深入淺出講解Java集合之Collection接口

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一、集合框架的概述

背景：一方面，面向對象語言對事物的體現都是以對象的形式，為瞭方便對多個對象的操作，就要對對象進行存儲，另一方面，使用Array存儲對象方面具有一些弊端，而Java集合就像一種容器，可以動態的把多個對象的引用放入容器中。
1.集合、數組都是對多個數據進行存儲操作的結構，簡稱Java容器。
說明:此時的存儲，主要指的是內存層面的存儲，不涉及到持久化的存儲(.txt,.jpg,.avi,數據庫中)
2. 數組在存儲多個數據方法的特點：
> 一旦初始化以後，其長度就確定瞭。
> 數組一旦定義好，其元素的類型也就確定瞭。我們也就隻能操作指定類型的數據瞭。
比如：String[] arr;int[] arr1;Object[] arr2(多態：數組中也可存放子類類型的數據(String等));
3. 數組在存儲多個數據方面的缺點：
> 一旦初始化以後，其長度就不可修改。
> 數組中提供的方法非常有限，對於添加、刪除、插入數組等操作，非常不便，同時效率不高
> 獲取數組中實際元素的個數的需求，數組沒有現成的屬性或方法可用
> 數組存儲數據的特點：有序、可重復。對於無序、不可重復的需求，不能滿足

二、集合框架(Java集合可分為Collection 和 Map 兩種體系)

A. Collection接口：單列集合，用來存儲一個一個的對象
a.List接口：存儲有序的、可重復的數據。—>”動態”數組
|—ArrayList、LinkedList、Vector
b.Set接口：存儲無序的、不可重復的數據 —>高中講的”集合”
|—HashSet、LinkedHashSet、TreeSet
B. Map接口：雙列集合，用來存儲一對(key – value)一對的數據 —>高中函數：y = f(x)
|—HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、Hashable、Properties

三、Collection接口中的方法的使用

public void test1(){
        Collection coll = new ArrayList();
        //add(Object e):將元素e添加到集合coll中
        coll.add("AA");
        coll.add("BB");
        coll.add(123);//自動裝箱
        coll.add(new Date());
        //size():獲取添加的元素的個數
        System.out.println(coll.size());//4
        //addAll(Collection coll1):將coll1集合中的元素添加到當前的集合中
        Collection coll1 = new ArrayList();
        coll1.add(456);
        coll1.add("CC");
        coll.addAll(coll1);
        System.out.println(coll.size());//6
        System.out.println(coll);
        //clear():清空集合元素(對象還在，隻是元素沒瞭)
        coll.clear();
        //isEmpty():判斷當前集合是否為空
        System.out.println(coll.isEmpty());
    }
 //結論：向Collection接口的實現類的對象中添加數據obj時，要求obj所在類要重寫equals().
    public void test2(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry",20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);
        //1.contains(Object obj):判斷當前集合中是否包含obj
        //我們在判斷時會調用obj對象所在類的equals()
        boolean contains = coll.contains(123);
        System.out.println(contains);
        System.out.println(coll.contains(new String("Tom")));//true
        System.out.println(coll.contains(new Person("Jerry",20)));//false-->ture
        //2.containsAll(Collection coll1):判斷形參coll1中的所有元素是否都存在於當前集合中
        Collection coll1 = Arrays.asList(123,456);
        System.out.println(coll.containsAll(coll1));
    }

public void test3(){
        //3.remove(Object obj):從當前集合中移除obj元素
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry",20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);
        coll.remove(1234);
        System.out.println(coll);//[123, 456, Person{name='Jerry', age=20}, Tom, false]
        coll.remove(new Person("Jerry",20));
        System.out.println(coll);//[123, 456, Tom, false]
        //4.removeAll(Collection coll1)://從當前集合中移除coll1中所有的元素
        Collection coll1 = Arrays.asList(123,4567);
        coll.removeAll(coll1);
        System.out.println(coll);//[456, Tom, false]
}
 public void test4(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry",20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);
        //5.retainAll(Collection coll1):獲取帶那個前集合和coll1集合的交集，並返回給當前集合
//        Collection coll1 = Arrays.asList(123.456,789);
//        coll.retainAll(coll1);
//        System.out.println(coll);
        //6.equals(Object obj):要想返回true,需要當前集合和形參集合的元素都相同
        Collection coll1 = new ArrayList();
        coll1.add(123);
        coll1.add(456);
        coll1.add(new Person("Jerry",20));
        coll1.add(new String("Tom"));
        coll1.add(false);
        System.out.println(coll.equals(coll1));//true
 }
 public void test5(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry",20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);
        //7.hashCode():返回當前對象的哈希值
        System.out.println(coll.hashCode());
        //8.集合 --> 數組：toArray()
        Object[] arr = coll.toArray();
        for(int i = 0;i < arr.length;i++){
            System.out.println(arr[i]);
        }
        //拓展：數組 --> 集合：調用Arrays類的靜態方法asList()
        List<String> list = Arrays.asList(new String[]{"AA", "BB", "CC"});
        System.out.println(list);
        List arr1 = Arrays.asList(new int[]{123, 456});
        System.out.println(arr1.size());//1
        List arr2 = Arrays.asList(new Integer[]{123, 456});
        System.out.println(arr2.size());//2
 }

