Java高階特性之集合

Java集合框架

一、Java集合框架概述

1、陣列與集合的區別：

1）陣列長度不可變化而且無法儲存具有對映關係的資料；集合類用於儲存數量不確定的資料，以及儲存具有對映關係的資料。

2）陣列元素既可以是基本型別的值，也可以是物件；集合只能儲存物件。

2、Java集合類主要由兩個根介面Collection和Map派生出來的，Collection派生出了三個子介面：List、Set、Queue（Java5新增的佇列），因此Java集合大致也可分成List（有序、可重複集合、可直接根據元素的索引來訪問）、Set（無序、不可重複集合、只能根據元素本身來訪問）、Queue（佇列集合）、Map（儲存key-value對的集合，可根據元素的key來訪問value）這四種。

二、Java集合常見介面及實現類

1、Collection介面常見方法

2、List集合

實現List介面的集合主要有：ArrayList、LinkedList、Vector、Stack。

它們都可以容納所有型別的物件，包括 null，允許重複，並且都保證元素的儲存順序。（可重複，有順序）

1）ArrayList

 ArrayList 對陣列進行了封裝，實現了長度可變的陣列（動態陣列），和陣列採用相同儲存方式，在記憶體中分配連續的空間，它的優點在於遍歷元素和隨即訪問元素的效率比較高。

ArrayList特點：執行緒不安全，查詢速度快；底層資料結構是陣列結構；擴容增量：原容量的 1.5倍， 如 ArrayList的容量為10，一次擴容後是容量為15。

2）LinkedList

LinkedList是List介面的另一個實現，除了可以根據索引訪問集合元素外，LinkedList還實現了Deque介面，可以當作雙端佇列來使用，也就是說，既可以當作“棧”使用，又可以當作佇列使用。

 LinkedList 採用連結串列儲存方式，優點在於插入、刪除元素時效率比較高，它提供了額外的 addFirst()、addLast()、removeFirst()和 removeLast()等方法，可以在LinkedList 的首部或尾部進行插入或者刪除操作。 

3)Vector

與ArrayList相似，但是Vector是同步的。所以說Vector是執行緒安全的動態陣列。它的操作與ArrayList幾乎一樣。

3、Set集合

實現Set集合的介面主要有：HashSet、TreeSet、LinkedHashSet；

Set集合與Collection的方法相同，由於Set集合不允許儲存相同的元素，所以如果把兩個相同元素新增到同一個Set集合，則新增操作失敗，新元素不會被加入，add()方法返回false。（無序、不重複）

1）HashSet

HashSet是按照hash演算法來儲存元素的，因此具有很好的存取和查詢效能。

 HashSet儲存原理如下：

　　當向HashSet集合儲存一個元素時，HashSet會呼叫該物件的hashCode()方法得到其hashCode值，然後根據hashCode值決定該物件的儲存位置。HashSet集合判斷兩個元素相等的標準是(1)兩個物件通過equals()方法比較返回true；(2)兩個物件的hashCode()方法返回值相等。因此，如果(1)和(2)有一個不滿足條件，則認為這兩個物件不相等，可以新增成功。如果兩個物件的hashCode()方法返回值相等，但是兩個物件通過equals()方法比較返回false，HashSet會以鏈式結構將兩個物件儲存在同一位置，這將導致效能下降，因此在編碼時應避免出現這種情況。

HashSet查詢原理如下：

　　基於HashSet以上的儲存原理，在查詢元素時，HashSet先計算元素的HashCode值（也就是呼叫物件的hashCode方法的返回值），然後直接到hashCode值對應的位置去取出元素即可，這就是HashSet速度很快的原因。

HashSet特點：

       不能保證元素的順序；集合元素值可以是null；執行緒不安全，存取速度快；底層實現是一個HashMap（儲存資料），實現Set介面；預設初始容量為16；載入因子為0.75：即當 元素個數 超過 容量長度的0.75倍 時，進行擴容；擴容增量：原容量的 1 倍；如 HashSet的容量為16，一次擴容後是容量為32。

2）LinkedHashSet

LinkedHashSet是HashSet的一個子類，具有HashSet的特性，也是根據元素的hashCode值來決定元素的儲存位置。但它使用連結串列維護元素的次序，元素的順序與新增順序一致。由於LinkedHashSet需要維護元素的插入順序，因此效能略低於HashSet，但在迭代訪問Set裡的全部元素時由很好的效能。

3)TreeSet

TreeSet可以保證元素處於排序狀態，它採用紅黑樹的資料結構來儲存集合元素。TreeSet支援兩種排序方法：自然排序和定製排序，預設採用自然排序。

♦ 自然排序

　　TreeSet會呼叫集合元素的compareTo(Object obj)方法來比較元素的大小關係，然後將元素按照升序排列，這就是自然排序。如果試圖將一個物件新增到TreeSet集合中，則該物件必須實現Comparable介面，否則會丟擲異常。當一個物件呼叫方法與另一個物件比較時，例如obj1.compareTo(obj2)，如果該方法返回0，則兩個物件相等；如果返回一個正數，則obj1大於obj2；如果返回一個負數，則obj1小於obj2。

