新手了解java 集合基础知识

一、概述

集合是一种长度可变,存储数据的数据结构多样,存储对象多样的一种数据容器。Java中集合可分为:List集合、Set集合、HashMap集合,等。

Java集合体系结构:

新手了解java 集合基础知识_第1张图片

二、collection

collection是Java中所有值存储集合的顶级接口,因此它的所有直接或者间接实现类都有它的非私有方法,我们可以从它的方法开始了解这个体系的功能实现。

 boolean add(E e) 
          确保此 collection 包含指定的元素。 
 boolean addAll(Collection c) 
          将指定 collection 中的所有元素都添加到此 collection 中。 
 void clear() 
          移除此 collection 中的所有元素。 
 boolean contains(Object o) 
          如果此 collection 包含指定的元素,则返回 true。 
 boolean containsAll(Collection c) 
          如果此 collection 包含指定 collection 中的所有元素,则返回 true。 
 boolean equals(Object o) 
          比较此 collection 与指定对象是否相等。 
 int hashCode() 
          返回此 collection 的哈希码值。 
 boolean isEmpty() 
          如果此 collection 不包含元素,则返回 true。 
 Iterator iterator() 
          返回在此 collection 的元素上进行迭代的迭代器。 
 boolean remove(Object o) 
          从此 collection 中移除指定元素的单个实例,如果存在的话)。 
 boolean removeAll(Collection c) 
          移除此 collection 中那些也包含在指定 collection 中的所有元素。 
 boolean retainAll(Collection c) 
          仅保留此 collection 中那些也包含在指定 collection 的元素。 
 int size() 
          返回此 collection 中的元素数。 
 Object[] toArray() 
          返回包含此 collection 中所有元素的数组。 
 T[] 
 toArray(T[] a) 
          返回包含此 collection 中所有元素的数组;返回数组的运行时类型与指定数组的运行时类型相同。 

1、List

List,是单列集合,存储的是一组插入有序的数据,并且数据可以重复。

List集合

  • LinkedList
  • ArrayList

1)ArrayList

示例:

public class CollectionTest {
    public static void main(String[] args) {
        List list = new ArrayList();
        //添加元素,boolean add(E e) 确保此 collection 包含指定的元素
        list.add("张三");
        list.add(1);
        list.add('A');
        System.out.println(list);//[张三, 1, A]
        //boolean addAll(Collection c)
        //          将指定 collection 中的所有元素都添加到此 collection 中
        List list1 = new ArrayList();
        list.add("java");
        list.add("MySQL");
        list.addAll(list1);
        System.out.println(list);//[张三, 1, A, java, MySQL]
        //boolean contains(Object o)
        //          如果此 collection 包含指定的元素,则返回 true。
        System.out.println(list.contains("java"));//true
        //boolean remove(Object o)
        //          从此 collection 中移除指定元素的单个实例,如果存在的话)。
        System.out.println(list.remove("java"));//true
        // int size()
        //          返回此 collection 中的元素数。
        System.out.println(list.size());//4
        //set(int index, E element)
        //          用指定的元素替代此列表中指定位置上的元素。
        //并返回被修改的值
        System.out.println(list.set(1, "李四"));
        //get(int index) 
        //          返回此列表中指定位置上的元素。
        System.out.println(list.get(1));
        // Iterator iterator()
        //          返回在此 collection 的元素上进行迭代的迭代器。
        //集合的遍历
        Iterator iterator = list.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }

说明:ArrayList底层是使用数组的形式创建集合的,因此基于数组的特性,此集合对数据的查找很快速,但是在删除或移动大量数据操作上会显得缓慢。它适合用于快速查找,但不适合做删除多的操作。

2)LinkedList

LinkedList:双向链表,内部没有声明数组,而是定义了Node类型的first 和last,用于记录首末元素。同时,定义内部类Node,作为LinkedList中 保存数据的基本结构。Node除了保存数据,还定义了两个变量:

