Java---集合

Java集合框架概述

集合框架与数组的对比及概述

1. 集合和数组都是对多个数据进行存储操作的结构，简称Java容器

说明：此时的存储，主要指能存界面的存储，不涉及到持久化的存储（.txt，.jpg，.avi，数据库中）

2. 数组在存储多个数据方面的特点
   • 一旦初始化后，其长度就确定了
   • 数组一旦定义好，他的数据类型也就确定了，我们只能操作指定类型的数据了
3. 数组才存储多个数据方面的缺点
   • 一旦初始化后，其长度就不能再修改了
   • 数组中提供的方法非常有限，对于添加、删除、插入数据等操作，非常不便，同时效率也不高
   • 获取数组中实际元素的个数的需求，数组没有现成的属性或方法可用。（创建一个长度为100的数组，却只初始化了10个数据，这10个数据才是实际元素）
   • 数组存储的特点：有序，可重复。对于无序，不可重复的需求，无法满足。

集合中的方法可以弥补上述所有缺点。

集合框架

• Java集合可分为Colection和Map两种体系

  • Collection接口：单列数据，定义了存储一组对象的方法的集合

    • List：元素有序，可重复的集合 --> 动态数组

      • ArrayList：作为List接口的主要实现类；线程不安全的，效率高；底层使用Object[] elementData存储

      • LinkedList：对于频繁的插入、删除操作，使用此类效率比ArrayList高；底层使用双向链表存储

      • Vector：作为List接口的古老实现类；线程安全的，效率低；底层使用Object[] elementData存储

    • Set：元素无序，不可重复的集合 --> 高中数学讲的集合

      • HashSet：作为Set接口的主要实现类；线程不安全的；可以存储null值

        • LinkedHashSet：作为HashSet的子类；遍历其内部数据时，可以按照添加的顺序遍历，对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet.

      • TreeSet：可以按照添加对象的指定属性，进行排序。

  • Map接口：双列数据，保存具有映射关系"ket-value对"的集合 --> 高中函数:y = f(x)

    • HashMap：作为Map的主要实现类；线程不安全的，效率高；存储null的key和value

      • LinkedHashMap：保证在遍历map元素时，可以按照添加的顺序实现遍历。原因：在原有的HashMap底层结构基础上，添加了一对指针，指向前一个和后一个元素。对于频繁的遍历操作，此类执行效率高于HashMap。

    • TreeMap：保证按照添加的key-value对进行排序，实现排序遍历。此时考虑key的自然排序或定制排序。底层使用红黑树

    • Hashtable：作为古老的实现类；线程安全的，效率低；不能存储null的key和value

      • Properties：常用来处理配置文件。key和value都是String类型

Collection接口中的常用方法

变量和类型	方法	描述
boolean	add(E e)	确保此集合包含指定的元素（可选操作）。
boolean	addAll(Collection<? extends E> c)	将指定集合中的所有元素添加到此集合中（可选操作）。
void	clear()	从此集合中删除所有元素（可选操作）。
boolean	contains(0bject o)	如果此collection包含指定的元素，则返回true 。
boolean	containsAll(Collection<?> c)	如果此集合包含指定集合中的所有元素，则返回true 。
boolean	equals(0bject o)	将指定对象与此集合进行比较以获得相等性。
int	hashCode()	返回此集合的哈希码值。
boolean	idEmpty()	如果此集合不包含任何元素，则返回true 。
Iterator	iterator()	返回此集合中元素的迭代器。
boolean	remove(Object o)	从此集合中移除指定元素的单个实例（如果存在）(可选操作）。
boolean	removeAll(Collection<?> c)	删除此集合的所有元素，这些元素也包含在指定的集合中（可选操作）。
boolean	retainAll(Collection<?> c)	仅保留此集合中包含在指定集合中的元素（可选操作)。
int	size()	返回此集合中的元素数。
Object[]	toArray()	返回包含此集合中所有元素的数组。
T[]	toArray(T[] a)	返回一个包含此collection中所有元素的数组;返回数组的运行时类型是指定数组的运行时类型。

注：对自定义类型，如果需要调用contains、remove或者equals方法，必须重写自定义类型的equals方法，但hashCode()写不写都行，没有影响。IDEA中直接用Alt+Ins一键生成就好啦