四、集合元素的遍歷操作

A. 使用(迭代器)Iterator接口

1.內部的方法：hasNext() 和 next()
2.集合對象每次調用iterator()方法都得到一個全新的迭代器對象，默認遊標都在集合的第一個元素 之前。
3.內部定義瞭remove().可以在遍歷的時候，刪除集合中的元素，此方法不同於集合直接調用 remove()

註意：在調用it.next()方法之前必須要調用it.hasNext()進行檢測，若不調用，且下一條記錄無效，直接調用it.next()會拋出NoSuchEiementException異常。

public class IteratorTest {
    @Test
    public void test1(){
        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：不推薦
//        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());
        //報異常：NoSuchElementException
//        System.out.println(iterator.next());
        //方式二：不推薦
//        for(int i = 0;i < coll.size();i++){
//            System.out.println(iterator.next());
//        }
        //方式三：推薦
        //hasNext():判斷是否還有下一個元素
        while (iterator.hasNext()){
            //next():A 指針下移 B 將下移以後集合位置上的元素返回
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }
    @Test
    public void test2(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry",20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);
        //錯誤方式一：
//        Iterator iterator = coll.iterator();
//        while((iterator.next()) != null){
//            System.out.println(iterator.next());//456 Tom//跳著輸出
//        }//還會報異常：NoSuchElementException
        //錯誤方式二：
        //集合對象每次調用iterator()方法都得到一個全新的迭代器對象，默認遊標都在集合的第一個元素之前。
//        while(coll.iterator().hasNext()){
//            System.out.println(coll.iterator().next());//123死循環
//        }
    }
    //測試Iterator中的remove()
    @Test
    public void test3(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry",20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);
        //刪除集合中的"Tom"
        Iterator iterator = coll.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            Object obj = iterator.next();
            if("Tom".equals(obj)){
                iterator.remove();
            }
        }
        //遍歷集合
        iterator = coll.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }
}

B. jdk5.0新增foreach循環，用於遍歷集合、數組

 @Test//訪問Collection
    public void test1(){
        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(集合元素的類型 局部變量：集合對象)
        //內部仍然調用瞭迭代器
        for(Object obj : coll){
            System.out.println(obj);
        }
    }
    @Test//訪問數組
    public void test2(){
        int[] arr = new int[]{1,3,4,5,6};
        //for(數組元素的類型 局部變量：數組對象)
        for(int i : arr){
            System.out.println(i);
        }
    }

一道筆試題

//筆試題
    @Test
    public void test3(){
        String[] arr = new String[]{"MM","MM","MM"};
        //方式一：普通for賦值//輸出：GG//拿著數組修改，數組存儲在堆中，可修改
//        for(int i = 0;i < arr.length;i++){
//            arr[i] = "GG";
//        }
        //方式二：增強for循環//輸出:MM//將數組中的元素一個個賦給字符型變量s，而s存儲在常量區，不可被修改
        for(String s : arr){
            s = "GG";
        }
        for(int i = 0;i < arr.length;i++){
            System.out.println(arr[i]);
        }
    }

五、Collection子接口之一：List接口

簡介：鑒於Java中數組用來存儲數據的局限性，我們通過使用List代替數組

List集合類中元素有序、且可重復，集合中的每個元素都有其對應的順序索引。

List容器中的元素都對應一個整型的序號記載其在容器中的位置，可以根據序號存取容器中的元素。

List接口方法

 public void test1(){
        ArrayList list = new ArrayList();
        list.add(123);
        list.add(456);
        list.add("AA");
        list.add(new Person("Jerry",20));
        list.add(456);
        System.out.println(list);//[123, 456, AA, Person{name='Jerry', age=20}, 456]
 
        //void add(int index,Object ele):在index位置插入ele元素
        list.add(1,"BB");
        System.out.println(list);//[123, BB, 456, AA, Person{name='Jerry', age=20}, 456]
 
        //boolean addAll(int index,Collection eles):從index位置上開始將eles中的所有元素添加進來
        List list1 = Arrays.asList(1,2,3);
        list.addAll(list1);
        System.out.println(list.size());//9
 