  • prev变量记录前一个元素的位置
  • next变量记录下一个元素的位置

特点:

  • 数据有序
  • 底层结构为链表

ArrayList比较:

  • LinkedList的添加元素速度比ArrayList快;
  • LinkedList的查询速度比ArrayList慢;
  • 底层数据结构不同:LinkedList用的是链表结构,而ArrayList底层使用 的是数组结构;

说明:LinkedList一般用于添加频繁的操作,ArrayList一般用于频繁查询 的操作。

新手了解java 集合基础知识_第2张图片

示例:

public class Stack {
    private LinkedList data = null;
    public Stack(){
        data = new LinkedList();
    }
    // 添加元素
    public boolean push(Object element) {
        data.addFirst(element);
        return true;
    }
    // 获取元素
    public Object pop() {
        return data.pollFirst();
    }
    // 判断集合是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return data.isEmpty();
    }
    // 迭代元素
    public void list() {
        Iterator it = data.iterator();
        while(it.hasNext()){
            System.out.println(it.next());
        }
    }
}
public class MyStack {
    public static void main(String[] args) {
        Stack stack = new Stack();
        stack.push("张三");
        stack.push("李四");
        stack.push("王五");
        stack.list();
        System.out.println("-------------");
        Object pop = stack.pop();
        System.out.println(pop);
    }
}

2、set

1)HashSet

HashSet 是 Set 接口的典型实现,大多数时候使用 Set 集合时都使用 这个实现类。

  • HashSet 按 Hash 算法来存储集合中的元素,因此具有很好的存取、 查找、删除性能。
    • HashSet 具有以下特点:不能保证元素的排列顺序
    • HashSet 不是线程安全的
    • 集合元素可以是 null
    • 不能添加重复元素
  • HashSet 集合判断两个元素相等的标准:两个对象通过 hashCode() 方法比较相等,并且两个对象的 equals() 方法返回值也相等。
  • 对于存放在Set容器中的对象,对应的类一定要重写equals()和 hashCode(Object obj)方法,以实现对象相等规则。即:“相等的对象必须具有相等的散列码”。

示例:

 public static void main(String[] args) {
        Set set = new HashSet();
        // 添加
        // boolean add(E e) :把指定的元素添加到集合中
        set.add("hello");
        set.add("world");
        set.add("world");
        set.add(null);
        System.out.println(set);
        // 注:Set集合中元素是无序,并且不能重复
        // boolean addAll(Collection c) :把指定的集合添加到集合中
        Set set1 = new HashSet();
        set1.add("aaa");
        set1.add("linux");
        ;
        set.addAll(set1);
        System.out.println(set);
        // boolean remove(Object o) :从集合中删除指定元素
        set.remove("hello");
        System.out.println(set);
        // boolean removeAll(Collection c) :从集合中删除指定集合中的所有元素
        set1.add("aaa");
        set1.add("linux");
        set.removeAll(set1);
        System.out.println(set);
        // void clear() :清空集合中所有元素
        set.clear();
        System.out.println(set);
        // int size() :获取集合的元素个数
        int size = set.size();
        System.out.println(size);
        // boolean contains(Object o) :判断集合中是否包含指定元素,包含为true,否则为false;
        System.out.println(set.contains("aaa"));

        // boolean isEmpty() :判断集合是否为空
        System.out.println(set.isEmpty());
    }

说明:在HashSet添加元素时,会首先比较两个元素的hashCode值是不相等,如 果不相等则直接添加;如果相等再判断两个元素的equals的值是否相等, 如果相等则不添加,如果不相等则添加。

2)TreeSet

  • TreeSet和TreeMap采用红黑树的存储结构
  • 特点:有序,查询速度比List快

使用TreeSet集合是,对象必须具有可比较性。而要让对象具有可比较性有 两种方式:

第一种:实现Comparable接口,并重写compareTo()方法:

第二种:写一个比较器类,让该类去实现Comparator接口,并重写 comare()方法。

示例:

1.实体类

public class Student implements Comparable{
    private String name;
    private int age;
    private String sex;
    private int height;

    public Student() {
    }
    public Student(String name, int age, String sex, int height) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.sex = sex;
        this.height = height;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    public String getSex() {
        return sex;
    }
    public void setSex(String sex) {
        this.sex = sex;
    }
    public int getHeight() {
        return height;
    }
    public void setHeight(int height) {
        this.height = height;
    }
    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        Student student = (Student) o;
        return age == student.age &&
                height == student.height &&
                Objects.equals(name, student.name) &&
                Objects.equals(sex, student.sex);
    }
    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age, sex, height);
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", sex='" + sex + '\'' +
                ", height=" + height +
                '}';
    }

    @Override
    public int compareTo(Student stu) {
        if (stu.getAge() > this.getAge()){
            return 1;
        }
        if (stu.getAge() < this.getAge()){
            return -1;
        }
        return stu.getName().compareTo(this.getName());
    }
}

2.测试类:

public class TreeSetTest {
    public static void main(String[] args) {

        TreeSet treeSet = new TreeSet();
        Student student1 = new Student("张三", 20, "男", 165);
        Student student2 = new Student("李四", 21, "男", 170);
        Student student3 = new Student("王五", 19, "女", 160);
        Student student4 = new Student("赵六", 18, "女", 165);
        Student student5 = new Student("田七", 20, "男", 175);
        treeSet.add(student1);
        treeSet.add(student2);
        treeSet.add(student3);
        treeSet.add(student4);
        treeSet.add(student5);
        System.out.println(treeSet);
    }
}

3.实体类

public class Teacher {
    private String name;
    public Teacher(){}
    public Teacher(String name){
        this.name = name;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Teacher{" +
                "name='" + name + '\'' +
                '}';
    }
}

4.测试类

public class TreeSetTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        Teacher teacher1 = new Teacher("11");
        Teacher teacher2 = new Teacher("12");
        Teacher teacher3 = new Teacher("13");
        Teacher teacher4 = new Teacher("14");
        Teacher teacher5 = new Teacher("15");
        TreeSet treeSet1 = new TreeSet(new  Comparator() {
            @Override
            public int compare(Object o1, Object o2) {
                return o1.hashCode() - o2.hashCode();
            }
        });
        treeSet1.add(teacher1);
        treeSet1.add(teacher2);
        treeSet1.add(teacher3);
        treeSet1.add(teacher4);
        treeSet1.add(teacher5);
        System.out.println(treeSet1);
    }
}