更多方法详情请参阅JDK11 API文档

JDK11---Collection接口

https://www.runoob.com/manual/jdk11api/java.base/java/util/Collection.html

Iterator迭代器接口

• Iterator对象成为迭代器（设计模式的一种），主要用于遍历Collection集合中的元素

• GOF 《Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software》（即后述《设计模式》一书），由 Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson 和 John Vlissides 合著（Addison-Wesley，1995）。这几位作者常被称为"四人组（Gang of Four）"。给迭代器模式的定义为：提供一种方法访问一个容器（container）对象中的各个元素，而又不需要暴露该对象的内部细节。**迭代器模式，就是为容器而生。**类似于“公交车上的售票员”、“火车上的乘务员”、“空姐”。

• Collection接口继承了java.lang.Iteratheor接口，该接口有一个iterator()方法，那么所有实现了Collection接口的集合类都有一个iterator()方法，用于返回一个实现了Iterator接口的对象。

• Iterator仅用于遍历集合，Iterator本身并不提供橙装对象的能力，所以当我们想创建一个Iterator对象时，则必须有一个被迭代的集合。

• **集合对象每次调用iterator()方法都得到一个全新的迭代器对象，**默认游标都在集合的第一个元素之前。

Iterator接口的常用方法

变量和类型	方法	描述
default void	forEachRemaining( consumer<? super E> action)	对每个剩余元素执行给定操作，直到处理完所有元素或操作引发异常。
boolean	hasNext()	如果迭代具有更多元素，则返回true 。
E	next( )	返回迭代中的下一个元素。
default void	remove( )	从底层集合中移除此迭代器返回的最后一个元素（可选操作）。

使用Iterator遍历Collection

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Date;
import java.util.Iterator;

public class IteratorTest {
    public static void main(String[] args) {
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add("张三");
        coll.add(new Date());
        coll.add(true);

        Iterator iterator = coll.iterator();
        //方式一：主要方式
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.println(iterator.next());
        }
        //方式二：不推荐
        for (int i = 0; i < coll.size(); i++) {
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }
}

Iterator遍历集合的两种错误写法

错误方式一

这种写法只会输出偶数个元素，且会越界

@Test
    public void errorTest01(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add("张三");
        coll.add(new Date());
        coll.add(true);

        Iterator iterator = coll.iterator();
        while (iterator.next()!=null){
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }

错误方式二

集合对象每次调用iterator()方法都得到一个全新的迭代器对象，默认游标都在集合的第一个元素之前。
while中的迭代器和Sout中的迭代器是两个不同的迭代器，所以此种写法会陷入死循环，一直输出第一个元素。

@Test
    public void errorTest02(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add("张三");
        coll.add(new Date());
        coll.add(true);

        while (coll.iterator().hasNext()){
            System.out.println(coll.iterator().next());
        }
    }

Iterator迭代器remove()的使用

Iterator可以删除集合的元素，但是是遍历过程中通过迭代器对象的remove方法，不是集合对象的remove方法。

@Test
    public void removeTest(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add("张三");
        coll.add(new Date());
        coll.add(true);

        Iterator iterator = coll.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            Object obj = iterator.next();
            if("张三".equals(obj))
                iterator.remove();
        }

        iterator=coll.iterator();
        while (iterator.hasNext())
            System.out.println(iterator.next());
    }

如果还未调用next()或在上一次调用next方法之后已经调用了remove方法，再调用remove都会报IllegalStateException。

新特性foreach循环遍历集合或数组

• Java 5.0 提供了foreach循环迭代访问Collection和数组。

• 遍历操作不需获取Collection或数组的长度，无需使用索引访问元素。

• 遍历集合的底层调用Iterator完成操作。

• foreach还可以用来遍历数组。(以前写代码的时候，IDEA总会提示我，for循环可替换为增强for循环，其实就是foreach循环)

@Test
    public void ForTest(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add("张三");
        coll.add(new Date());
        coll.add(true);

        for (Object obj: coll) {
            System.out.println(obj);
        }
        System.out.println("**********************");
        int[] nums = new int[]{15,64,48,35,79};
        for (int n : nums) {
            System.out.println(n);
        }
    }

