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2021-06-06

时间:2021/6/6 15:03:17|来源:|点击: 次

Java的集合

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开发工具与关键技术:Eclipse    #Java

作者:翁一凯

撰写时间:2021/6/8

 

Java的集合

 

Java集合类是一种特别有用的工具类,可用于存储数量不等的对象,并可以实现常用的数据结构,如栈、队列等。除此之外,Java集合还可用于保存具有映射关系的关联数组。Java集合大致可分为List、Set、Queue和Map四种体系,其中List代表有序、重复的集合;Set代表无序、不可重复的集合;而Map则代表具有映射关系的集合,Java5又增加了Queue体系集合,代表一种队列集合实现。

 

1、Java集合概述

为了保存数量不确定的数据,以及保存具有映射关系的数据(也被称为关联数组),Java提供了集合类。集合类主要负责保存、盛装其他数据,因此集合类也被称为容器类,所有的集合类都位于 java.util包下。

集合类和数组不一样,数组元素既可以是基本类型的值,也可以是对象(实际上保存的是对象的引用变量);而集合里只能保存对象(实际上只是保存对象的引用变量,但通常习惯上认为集合里保存的是对象)。

Java的集合类主要由两个接口派生而出: Collection和Map, Collection和Map是Java集合框架的根接口,这两个接口又包含了一些子接口或实现类。如下所示是 Java集合简单结构图:

 

2、List集合

List集合代表一个元素有序、可重复的集合,集合中每个元素都有其对应的顺序索引。Lst集合允许使用重复元素,可以通过索引来访问指定位置的集合元素。List集合默认按元素的添加顺序设置元素的索引,例如第一次添加的元素索引为0,第二次添加的元素索引为1…

1、Vector是线程安全的,ArrayList不是线程安全的。

2、ArrayList在底层数组不够用时在原来的基础上扩展0.5倍,Vector是扩展1倍。

PS:Vector是历史遗留问题,现在已经基本不用。

 

List常用方法:

3、Comparable和Comparator 

一、Comparable简介 

Comparable是排序接口。若一个类实现了Comparable接口,就意味着该类支持排序。实现了Comparable接口的类的对象的列表或数组可以通过Collections.sort或Arrays.sort进行自动排序。此外,实现此接口的对象可以用作有序映射中的键或有序集合中的集合,无需指定比较器。此接口只有一个方法compare,比较此对象与指定对象的顺序,如果该对象小于、等于或大于指定对象,则分别返回负整数、零或正整数。

二、Comparator简介 

Comparator是比较接口,我们如果需要控制某个类的次序,而该类本身不支持排序(即没有实现Comparable接口),那么我们就可以建立一个“该类的比较器”来进行排序,这个“比较器”只需要实现Comparator接口即可。也就是说,我们可以通过实现Comparator来新建一个比较器,然后通过这个比较器对类进行排序。

注意:

·若一个类要实现Comparator接口:它一定要实现compare(T o1, T o2) 函数,但可以不实现equals(Object obj) 函数。

·int compare(T o1, T o2) 是“比较o1和o2的大小”。返回“负数”,意味着“o1比o2小”;返回“零”,意味着“o1等于o2”;返回“正数”,意味着“o1大于o2”。

三、Comparable和Comparator区别比较 

Comparable是排序接口,若一个类实现了Comparable接口,就意味着“该类支持排序”。

Comparator是比较器,我们若需要控制某个类的次序,可以建立一个“该类的比较器”来进行排序。Comparable相当于“内部比较器”,而Comparator相当于“外部比较器”。

用Comparable简单, 只要实现Comparable 接口的对象直接就成为一个可以比较的对象,但是需要修改源代码。 用Comparator 的好处是不需要修改源代码, 而是另外实现一个比较器, 当某个自定义的对象需要作比较的时候,把比较器和对象一起传递过去就可以比大小了, 并且在Comparator 里面用户可以自己实现复杂的可以通用的逻辑,使其可以匹配一些比较简单的对象,那样就可以节省很多重复劳动了。

 

4、Set集合

Set集合类似于一个罐子,程序可以依次把多个对象“丢进”Set集合,而Set集合通常不能记住元素的添加顺序。

Set集合不允许包含相同的元素,如果试图把两个相同的元素加入同一个Set集合中,则添加操作失败,add()方法返回 false,且新元素不会被加入。

一、HashSet类

HashSet类是Set接口的典型实现类,大多数时候使用Set集合时就是使用这个实现类。 HashSet类按Hash算法来存储集合中的元素,因此具有很好的存取和查找性能。

HashSet类具有以下特点:

·不能保证元素的排列顺序,顺序可能与添加顺序不同,顺序也有可能发生变化。

·HashSet不是同步的(不是线程安全的),如果多个线程同时访问一个 HashSet,假设有两个或者两个以上线程同时修改了 HashSet集合时,则必须通过代码来保证其同步。