说明:HashSet去重是依靠hashCodeequals()方法,而TreeSet去重则 依靠的是比较器。

三、Map

​ 存储的双列元素,Key是无序的,不可重复,而Value是无序,可重复的。

1、HashMap

public class HashMapDemo {
    private Map map = null;
    public void init() {
        map = new HashMap();
        map.put("a", "aaa");
        map.put("b", "bbb");
        map.put("c", "ccc");
        System.out.println(map);
    }
    // 添加元素
    public void testPut() {
        // V put(K key, V value) :把指定的key和value添加到集合中
        map.put("a1", "aaa");
        map.put("b1", "bbb");
        map.put("c1", "ccc");
        System.out.println(map);
        // void putAll(Mapm) :把指定集合添加集合中
        Map map1 = new HashMap();
        map1.put("e", "eee");
        map1.put("f", "fff");
        map.putAll(map1);
        System.out.println(map);
        // default V putIfAbsent(K key, V value) :如果key不存在就添加
        map.putIfAbsent("a", "hello");
        System.out.println(map);
        map.putIfAbsent("g", "ggg");
        System.out.println(map);
    }
    // 修改元素
    public void testModify() {
        // V put(K key, V value) :把集合中指定key的值修改为指定的值
        map.put("a", "hello");
        map.put("a", "world");
        System.out.println(map);
        // 说明,当key相同时,后面的值会覆盖前面的值。
        // default V replace(K key, V value) :根据key来替换值,而不做增加操作
        Object replace = map.replace("b1", "java");
        System.out.println(replace);
        System.out.println(map);
        //default boolean replace(K key, V oldValue,V newValue)
    }
    // 删除元素
    public void testRemove() {
        // V remove(Object key) :根据指定key删除集合中对应的值
        Object c = map.remove("c");
        System.out.println(c);
        System.out.println(map);
        // default boolean remove(Object key, Objectvalue) :根据key和value进行删除
        map.remove("b", "bbb1");
        System.out.println(map);
        // void clear() :清空集合中所有元素
        map.clear();
        System.out.println(map);
    }
    // 判断元素
    public void testJudge() {
        // boolean isEmpty() :判断集合是否为空,如果是返回true,否则返回false
        System.out.println(map.isEmpty());
        // boolean containsKey(Object key) :判断集合中是否包含指定的key,包含返回true,否则返回false
        boolean flag = map.containsKey("a");
        System.out.println(flag); // true
        flag = map.containsKey("a1");
        System.out.println(flag); // false
        // boolean containsValue(Object value) :判断集合中是否包含指定的value,包含返回true,否则返回false
        flag = map.containsValue("aaa");
        System.out.println(flag); // true
        flag = map.containsValue("aaa1");
        System.out.println(flag); // false
    }
    // 获取元素
    public void testGet() {
        // int size() :返回集合的元素个数
        int size = map.size();
        System.out.println(size);
        // V get(Object key) :根据Key获取值,如果找到就返回对应的值,否则返回null
        Object val = map.get("a");
        System.out.println(val);
        val = map.get("a1");
        System.out.println(val); // null
        // default V getOrDefault(Object key, VdefaultValue) :根据Key获取值,如果key不存在,则返回默认值
        val = map.getOrDefault("a1", "hello");
        System.out.println(val);
        // Collection values() :返回集合中所有的Value
        Collection values = map.values();
        for (Object value : values) {
            System.out.println(value);
        }
        // Set keySet() :返回集合中所有的Key
        Set set = map.keySet();
        for (Object o : set) {
            System.out.println(o);
        }
    }
    // 迭代元素
    public void testIterator() {
        // 第一种:通过key获取值的方式
        Set keySet = map.keySet();
        Iterator it = keySet.iterator();
        while (it.hasNext()) {
            Object key = it.next();
            Object val = map.get(key);
            System.out.println(key + "=" + val);
        }
        System.out.println("------------------------ ");
        // 第二种:使用for循环
        for (Object key : map.keySet()) {
            System.out.println(key + "=" +
                               map.get(key));
        }
        System.out.println("------------------------ ");
        // 第三种:使用Map接口中的内部类来完成,在框架中大量使用
        Set entrySet = map.entrySet();
        for (Object obj : entrySet) {
            Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
            System.out.println(entry.getKey() + "=" +
                               entry.getValue());
        }
    }
}

说明:在HashMap中键-值允许为空,但键唯一,值可重复。hashMap不是线程安全的。

2、TreeMap

是一个有序的集合,默认使用的是自然排序方式。

public class Person implements Comparable {
    private String name;
    private int age;
    @Override
    public int compareTo(Object o) {
    if (o instanceof Person) {
    Person p = (Person) o;
    return this.age - p.age;
    }
    return 0;
}
    public Person() {}
    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
            "name='" + name + '\'' +
            ", age=" + age +
            '}';
    }
}

