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Java基礎(一):Java集合框架(超詳細決議,看完面試不再怕)

2021-03-03 06:10:55 後端開發

Java 集合框架
早在 Java 2 中之前,Java 就提供了特設類,比如:Dictionary, Vector, Stack, 和 Properties 這些類用來存盤和操作物件組,

雖然這些類都非常有用,但是它們缺少一個核心的,統一的主題,由于這個原因,使用 Vector 類的方式和使用 Properties 類的方式有著很大不同,

集合框架被設計成要滿足以下幾個目標,

該框架必須是高性能的,基本集合(動態陣列,鏈表,樹,哈希表)的實作也必須是高效的,
該框架允許不同型別的集合,以類似的方式作業,具有高度的互操作性,
對一個集合的擴展和適應必須是簡單的,
為此,整個集合框架就圍繞一組標準介面而設計,你可以直接使用這些介面的標準實作,諸如: LinkedList, HashSet, 和 TreeSet 等,除此之外你也可以通過這些介面實作自己的集合,

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從上面的集合框架圖可以看到,Java 集合框架主要包括兩種型別的容器,一種是集合(Collection),存盤一個元素集合,另一種是圖(Map),存盤鍵/值對映射,Collection 介面又有 3 種子型別,List、Set 和 Queue,再下面是一些抽象類,最后是具體實作類,常用的有 ArrayList、LinkedList、HashSet、LinkedHashSet、HashMap、LinkedHashMap 等等,

集合框架是一個用來代表和操縱集合的統一架構,所有的集合框架都包含如下內容:

**介面:**是代表集合的抽象資料型別,例如 Collection、List、Set、Map 等,之所以定義多個介面,是為了以不同的方式操作集合物件

**實作(類):**是集合介面的具體實作,從本質上講,它們是可重復使用的資料結構,例如:ArrayList、LinkedList、HashSet、HashMap,

**演算法:**是實作集合介面的物件里的方法執行的一些有用的計算,例如:搜索和排序,這些演算法被稱為多型,那是因為相同的方法可以在相似的介面上有著不同的實作,

除了集合,該框架也定義了幾個 Map 介面和類,Map 里存盤的是鍵/值對,盡管 Map 不是集合,但是它們完全整合在集合中,

集合框架體系如圖所示


Java 集合框架提供了一套性能優良,使用方便的介面和類,java集合框架位于java.util包中, 所以當使用集合框架的時候需要進行導包,

集合介面
集合框架定義了一些介面,本節提供了每個介面的概述:

序號 介面描述
1 Collection 介面 Collection 是最基本的集合介面,一個 Collection 代表一組 Object,即 Collection 的元素, Java不提供直接繼承自Collection的類,只提供繼承于的子介面(如List和set),Collection 介面存盤一組不唯一,無序的物件,
2 List 介面 List介面是一個有序的 Collection,使用此介面能夠精確的控制每個元素插入的位置,能夠通過索引(元素在List中位置,類似于陣列的下標)來訪問List中的元素,第一個元素的索引為 0,而且允許有相同的元素,List 介面存盤一組不唯一,有序(插入順序)的物件,
3 Set Set 具有與 Collection 完全一樣的介面,只是行為上不同,Set 不保存重復的元素,Set 介面存盤一組唯一,無序的物件,
4 SortedSet 繼承于Set保存有序的集合,
5 Map Map 介面存盤一組鍵值物件,提供key(鍵)到value(值)的映射,
6 Map.Entry 描述在一個Map中的一個元素(鍵/值對),是一個Map的內部類,
7 SortedMap 繼承于 Map,使 Key 保持在升序排列,
8 Enumeration 這是一個傳統的介面和定義的方法,通過它可以列舉(一次獲得一個)物件集合中的元素,這個傳統介面已被迭代器取代,
Set和List的區別
\1. Set 介面實體存盤的是無序的,不重復的資料,List 介面實體存盤的是有序的,可以重復的元素,
\2. Set檢索效率低下,洗掉和插入效率高,插入和洗掉不會引起元素位置改變 <實作類有HashSet,TreeSet>,
\3. List和陣列類似,可以動態增長,根據實際存盤的資料的長度自動增長List的長度,查找元素效率高,插入洗掉效率低,因為會引起其他元素位置改變 <實作類有ArrayList,LinkedList,Vector> ,
集合實作類(集合類)
Java提供了一套實作了Collection介面的標準集合類,其中一些是具體類,這些類可以直接拿來使用,而另外一些是抽象類,提供了介面的部分實作,