·集合元素值可以是null,但只能放入一个null。

当向 HashSet集合中存入一个元素时, HashSet会调用该对象的 hashCode()方法来得到该对象的hashCode值,然后根据该hashCode值决定该对象在HashSet中的存储位置。如果有两个元素通过equals方法比较返回true,但它们的hashCode()方法返回值不相等, HashSet将会把它们存储在不同的位置,依然可以添加成功。

HashSet判断元素是否相等的依据:hashCode()相同,equals()方法相同;

  • LinkedHashSet类

HashSet类还有一个子类 LinkedHashSet, LinkedHashSet集合也是根据元素的 hashCode值来决定元素的存储位置,但它同时使用链表维护元素的次序,这样使得元素看起来是以插入的顺序保存的。也就是说,当遍历 LinkedhashSet集合里的元素时, LinkedHashSet将会按元素的添加顺序来访问集合里的元素。

LinkedHashSet需要维护元素的插入顺序,因此性能略低于 HashSet的性能,但在迭代访问Set里的全部元素时将有很好的性能,因为它以链表来维护内部顺序。

三、TreeSet类

TreeSet是 SortedSet接口的实现类,正如 SortedSet名字所暗示的, TreeSet可以确保集合元素处于排序状态。

四、各Set实现类的选择

HashSet和TreeSet是Set的两个典型实现,如何选择HashSet和TreeSet?

HashSet的性能总是比TreeSet好(特别是最常用的添加、查询元素等操作),因为TreeSet需要额外的红黑树算法来维护集合元素的次序。只有当需要一个保持排序的Set时,才应该使用TreeSet,否则一般都应该使用HashSet。

HashSet还有一个子类:LinkedHashSet,对于普通的插入、删除操作,LinkedHashSet比HashSet要略微慢一点,这是由维护链表所带来的额外开销造成的,但由于有了链表,遍历LinkedHashSet会更快。

Set的实现类HashSet、TreeSet都是线程不安全的。如果有多个线程同时访问一个Set集合,并且有超过一个线程修改了该Set集合,则必须手动保证该Set集合的同步性。通常可以通过Collections工具类的synchronizedSortedSet方法来“包装”该Set集合。

 

5、Queue 队列

Queue: 基本上,一个队列就是一个先入先出(FIFO)的数据结构。

Queue接口与List、Set同一级别,都是继承了Collection接口。LinkedList实现了Deque接 口

 

6、Map集合 

Map接口中键和值一一映射. 可以通过键来获取值。

·给定一个键和一个值,你可以将该值存储在一个Map对象之后,你可以通过键来访问对应的值。

·当访问的值不存在的时候,方法就会抛出一个NoSuchElementException异常.

·当对象的类型和Map里元素类型不兼容的时候,就会抛出一个 ClassCastException异常。

·当在不允许使用Null对象的Map中使用Null对象,会抛出一个NullPointerException 异常。

·当尝试修改一个只读的Map时,会抛出一个UnsupportedOperationException异常。

 

7、Java集合工具类:Collections

Java提供了一个操作Set、List和Map等集合的工具类:Collections,该工具类里提供了大量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实现同步控制等方法。

  • 排序操作:

 

  • 查找和替换操作:

 

 

三、同步控制

Collections类中提供了多个 synchronized...()方法,这些方法可以将指定集合包装成线程同步(线程安全)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。

Java中常用的集合框架中的实现类 ArrayList、Linkedlist、 HashSet、TreeSet、 HashMap和TreeMap都是线程不安全的。如果有多个线程访问它们,而且有超过一个的线程试图修改它们,则存在线程安全的问题。 Collections提供了多个类方法可以把它们包装成线程同步的集合。

 

8、Java集合总结

·List,Set,Map是集合体系中最主要的三个接口。

其中list和set是继承自collection接口

Map也属于集合系统但是与collection接口不同

·list是有序且允许元素重复,允许元素为null,ArrayList、LinkedList和Vector是三个主要的实现类。

(1)、Vector、ArrayList都是以类似数组的形式存储在内存中,LinkedList则以链表的形式进行存储。

(2)、Vector线程安全的(同步),ArrayList、LinkedList线程不安全的(不同步)。

(3)、ArrayList、Vector适合查找,不适合指定位置的插入、删除操作;LinkedList适合指定位置插入、删除操作,不适合查找。

(4)、ArrayList在元素填满容器时会自动扩充容器大小的50%,而Vector则是100%,因此ArrayList更节省空间

·set是无序,不允许元素重复;HashSet和TreeSet是两个实现类

(1)、HashSet 基于HashMap实现,HashSet中的数据是无序的,可以放入null,但只能放入一个

null,两者中的值都不能重复,要求放入的对象必须实现HashCode()方法,放入的对象,是以hashcode码作为标识的

(2)、TreeSet 是二差树实现的,Treeset中的数据是自动排好序的,不允许放入null值

·Comparator 和 Comparable 的区别:Comparator 定义在 类的外部, 此时我们的类的结构不需要有任何变化,从小到大:o1-o2 从大到小:o2-o1;而Comparable 定义在 类的内部,耦合性较强 从小到大 :this-o 从大到小:o-this

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