测试

public class TeeMapDemo {
    @Test
    public void testInteger() {
        TreeMap tm = new TreeMap();
        tm.put(3, 333);
        tm.put(2, 222);
        tm.put(11, 111);
        tm.put(2, 222);
        System.out.println(tm);
    }
    @Test
    public void testString() {
        TreeMap tm = new TreeMap();
        tm.put("hello", "hello");
        tm.put("world", "world");
        tm.put("about", "");
        tm.put("abstract", "");
        System.out.println(tm);
    }
    @Test
    public void testPerson() {
        TreeMap tm = new TreeMap(new Comparator(){
            @Override
            public int compare(Object o1, Object o2) {
                if (o1 instanceof Person && o2
                    instanceof Person) {
                    Person p1 = (Person) o1;
                    Person p2 = (Person) o2;
                    return p1.getAge() - p2.getAge();
                }
                return 0;
            }
        });
        tm.put(new Person("张三",18), null);
        tm.put(new Person("李四",17), null);
        System.out.println(tm);
    }
}

说明:从上面的代码可以发现,TreeMap的使用和TreeSet的使用非常相似,观察HashSet集合的源代码可以看出,当创建 HashSet集合时,其实是底层使用的是HashMap。

public HashSet() {
	map = new HashMap<>();
}

HashSet实际上存的是HashMap的Key。

3.ConcurrentHashMap

在Map集合中我们介绍了HashMapTreeMap,在多线程的情况下这些集合都不是线程安全的,因此可能出现线程安全的问题。

在Java中Hashtable是一种线程安全的HashMapHashtable在方法上与HashMap并无区别,仅仅只是在方法使用了synchronized以此来达到线程安全的目的,我们观察Hashtable的源码。

    public synchronized V get(Object key) {
        Entry tab[] = table;
        int hash = key.hashCode();
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        for (Entry e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
            if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
                return (V)e.value;
            }
        }
        return null;
    }

以上是Hashtable的get源码,可以看出它仅仅只是在方法上添加了锁,这大大降低了线程的执行效率,以牺牲效率的形式来达到目的,这显然不是我们在实际中想要的,因此我们需要一种既能在线程安全方面有保障,在效率上还可以的方法。

ConcurrentHashMap采用的是分段锁的原理,我们观察源码。

 public V put(K key, V value) {
        return putVal(key, value, false);
    }
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
        if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
        int hash = spread(key.hashCode());
        int binCount = 0;
        for (Node[] tab = table;;) {
            Node f; int n, i, fh;
            if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
                tab = initTable();
            else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
                if (casTabAt(tab, i, null,
                             new Node(hash, key, value, null)))
                    break;                   // no lock when adding to empty bin
            }
            else if ((fh = f.hash) == MOVED)
                tab = helpTransfer(tab, f);
            else {
                V oldVal = null;
                synchronized (f) {
                    if (tabAt(tab, i) == f) {
                        if (fh >= 0) {
                            binCount = 1;
                            for (Node e = f;; ++binCount) {
                                K ek;
                                if (e.hash == hash &&
                                    ((ek = e.key) == key ||
                                     (ek != null && key.equals(ek)))) {
                                    oldVal = e.val;
                                    if (!onlyIfAbsent)
                                        e.val = value;
                                    break;
                                }
                                Node pred = e;
                                if ((e = e.next) == null) {
                                    pred.next = new Node(hash, key,
                                                              value, null);
                                    break;
                                }
                            }
                        }
                        else if (f instanceof TreeBin) {
                            Node p;
                            binCount = 2;
                            if ((p = ((TreeBin)f).putTreeVal(hash, key,
                                                           value)) != null) {
                                oldVal = p.val;
                                if (!onlyIfAbsent)
                                    p.val = value;
                            }
                        }
                    }
                }
                if (binCount != 0) {
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
                        treeifyBin(tab, i);
                    if (oldVal != null)
                        return oldVal;
                    break;
                }
            }
        }
        addCount(1L, binCount);
        return null;
    }

从源码中可以看出ConcurrentHashMap仅仅是在当有线程去操作当前数据的时候添加了锁,因此效率大大提高了。

在线程安全的情况下提高了效率。

总结

本篇文章就到这里了,希望能对你有所帮助,也希望您能够多多关注脚本之家的更多内容!

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