思考题：以下代码输出结果是李四还是张三？ 答：张三

@Test
    public void test() {
        String[] str = new String[]{"张三", "张三", "张三"};
        for (String s : str)
            s = "李四";

        for (String s : str)
            System.out.println(s);
    }

之前说了，foreach的底层实现是调用Iterator完成操作
所以上述代码就等效于

@Test
    public void test1(){
        Collection coll = Arrays.asList("张三","张三","张三");
        Iterator iterator = coll.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            Object s = iterator.next();
            s = "李四";
        }
        iterator = coll.iterator();
        while (iterator.hasNext())
            System.out.println(iterator.next());
    }

没有对原有数据进行操作，当然还是输出张三

Collection的子接口—List接口

• 鉴于Java中数组用来存储数据的局限性，我们通常使用List替代数组

• List集合类中元素有序，且可重复，集合中的每个元素都有其对应的顺序索引

• List容器中的元素都对应一个整数型的序号记载其在容器中的位置，可以根据序号存取容器中的元素

• JDK API中List接口的实现类有：ArrayList、LinkedList和Vector

List接口常用实现类的对比

• List：元素有序，可重复的集合 --> 动态数组

  • ArrayList：作为List接口的主要实现类；线程不安全的，效率高；底层使用Object[] elementData存储

  • LinkedList：对于频繁的插入、删除操作，使用此类效率比ArrayList高；底层使用双向链表存储

  • Vector：作为List接口的古老实现类；线程安全的，效率低；底层使用Object[] elementData存储

面试题：比较ArrayList、LinkedList和Vector的异同？

• 同：三个类都实现了List接口，存储数据的特点相同：存储有序的，可重复的数据

• 异：见上

ArrayList源码分析

• ArrayList是List接口的典型实现类、主要实现类

• 本质上，ArrayList是对象引用的一个“变长”数组

JDK1.7情况下

ArrayList list = new ArrayList(); --> 底层创建了长度是10的Object[]数组elementData

list.add(123); --> elementData[0] = new Integer(123);

···

list.add(11); --> 如果此次的添加导致底层elementData数组容量不够，则扩容。

默认情况下，扩容为原来的容量的1.5倍，同时需要将原有数组中的数据复制到新的数组中。

结论：建议开发中使用带参的构造器：ArrayList list = new ArrayList(int capacity)

jdk 8中ArrayList的变化

ArrayList list = new ArrayList();

底层Object[] elementData初始化为{}.并没有创建长度为10的数组

public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

list.add(123);

第一次调用add()时，底层才创建了长度10的数组，并将数据123添加到elementData[0]

···

后续的添加和扩容操作与jdk 7 无异。

public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // 首先确认容量够不够
        elementData[size++] = e;
        return true;
}

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}

private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { //当二者相等，则说明是第一次调用
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);     //private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
        }
        return minCapacity; //返回为10 此时才创建了长度为10的数组
}

private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //每次扩容为1.5倍
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); //且将原有数组复制到扩容数组
}

小结：jdk7中的ArrayList的对象的创建类似于单例的饿汉式 饿汉式：单例模式的一种，不论是否使用，都会在一开始就创建对象。单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。，而jdk8中的ArrayList的对象的创建类似于单例懒汉式 懒汉式：在使用时创建对象的，延迟了数组的创建，节省内存。

LinkedList源码分析

• 对于频繁的插入或删除元素的操作，建议使用LinkedList类，效率较高

• LinkedList：双向链表，内部没有声明数组，而是定义了Node类型的next和prev，用于记录前驱和后继。同时，定义内部类Node，作为LinkedList中保存数据的基本结构。

数据结构里都学过，这里就不再赘述啦。

private static class Node<E> {
        E item;
        Node<E> next;
        Node<E> prev;

        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }

Vector源码分析

• Vector 是一个古老的集合，JDK1.0就有了。大多数操作与ArrayList相同，区别之处在于Vector是线程安全的。

• 在各种list中，最好把ArrayList作为缺省选择。当插入、删除频繁时，使用LinkedList；Vector总是比ArrayList慢，所以尽量避免使用。

• Vector的底层也是创建了一个长度为10的数组，在扩容方面，默认扩容为原来数组长度的2倍

就算我们需要保证线程安全，我们也是不会用Vector的，而是想办法让ArrayList变成线程安全的。说不定哪个版本就把Vector遗弃了

List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList());