標準集合類匯總于下表:

序號 類描述
1 AbstractCollection 實作了大部分的集合介面,
2 AbstractList 繼承于AbstractCollection 并且實作了大部分List介面,
3 AbstractSequentialList 繼承于 AbstractList ,提供了對資料元素的鏈式訪問而不是隨機訪問,
4 LinkedList 該類實作了List介面,允許有null(空)元素,主要用于創建鏈表資料結構,該類沒有同步方法,如果多個執行緒同時訪問一個List,則必須自己實作訪問同步,解決方法就是在創建List時候構造一個同步的List,例如:List list=Collections.synchronizedList(newLinkedList(...));LinkedList 查找效率低,
5 ArrayList 該類也是實作了List的介面,實作了可變大小的陣列,隨機訪問和遍歷元素時,提供更好的性能,該類也是非同步的,在多執行緒的情況下不要使用,ArrayList 增長當前長度的50%,插入洗掉效率低,
6 AbstractSet 繼承于AbstractCollection 并且實作了大部分Set介面,
7 HashSet 該類實作了Set介面,不允許出現重復元素,不保證集合中元素的順序,允許包含值為null的元素,但最多只能一個,
8 LinkedHashSet 具有可預知迭代順序的 Set 介面的哈希表和鏈接串列實作,
9 TreeSet 該類實作了Set介面,可以實作排序等功能,
10 AbstractMap 實作了大部分的Map介面,
11 HashMap HashMap 是一個散串列,它存盤的內容是鍵值對(key-value)映射, 該類實作了Map介面,根據鍵的HashCode值存盤資料,具有很快的訪問速度,最多允許一條記錄的鍵為null,不支持執行緒同步,
12 TreeMap 繼承了AbstractMap,并且使用一顆樹,
13 WeakHashMap 繼承AbstractMap類,使用弱密鑰的哈希表,
14 LinkedHashMap 繼承于HashMap,使用元素的自然順序對元素進行排序.
15 IdentityHashMap 繼承AbstractMap類,比較檔案時使用參考相等,
在前面的教程中已經討論通過java.util包中定義的類,如下所示:

序號 類描述
1 Vector 該類和ArrayList非常相似,但是該類是同步的,可以用在多執行緒的情況,該類允許設定默認的增長長度,默認擴容方式為原來的2倍,
2 Stack 堆疊是Vector的一個子類,它實作了一個標準的后進先出的堆疊,
3 Dictionary Dictionary 類是一個抽象類,用來存盤鍵/值對,作用和Map類相似,
4 Hashtable Hashtable 是 Dictionary(字典) 類的子類,位于 java.util 包中,
5 Properties Properties 繼承于 Hashtable,表示一個持久的屬性集,屬性串列中每個鍵及其對應值都是一個字串,
6 BitSet 一個Bitset類創建一種特殊型別的陣列來保存位值,BitSet中陣列大小會隨需要增加,
集合演算法
集合框架定義了幾種演算法,可用于集合和映射,這些演算法被定義為集合類的靜態方法,

在嘗試比較不兼容的型別時,一些方法能夠拋出 ClassCastException例外,當試圖修改一個不可修改的集合時,拋出UnsupportedOperationException例外,

集合定義三個靜態的變數:EMPTY_SET,EMPTY_LIST,EMPTY_MAP的,這些變數都不可改變,

序號 演算法描述
1 Collection Algorithms 這里是一個串列中的所有演算法實作,
如何使用迭代器
通常情況下,你會希望遍歷一個集合中的元素,例如,顯示集合中的每個元素,