        //Object get(int index):獲取指定index位置的元素
        System.out.println(list.get(0));//123
 }
 public void test2(){
        ArrayList list = new ArrayList();
        list.add(123);
        list.add(456);
        list.add("AA");
        list.add(new Person("Jerry",20));
        list.add(456);
 
        //int indexOf(Object obj):返回obj在集合中首次出現的位置，如果不存在，返回-1
        int index = list.indexOf(4567);
        System.out.println(index);//-1
 
        //int LastIndexOf(Object obj):返回obj在當前集合中末次出現的位置
        System.out.println(list.lastIndexOf(456));//4
 
        //Object remove(int index):移除指定index位置的元素，並返回此元素
        Object obj = list.remove(0);//123
        System.out.println(list);//[456, AA, Person{name='Jerry', age=20}, 456]
 
        //Object set(int index,Object ele):設置指定index位置的元素為ele
        list.set(1,"CC");//[456, CC, Person{name='Jerry', age=20}, 456]
        System.out.println(list);
        //
        //List subList(int formIndex,int toIndex):返回從formIndex到toIndex位置的左閉右開的子集合
        List subList = list.subList(2,4);
        System.out.println(subList);//[Person{name='Jerry', age=20}, 456]
        System.out.println(list);//[456, AA, Person{name='Jerry', age=20}, 456]
 }

遍歷List的方式

   public void test3(){
        ArrayList list = new ArrayList();
        list.add(123);
        list.add(456);
        list.add("AA");
        //方式一：Iterator迭代器的方式
        Iterator iterator = list.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
        }
        //方式二：增強for循環
        for(Object obj : list){
            System.out.println(obj);
        }
        //方式三：普通for循環
        for(int i = 0;i < list.size();i++){
            System.out.println(list.get(i));
   }

區分List中remove(int index)和remove(Object obj)

 @Test
    public void test4(){
        ArrayList list = new ArrayList();
        list.add(1);
        list.add(2);
        list.add(3);
        updateList(list);
        System.out.println(list);
    }
    public static void updateList(List list){
        list.remove(2);//[1, 2]//刪掉角標為2的元素
        list.remove(new Integer(2));//刪掉字符2
    }

面試題:ArrayList、LinkedList、Vector三者的異同？
同：三個類都是實現瞭List接口，存儲數據的特點相同：存儲有序的、可重復的數據
不同: |—ArrayList:作為List接口的主要實現類：線程不安全的,效率高;底層使用Object[] elementData存儲
|—LinkedList：對於頻繁的插入、刪除操作,使用此類效率比ArrayList高;底層使用雙向鏈表存 儲
|—Vector：作為List接口的古老的實現類；線程安全的，效率低；底層使用Object[] elementData存儲

ArrayList的源碼分析：

JDK 7情況下：

ArrayList list = new ArrayList();//底層創建瞭長度是10的Object[]數組elementData
list.add(123);//elementData[0] = new Integer(123);
…
List.add(11);//如果此次的添加導致底層elementData數組容量不夠，則擴容。
默認情況下，擴容為原來的容量的1.5倍，同時需要將原有的數組中的數據復制到新的數組中。
結論：建議開發中使用帶參的構造器：ArrayList list = new ArrayList(int capacity)

JDK 8中ArrayList的變化：

ArrayList list = new ArrayList();//底層Object[] elementData初始化為{}.並沒有創建長度為10的數組
list.add(123);//第一次使用add()時，底層才創建瞭長度為10的數組，並將數據123添加到elementData[0]
後續的添加和擴容操作與JDK 7相同

小結：jdk7中的ArrayList的對象的創建類似於單例的餓漢式,而jdk8中的ArrayList的對象的創建類似於單例的懶漢式，延遲瞭數組的創建，節省內存

LinkedList的源碼分析：

LinkedList list = new LinkedList();內部沒有聲明數組，而是聲明瞭Node類型的first和last屬性，默認值為null
list.add(123);//將123封裝到Node中，創建瞭Node對象。

其中，Node定義為：體現瞭LinkedList的雙向鏈表的說法

private static class Node<E>{
     E item;
     Node<E> next;//變量記錄下一個元素的位置
     Node<E> prev;//變量記錄前一個元素的位置
     Node(Node<E> prev,E element,Node<E> next){
        this.item = element;
        this.next = next;
        this.prev = prev;    
     }
}

Vector的源碼分析：

jdk7和jdk8中通過Vector()構造器創建對象時，底層都創建瞭長度為10的數組在擴容方面，默認擴容為原來的數組長度的2倍。

六、Collection子接口之一：Set接口

一、Set接口概述

> Set接口是Collection的子接口，set接口沒有提供額外的方法

> Set集合不允許包含相同的元素，如果試把兩個相同的元素加入同一個Set集合中，則添加操作失敗。

> Set判斷兩個對象是否相同不是使用 == 運算符，而是根據 equals() 方法

> 註意點：

1.Set接口中沒有額外定義新的方法，使用的都是Collection中聲明過的方法。
2.要求：向Set中添加的數據，其所在的類一定要重寫hashCode()和equals()
要求：重寫的hashCode()和equals()盡可能保持一致性：相等的對象必須是具有相等的數列碼
重寫兩個方法的小技巧:對象中用作equals()方法比較的Field,都應該用來計算hashCode值