List接口中的常用方法

变量和类型	方法	描述
void	add(int index，E element)	将指定元素插入此列表中的指定位置（可选操作）。
boolean	addAll(int index, collection<? extends E> c)	将指定集合中的所有元素插入到指定位置的此列表中（可选操作）。
E	get(int index)	返回此列表中指定位置的元素。
int	indexOf(Object o)	返回此列表中第一次出现的指定元素的索引，如果此列表不包含该元素，则返回-1。
int	lastIndexOf(Object o)	返回此列表中指定元素最后一次出现的索引，如果此列表不包含该元素，则返回-1。
E	remove(int index)	删除此列表中指定位置的元素（可选操作）。
E	set(int index, E element)	用指定的元素替换此列表中指定位置的元素（可选操作）。
List	subList(int fromIndex, int toIndex)	返回指定的 fromIndex （包含）和 toIndex （不包括）之间的此列表部分的视图。

Collection的子接口—Set接口

• Set接口是Collection的子接口，set接口没有提供额外的方法

• Set 集合不允许包含相同的元素，如果试把两个相同的元素加入同一个Set 集合中，则添加操作失败。

• Set 判断两个对象是否相同不是使用==运算符，而是根据equals()方法

Set接口实现类的对比

• Set：元素无序，不可重复的集合 --> 高中数学讲的集合

  • HashSet：作为Set接口的主要实现类；线程不安全的；可以存储null值

    • LinkedHashSet：作为HashSet的子类；遍历其内部数据时，可以按照添加的顺序遍历，对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet.

  • TreeSet：可以按照添加对象的指定属性，进行排序。

Set的无序性与不可重复性的理解

1. 无序性：不等于随机性。存储的数据在底层数组中并非按照数组索引的顺序添加，而是根据数据的哈希值决定的 --> 数据结构中的哈希表。

2. 不可重复性：保证添加的元素按照equals()判断时，不能返回true. 即：相同的元素只能添加一个。

下面这段代码，每次的运行结果都是相同的，并不是随机产生的。

不过由于我们没有重写自定义Person类的equals()和hashCode()方法，所以Tom还是会输出两次

@Test
    public void HashSetTest(){
        Set set = new HashSet();
        set.add(123);
        set.add(456);
        set.add("fgd");
        set.add("book");
        set.add(new Person("Tom",12));
        set.add(new Person("Tom",12));
        set.add(129);

        for (Object obj : set) {
            System.out.println(obj);
        }
    }


public class Person {
    private String name;
    private int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

下面我来详细说明一下不可重复性（有数据结构的基础更容易懂哦）

我们向HashSet中添加元素a,首先调用元素a所在类的hashCode()方法，计算元素a的哈希值

此哈希值接着通过某种算法计算出在HashSet底层数组中的存放位置（即为：索引位置），判断数组此位置上是否已经有元素：

• 如果此位置上没有其他元素，则元素a添加成功。 --> 情况1

• 如果此位置上有其他元素b(或以链表形式存在的多个元素），则比较元素a与元素b的hash值：

  • 如果hash值不相同，则元素a添加成功。–> 情况2

  • 如果hash值相同，进而需要调用元素a所在类的equals()方法：

    • equals()返回true,元素a添加失败

    • equals()返回false,则元素a添加成功。–> 情况3

对于添加成功的情况2和情况3而言：元素a 与已经存在指定索引位置上数据以链表的方式存储。

在JDK7中，元素a放到数组中，指向原来的元素。

在JDK8中，原来的元素在数组中，指向元素a

具体应用场景可以看一下这篇文章的 试题C：直线

第十二届蓝桥杯省赛 Java---B组

https://cyborg2077.github.io/2022/02/21/LanqiaoCup/

我们在重写equals()和hashCode()方法时，直接用IDEA默认的生成方法就行. (ALT+INS一键生成)

HashSet中元素的添加过程

• 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
  • 可以将null添加到HashSet中

• 底层也是数组，初始容量为16，当如果使用率超过0.75，（16*0.75=12）就会扩大容量为原来的2倍。（16扩容为32，依次为64,128…等）

• 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”。

• HashSet底层：数组+链表的结构。

LinkedHashSet的使用

• LinkedHashSet是HashSet的子类

• LinkedHashSet根据元素的hashCode值来决定元素的存储位置，但它同时使用双向链表维护元素的次序，这使得元素看起来是以插入顺序保存的。

• LinkedHashSet插入性能略低于HashSet，但在迭代访问Set里的全部元素时有很好的性能。（因为使用了双向链表，很容易找到前驱和后继）

• LinkedHashSet不允许集合元素重复。

运行一下下面的代码，输出的时候保留了原有顺序（记得去Person类中重写equals()和hashCode()方法）

@Test
    public void LinkedHashSetTest(){
        Set set = new LinkedHashSet();
        set.add(123);
        set.add(456);
        set.add("moon");
        set.add("dark");
        set.add(new Person("Tom",12));
        set.add(new Person("Tom",12));
        set.add(129);