♦ 定製排序

　　想要實現定製排序，需要在建立TreeSet集合物件時，提供一個Comparator物件與該TreeSet集合關聯，由Comparator物件負責集合元素的排序邏輯。

綜上：自然排序實現的是Comparable介面，定製排序實現的是Comparator介面。

4、Map集合

Map介面採用鍵值對Map<K,V>的儲存方式，儲存具有對映關係的資料，因此，Map集合裡儲存兩組值，一組值用於儲存Map裡的key，另外一組值用於儲存Map裡的value，key和value可以是任意引用型別的資料。key值不允許重複，可以為null。如果新增key-value對時Map中已經有重複的key，則新新增的value會覆蓋該key原來對應的value。

常用實現類主要有HashMap、LinkedHashMap、TreeMap。

1）HashMap

對於HashMap而言，key是唯一的，不可以重複的。所以，以相同的key 把不同的value插入到 Map中會導致舊元素被覆蓋，只留下最後插入的元素。不過，同一個物件可以作為值插入到map中，只要對應的key不一樣 。

 HashMap由陣列+連結串列組成的，陣列是HashMap的主體，連結串列則是主要為了解決雜湊衝突而存在的。

 HashMap工作原理如下：

 

　　HashMap基於hashing原理，通過put()和get()方法儲存和獲取物件。當我們將鍵值對傳遞給put()方法時，它呼叫建物件的hashCode()方法來計算hashCode值，然後找到bucket位置來儲存值物件。當獲取物件時，通過建物件的equals()方法找到正確的鍵值對，然後返回物件。HashMap使用連結串列來解決碰撞問題，當發生碰撞了，物件將會儲存在連結串列的下一個節點中。

HashMap特點：

• Map提供了一種對映關係，元素是以鍵值對（key-value）的形式儲存的，能根據key快速查詢value；
• Map中的鍵值對以Entry型別的物件例項形式存在；
• key值不能重複，value值可以重複；
• key對value是多（一）對一的關係；
• Map介面提供了返回key值集合、value值集合、Entry值集合，的方法；
• Map支援泛型，形式如：Map<K,V>；
• 預設初始容量為16；
• 載入因子為0.75：即當 元素個數 超過 容量長度的0.75倍 時，進行擴容；
• 擴容增量：原容量的 1 倍。

2）LinkedHashMap

LinkedHashMap使用雙向連結串列來維護key-value對的次序（其實只需要考慮key的次序即可），該連結串列負責維護Map的迭代順序，與插入順序一致，因此效能比HashMap低，但在迭代訪問Map裡的全部元素時有較好的效能。

大多數情況下，只要不涉及執行緒安全問題，Map基本都可以使用HashMap，不過HashMap有一個問題，是迭代HashMap的順序並不是HashMap放置的順序，也就是無序。HashMap的這一缺點往往會帶來困擾，因為有些場景，我們期待一個有序的Map。這個時候，LinkedHashMap就閃亮登場了，它雖然增加了時間和空間上的開銷，但是通過維護一個執行於所有條目的雙向連結串列，LinkedHashMap保證了元素迭代的順序。該迭代順序可以是插入順序或者是訪問順序。

LinkedHashMap可以認為是HashMap+LinkedList，即它既使用HashMap運算元據結構，又使用LinkedList維護插入元素的先後順序。

LinkedHashMap的基本實現思想就是----多型。

3)TreeMap

TreeMap是SortedMap的實現類，是一個紅黑樹的資料結構，每個key-value對作為紅黑樹的一個節點。TreeMap儲存key-value對時，需要根據key對節點進行排序。TreeMap也有兩種排序方式：

　　♦ 自然排序：TreeMap的所有key必須實現Comparable介面，而且所有的key應該是同一個類的物件，否則會丟擲ClassCastException。

　　♦ 定製排序：建立TreeMap時，傳入一個Comparator物件，該物件負責對TreeMap中的所有key進行排序。

TreeMap特點:

       ·TreeMap是非執行緒安全的；

       ·TreeMap是用鍵來進行升序順序來排序的。通過Comparable 或 Comparator來排序；

       ·和HashMap一樣，如果插入重複的元素，後面的元素會覆蓋前面的；
       ·鍵不可以為null（如果比較器對null做了處理，就可以為null）,但是值可以為null。

5、遍歷

第一種：for迴圈遍歷

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

第二種：迭代器遍歷

System.out.println("--------使用while的iterator-------");
        Iterator<Hero> it= heros.iterator();
        //從最開始的位置判斷"下一個"位置是否有資料
        //如果有就通過next取出來，並且把指標向下移動
        //直到"下一個"位置沒有資料
        while(it.hasNext()){
            Hero h = it.next();
            System.out.println(h);
        }
        //迭代器的for寫法
        System.out.println("--------使用for的iterator-------");
        for (Iterator<Hero> iterator = heros.iterator(); iterator.hasNext();) {
            Hero hero = (Hero) iterator.next();
            System.out.println(hero);
        }

 第三種：增強for迴圈

System.out.println("--------增強型for迴圈-------");
        for (Hero h : heros) {
            System.out.println(h);
        }