一般遍歷陣列都是采用for回圈或者增強for,這兩個方法也可以用在集合框架,但是還有一種方法是采用迭代器遍歷集合框架,它是一個物件,實作了Iterator 介面或 ListIterator介面,

迭代器,使你能夠通過回圈來得到或洗掉集合的元素,ListIterator 繼承了 Iterator,以允許雙向遍歷串列和修改元素,

序號 迭代器方法描述
1 使用 Java Iterator 這里通過實體列出 Iterator 和 ListIterator 介面提供的所有方法,
遍歷 ArrayList
實體
import java.util.*;

public class Test{
public static void main(String[] args) {
List<String> list=new ArrayList<String>();
list.add("Hello");
list.add("World");
list.add("HAHAHAHA");
//第一種遍歷方法使用 For-Each 遍歷 List
for (String str : list) { //也可以改寫 for(int i=0;i<list.size();i++) 這種形式
System.out.println(str);
}

//第二種遍歷,把鏈表變為陣列相關的內容進行遍歷
String[] strArray=new String[list.size()];
list.toArray(strArray);
for(int i=0;i<strArray.length;i++) //這里也可以改寫為 for(String str:strArray) 這種形式
{
System.out.println(strArray[i]);
}

//第三種遍歷 使用迭代器進行相關遍歷

Iterator<String> ite=list.iterator();
while(ite.hasNext())//判斷下一個元素之后有值
{
System.out.println(ite.next());
}
}
}
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決議:

三種方法都是用來遍歷ArrayList集合,第三種方法是采用迭代器的方法,該方法可以不用擔心在遍歷的程序中會超出集合的長度,

遍歷 Map
實體
import java.util.*;

public class Test{
public static void main(String[] args) {
Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
map.put("1", "value1");
map.put("2", "value2");
map.put("3", "value3");

//第一種:普遍使用,二次取值
System.out.println("通過Map.keySet遍歷key和value:");
for (String key : map.keySet()) {
System.out.println("key= "+ key + " and value= "https://www.cnblogs.com/pythonzhilian/p/+ map.get(key));
}

//第二種
System.out.println("通過Map.entrySet使用iterator遍歷key和value:");
Iterator<Map.Entry<String, String>> it = map.entrySet().iterator();
while (it.hasNext()) {
Map.Entry<String, String> entry = it.next();
System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= "https://www.cnblogs.com/pythonzhilian/p/+ entry.getValue());
}

//第三種:推薦,尤其是容量大時
System.out.println("通過Map.entrySet遍歷key和value");
for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= "https://www.cnblogs.com/pythonzhilian/p/+ entry.getValue());
}

//第四種
System.out.println("通過Map.values()遍歷所有的value,但不能遍歷key");
for (String v : map.values()) {
System.out.println("value= "https://www.cnblogs.com/pythonzhilian/p/+ v);
}
}
}
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如何使用比較器
TreeSet和TreeMap的按照排序順序來存盤元素. 然而,這是通過比較器來精確定義按照什么樣的排序順序,

這個介面可以讓我們以不同的方式來排序一個集合,

序號 比較器方法描述
1 使用 Java Comparator 這里通過實體列出Comparator介面提供的所有方法
總結
Java集合框架為程式員提供了預先包裝的資料結構和演算法來操縱他們,

集合是一個物件,可容納其他物件的參考,集合介面宣告對每一種型別的集合可以執行的操作,

集合框架的類和介面均在java.util包中,

------------------------------------------- |
| 1 | 使用 Java Comparator 這里通過實體列出Comparator介面提供的所有方法 |

總結
Java集合框架為程式員提供了預先包裝的資料結構和演算法來操縱他們,

集合是一個物件,可容納其他物件的參考,集合介面宣告對每一種型別的集合可以執行的操作,

集合框架的類和介面均在java.util包中,

任何物件加入集合類后,自動轉變為Object型別,所以在取出的時候,需要進行強制型別轉換

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