        for (Object obj : set) {
            System.out.println(obj);
        }
    }

TreeSet的自然排序

• TreeSet是SortedSet接口的实现类，TreeSet可以确保集合元素处于排序状态。

• TreeSet底层使用红黑树结构存储数据

• 新增的方法如下：(了解即可)

变量和类型	方法	描述
E	first()	返回此集合中当前的第一个（最低）元素。
E	last()	返回此集合中当前的最后一个（最高）元素。
E	lower(E e)	返回此集合中的最大元素严格小于给定元素，如果没有这样的元素，则 null 。
E	higher(E e)	返回此集合中的最小元素严格大于给定元素，如果没有这样的元素，则 null 。
SortedSet	subSet(E fromElement, E toElement)	返回此set的部分视图，其元素范围从 fromElement （含）到 toElement （独占）。
E	remove(int index)	删除此列表中指定位置的元素（可选操作）。

• TreeSet两种排序方法：自然排序和定制排序。默认情况下，TreeSet采用自然排序。

• TreeSet和后面要讲的TreeMap采用红黑树的存储结构

• 特点：有序，查询速度比List快

• 自然排序：TreeSet会调用集合元素的compareTo(Object obj)方法来比较元素之间的大小关系，然后将集合元素按升序(默认情况)排列。

• 如果试图把一个对象添加到TreeSet时，则该对象的类必须实现Comparable 接口

  • 实现Comparable 的类必须实现compareTo(Object obj)方法，两个对象即通过compareTo(Object obj)方法的返回值来比较大小。

• Comparable 的典型实现：

  • BigDecimal、BigInteger以及所有的数值型对应的包装类：按它们对应的数值大小进行比较
  • Character：按字符的unicode值来进行比较
  • Boolean：true 对应的包装类实例大于false 对应的包装类实例
  • String：按字符串中字符的unicode 值进行比较
  • Date、Time：后边的时间、日期比前面的时间、日期大

下面代码的输出结果会自动升序排序

@Test
    public void TreeSetTest01(){
        TreeSet treeSet = new TreeSet();
        treeSet.add(123);
        treeSet.add(123);
        treeSet.add(213);
        treeSet.add(231);
        treeSet.add(132);
        treeSet.add(321);
        treeSet.add(312);
        for (Object i : treeSet) {
            System.out.println(i);
        }
        System.out.println("*****************");
        treeSet = new TreeSet();
        treeSet.add("AA");
        treeSet.add("AA");
        treeSet.add("EE");
        treeSet.add("DD");
        treeSet.add("FF");
        treeSet.add("CC");
        treeSet.add("GG");
        treeSet.add("BB");
        for (Object o : treeSet) {
            System.out.println(o);
        }
    }

• 向TreeSet中添加元素时，只有第一个元素无须比较compareTo()方法，后面添加的所有元素都会调用compareTo()方法进行比较。

• 因为只有相同类的两个实例才会比较大小，所以向TreeSet中添加的应该是同一个类的对象。

• 对于TreeSet集合而言，它判断两个对象是否相等的唯一标准是：两个对象通过compareTo(Object obj)方法比较返回值。

• 因为Treeset是红黑树结构，其主要使用的是在插入的时候根据你提供的比较规则来插入。所以只需要实现Coparable,Comparotor接口的比较函数就可以。并不需要重写hashCode()和equals()方法。

由于Tree提供了TreeSet​(Comparator<? super E> comparator)构造器，所以我们可以按照下面的方式写
下面的例子是先按照姓名排序，在按照id排序