二、set接口的框架：

Collection接口：單列集合，用來存儲一個一個的對象
> Set接口：存儲無序的、不可重復的數據 —>高中講的”集合”
A.HashSet:作為Set接口的主要實現類：線程不安全的，可以存儲null值
B.LinkedHashSet：作為HashSet的子類：遍歷其內部數據時，可以按照添加的順序遍歷
對於頻繁的遍歷操作，LinkedHashSet效率高於HashSet
C.TreeSet:可以按照添加對象的指定屬性，進行排序

三、Set的三個實現類

重寫hashCode()方法的基本原則

> 在程序運行時，同一個對象多次調用hashCode()方法應該返回相同的值。

> 當兩個對象的equals()方法比較返回true時，這兩個對象的hashCode()方法的返回值也應相等

> 對象中用作equals()方法比較的Field,都應該用來計算hashCode值。

public void test1(){
        HashSet set = new HashSet();
        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());
//            AA
//            CC
//            129
//            456
//            123
//            User{name='Tom', age=12}
}

Set：存儲無序的、不可重復的數據

以HashSet為例說明：
1.無序性：不等於隨機性。存儲的數據在底層數組中並非按照數組索引的順序添加，而是根據數據的哈希值決定的
2.不可重復性：保證添加的元素按照equals()判斷時，不能返回true.即：相同的元素隻添加一個
二、添加元素的過程：以HashSet為例：
我們向HashSet中添加元素a,首先調用元素a所在類的hashCode()方法，計算元素a的哈希值，此哈希值接著通過
某種算法計算出在HashSet底層數組中的存放位置(即為：索引位置)，判斷此位置上是否已經有元素：
如果此位置上沒有其他元素，則元素a添加成功。—>情況1
如果此位置上有其他元素b(或以鏈表形式存在的多個元素),則比較元素a與元素b的has值。
如果hash值不相同，則元素a添加成功。—->情況2
如果hash值相同，進而需要調用元素a所在類的equals()方法：
equals()返回true,元素a添加失敗
equals()返回false,則元素a添加成功。—-情況3
對於添加成功的情況2和情況3而言：元素a與已經存在指定索引位置上數據以鏈表的方式存儲。
JDK 7:元素a放到數組中，指向原來的元素。
LDK 8:原來的元素在數組中，指向元素a
總結:七上八下
HashSet底層：數組 + 鏈表的結構(前提：JDK 7之前)

LinkedHashSet的使用
linkedHashSet作為HashSet的子類，在添加數據的同時，每個數據還維護瞭兩個引用，記錄此數據前一個數據和後一個數據
優點：對於頻繁的遍歷操作，LinkedHashSet效率高於HashSet

public void test2(){
        HashSet 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());
        }
}

註意點：

1.向TreeSet中添加的數據，要求是相同類的對象。
2.兩種排序方式：自然排序(實現Comparable接口) 和 定制排序(Comparator)
3.自然排序中，比較兩個對象是否相同的標準為：compareTo()返回0.不再是equals().
定制排序中，比較兩個對象是否相同的標準為：compare()返回0.不再是equals().

4.TreeSet和後面要講的TreeMap采用紅黑樹的存儲結構；特點：有序，查詢速度比List快

 public void test1(){
        TreeSet set = new TreeSet();
        //報錯：ClassCastException 不能添加不同類的對象
//        set.add(123);
//        set.add(456);
//        set.add("AA");
//        set.add(new User("Tom",12));
        //舉例一：
//        set.add(34);
//        set.add(-34);
//        set.add(43);
//        set.add(11);
//        set.add(8);
        //舉例二：
        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",22));
        set.add(new User("Jack",62));
        Iterator iterator = set.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }
    @Test
    public void test2(){
        Comparator com = 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());
                }else{
                    throw new RuntimeException("輸入的類型不匹配");
                }
            }
        };
        TreeSet set = new TreeSet(com);
        set.add(new User("Tom",12));
        set.add(new User("Jerry",32));
        set.add(new User("Jim",22));
        set.add(new User("Mike",65));
        set.add(new User("Jack",22));
        set.add(new User("Jack",62));
        Iterator iterator = set.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }

到此這篇關於深入淺出講解Java集合之Collection接口的文章就介紹到這瞭,更多相關Java Collection內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

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