System.out.println(list1);

  // int size() 4
  System.out.println(list1.size());

  // Boolean isEmpty()
  Collection list2 = new ArrayList();
  // arrayList2 为空 true
  System.out.println(list2.isEmpty());

  // boolean contains(Object obj)
  // list2 包含 aa true
  System.out.println(list1.contains("aa"));

  // boolean  containsAll(Collection coll)
  // list1 都包含 list 的元素
  System.out.println(list1.containsAll(list));
}

Iterator (迭代器)接口

用于遍历集合中的所有元素

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 接口的常用方法：

• public E next(): 返回迭代的下一个元素
• public boolean hasNext(): 如果仍有元素可以迭代，则返回 true

举例：

@Test
public void IteratorTest(){
  ArrayList list = new ArrayList();
  list.add(11);
  list.add(22);
  list.add(33);
  list.add(44);
  list.add(55);
  list.add(66);
  // //获取迭代器对象
  Iterator iterator = list.iterator();
  while (iterator.hasNext()){ //判断是否还有元素可迭代
    // 取出下一个元素
    System.out.println(iterator.next());
  }
}

foreach 循环

foreach 循环（也称增强 for 循环）是 JDK5.0 中定义的一个高级 for 循环，专门用来遍历数组和集合

格式：

for(元素的类型 局部变量: Collection 集合或数组 ){}

// 举例
List<Integer> nums = Arrays.asList(1, 2, 3);
for(Integer num : nums){
  // 1 2 3
  System.out.print(num);
}

List 接口

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

举例：

@Test
public void testList(){
  ArrayList list = new ArrayList();
  list.add(0);
  list.add(1);
  list.add(2);

  // 向索引为1 的位置添加
  list.add(1,6);
  // [0, 6, 1, 2]
  System.out.println(list);
  // 删除索引为1的元素
  list.remove(1);
  // [0, 1, 2]
  System.out.println(list);

  // 获取索引为2的元素
  System.out.println(list.get(2));
  // 把索引为0的元素替换10
  list.set(0, 10);
  // [10, 1, 2]
  System.out.println(list);

}

ArrayList

1. ArrayList 是 list 接口的只要实现类
2. ArrayList 是对象引用的一个 “变长” 数组
3. Arrays.asList(…) 方法返回的 List 集合，既不是 ArrayList 实例，也不是 Vector 实 例，即 Arrays.asList(…) 返回值是一个固定长度的 List 集合

LinkedList

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

底层 采用链表（双向链表）结构存储数据

特有方法：

• void addFirst(Object obj)： 元素添加到头部

• void addLast(Object obj)：元素添加到尾部

• Object getFirst() ：获取头部元素

• Object getLast() ：获取尾部元素

• Object removeFirst() ：删除并返回第一个元素

• Object removeLast()：删除并返回最后一个元素

Vector

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

构造方法：

// 创建一个默认的向量，默认大小为 10
Vector();
// 创建指定大小的向量
Vector(int size);
// 创建指定大小的向量，并且增量用 incr 指定
// 增量表示向量每次增加的元素数目
Vector(int size,int incr);
// 创建一个包含集合 c 元素的向量
Vector(Collection c);
  

特有方法：

• void addElement(Object obj) ： 将指定的组件添加到此向量的末尾，将其大小增加 1
• void insertElementAt(Object obj,int index) ：将指定对象作为此向量中的组件插入到指定的 index 处
• void setElementAt(Object obj,int index) ：将此向量指定 index 处的组件设置为指定的对象
• void removeElement(Object obj)：从此向量中移除变量的第一个（索引最小的）匹配项
• void removeAllElements()：从此向量中移除全部组件，并将其大小设置为零

Set 接口

• Set 接口相较于 Collection 接口没有提供额外的方法

• Set 集合不允许包含相同的元素

HashSet

Set 主要实现类是 HashSet

HashSet 按 Hash 算法来存储集合中的元素，因此具有很好的存储、查找、删除性 能

特点：1. 不能保证元素的排列顺序 2. HashSet 不是线程安全的 3. 集合元素可以是 null

HashSet 集合判断两个元素相等的标准：两个对象通过 hashCode() 方法得到的 哈希值相等，并且两个对象的 equals()方法返回值为 true

对于存放在 Set 容器中的对象，对应的类一定要重写 hashCode() 和 equals(Object obj) 方法，以实现对象相等规则

HashSet 集合中元素的无序性，不等同于随机性。这里的无序性与元素的添加位置有关，具体的存储位置是由元素的 hashCode()调用后返回的 hash 值决定的

LinkeHashSet

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添加顺序保存的

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

TreeSet

TreeSet 是 SortedSet 接口的实现类，TreeSet 可以按照添加的元素的指定的属性的 大小顺序进行遍历

TreeSet 底层使用红黑树结构存储数据

TreeSet 特点：不允许重复、实现排序（自然排序或定制排序）

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) 或 compare(Object o1,Object o2)方法比较返回值，返回值为 0，则认为两个对象相等

map接口

map 是 集合框架用来存储这种映射关系的对象

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。但常用 String 类作为 Map 的 key

key-value 特点：

• 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
• 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，不同 key 对应的 value 可以重复。value 所在的类要重写 equals()方法
• key 和 value 构成一个 entry。所有的 entry 彼此之间是无序的、不可重复的

常用方法：

举例：

@Test
public void testMap(){
  // 创建 map 对象
  HashMap map = new HashMap();
  // put 添加元素
  map.put("jay","可爱女人");
  map.put("fantasy","开不了口");
  map.put("叶惠美","晴天");
  // {jay=可爱女人, fantasy=开不了口, 叶惠美=晴天}
  System.out.println(map);

  // Object remove(Object key) 删除指定的 key-value
  map.remove("jay");
  // {fantasy=开不了口, 叶惠美=晴天}
  System.out.println(map);
  // 查询指定 key 对应的 value "开不了口"
  System.out.println(map.get("fantasy"));

  // 获取所有的key

  Set set = map.keySet();
  //  [fantasy, 叶惠美]
  System.out.println(set);

  // 获取所有 values
  Collection values = map.values();
  // [开不了口, 晴天]
  System.out.println(values);

  //所有的映射关系
  Set entrySet = map.entrySet();
  // [fantasy=开不了口, 叶惠美=晴天]
  System.out.println(entrySet);

}

HashMap

特点：

• 是 Map 接口使用频率最高的实现类
• 线程不安全的。允许添加 null 键和 null 值
• 存储数据采用的哈希表结构，底层使用一维数组+单向链表+红黑树进行 key-value 数据的存储。与 HashSet 一样，元素的存取顺序不能保证一致
• 判断两个 key 相等的标准是：两个 key 的 hashCode 值相等，通过 equals() 方法返回 true
• 判断两个 value 相等的标准是：两个 value 通过 equals() 方法返回 true

练习：WordCount 统计

统计字符串中每个字符出现的次数

@Test
public void testWordCount() {
  String str = "aaaabbbbbcccdddd";
  char[] chars = str.toCharArray();
  HashMap hashMap = new HashMap();

  for (char c : chars) {
    if (!hashMap.containsKey(c)) {
      hashMap.put(c, 1);
    } else {
      hashMap.put(c, (int)(hashMap.get(c)) + 1);
    }
  }
  // {a=4, b=5, c=3, d=4}
  System.out.println(hashMap);
}

LinkedHashMap

特点：

LinkedHashMap 是 HashMap 的子类

存储数据采用的哈希表结构+链表结构，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先后顺序，可以保证遍历元素时，与添加的顺序一致

通过哈希表结构可以保证键的唯一、不重复，需要键所在类重写 hashCode()方法、 equals()方法

TreeMap

特点：

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，构造器传入一个 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

Hashtable

特点：

Hashtable 是 Map 接口的古老实现类，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（数组+单 向链表），查询速度快

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

与 HashMap 不同，Hashtable 不允许使用 null 作为 key 或 value

面试题：Hashtable 和 HashMap 的区别

HashMap: 底层是一个哈希表（jdk7:数组+链表;jdk8:数组+链表+红黑树）, 是一个线 程不安全的集合,执行效率高

Hashtable: 底层也是一个哈希表（数组+链表）, 是一个线程安全的集合,执行效率低 HashMap 集合 :可以存储 null 的键、null 的值

Hashtable 集合 ,不能存储 null 的键、null 的值

Hashtable 和 Vector 集合一样, 在 jdk1.2 版本之后被更先进的集合(HashMap,Arra yList)取代了。所以 HashMap 是 Map 的主要实现类，Hashtable 是 Map 的古老实现类

Hashtable 的子类 Properties（配置文件）依然活跃在历史舞台 Properties 集合是一个唯一和 IO 流相结合的集合

Properties

特点：

Properties 类是 Hashtable 的子类，该对象用于处理属性文件

由于属性文件里的 key、value 都是字符串类型，所以 Properties 中要求 key 和 value 都是字符串类型

存取数据时，建议使用 setProperty(String key,String value)方法和 getProperty(String key)方法

Collections 工具类

Arrays，Collections 是一个操作 Set、List 和 Map 等集合的工具类

常用方法：

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（均为 static 方法）

举例：

@Test
public void testCollections(){
  ArrayList<Object> list = new ArrayList<>();
  // public static <T> boolean addAll(Collection<? super T> c,T...elements)
  // 将所有指定元素添加到指定 collection 中。Collection 的集合的元素类型必须>=T 类型
  Collections.addAll(list,"hello","java",1,2,3);
  System.out.println(list); // [hello, java, 1, 2, 3]

  // Object max(Collection)
  List nums = Arrays.asList(5,8,1,2,7);
  Object max = Collections.max(nums);
  System.out.println(max); // 8

  // reverse
  Collections.reverse(nums);
  System.out.println(nums); // [7, 2, 1, 8, 5]

  // shuffle
  List<String> arrList = Arrays.asList("java", "hello", "world");
  Collections.shuffle(arrList);
  System.out.println(arrList);  // [hello, world, java]

  // void copy(List dest,List src)
  List src = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7);
  // 将src中的内容复制到dest中  dest的空间大小不能小于src
  List dest = Arrays.asList(new Object[src.size()]);
  Collections.copy(dest,src);
  // [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]
  System.out.println(dest);
}

参考资料

尚硅谷Java基础