@Test
    public void TreeSetTest02() {
        Comparator comparator = new Comparator() {
            @Override
            public int compare(Object o1, Object o2) {
                if (o1 instanceof Student && o2 instanceof Student) {
                    Student s1 = (Student) o1;
                    Student s2 = (Student) o2;
                    int res = s1.getName().compareTo(s2.getName());
                    if (res == 0) {
                        return Integer.compare(s1.getId(), s2.getId());
                    } else return res;
                } else throw new RuntimeException("输入数据类型不匹配");
            }
        };
        TreeSet<Student> treeSet = new TreeSet<Student>(comparator);
        treeSet.add(new Student("A张三",18));
        treeSet.add(new Student("A张三",18));
        treeSet.add(new Student("A张三",18));
        treeSet.add(new Student("A张三",17));
        treeSet.add(new Student("A张三",19));
        treeSet.add(new Student("C张三",18));
        treeSet.add(new Student("B张三",18));
        treeSet.add(new Student("D张三",18));
        for (Student stu : treeSet) {
            System.out.println(stu);
        }
        /*
        Student{name='A张三', id=17}
        Student{name='A张三', id=18}
        Student{name='A张三', id=19}
        Student{name='B张三', id=18}
        Student{name='C张三', id=18}
        Student{name='D张三', id=18}
         */
    }

public class Student {
    private String name;
    private int id;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getId() {
        return id;
    }

    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }

    public Student(String name, int id) {
        this.name = name;
        this.id = id;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", id=" + id +
                '}';
    }
}

当然我们也可以直接在所需排序的类中，实现Comparable接口，重写compareTo()方法，先按照姓名降序排序，再按照年龄降序排序

@Test
    public void TreeSetTest03(){
        TreeSet<Person> treeSet = new TreeSet<>();
        treeSet.add(new Person("A张三",31));
        treeSet.add(new Person("A张三",32));
        treeSet.add(new Person("A张三",30));
        treeSet.add(new Person("C张三",21));
        treeSet.add(new Person("D张三",81));
        treeSet.add(new Person("B张三",36));
        for (Person p : treeSet) {
            System.out.println(p);
        }
    }
    /*
    Person{name='D张三', age=81}
    Person{name='C张三', age=21}
    Person{name='B张三', age=36}
    Person{name='A张三', age=32}
    Person{name='A张三', age=31}
    Person{name='A张三', age=30}
     */

public class Person implements Comparable {
    private String name;
    private int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    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;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }


    @Override
    public int compareTo(Object o) {
        if (o instanceof Person) {
            Person p = (Person) o;
            int res = -this.getName().compareTo(p.getName());
            if (res == 0) {
                return -Integer.compare(this.getAge(), ((Person) o).getAge());
            } else return res;
        } else throw new RuntimeException("输入数据类型不匹配");
    }
}

Map接口

Map接口及其多个实现类的对比

• Map接口：双列数据，保存具有映射关系"ket-value对"的集合 --> 高中函数:y = f(x)

  • HashMap：作为Map的主要实现类；线程不安全的，效率高；存储null的key和value

    • LinkedHashMap：保证在遍历map元素时，可以按照添加的顺序实现遍历。原因：在原有的HashMap底层结构基础上，添加了一对指针，指向前一个和后一个元素。对于频繁的遍历操作，此类执行效率高于HashMap。

  • TreeMap：保证按照添加的key-value对进行排序，实现排序遍历。此时考虑key的自然排序或定制排序。底层使用红黑树

  • Hashtable：作为古老的实现类；线程安全的，效率低；不能存储null的key和value

    • Properties：常用来处理配置文件。key和value都是String类型

HashMap的底层结构：数组+链表（JDK7及之前）。数组+链表+红黑树（JDK8及之后）

Map中存储的key-value的特点

• Map与Collection并列存在。用于保存具有映射关系的数据:key-value

• Map中的key和value都可以是任何引用类型的数据

• Map中的key:无序的、不可重复的，使用Set存储所有的key --> key所在的类要重写equals()和hashCode() （以HashMap为例）

• Map中的value:无序的、可重复的，可以理解成使用Collection存储所有的value --> value所在的类要重写equals()

• key和value之间存在单向一对一关系，即通过指定的key总能找到唯一的、确定的value

• Map接口的常用实现类：HashMap、TreeMap、LinkedHashMap和Properties。其中，HashMap是Map接口使用频率最高的实现类

Map实现类之一：HashMap

• HashMap是Map接口使用频率最高的实现类。

• 允许使用null键和null值，与HashSet一样，不保证映射的顺序。

• 所有的key构成的集合是Set:无序的、不可重复的。所以，key所在的类要重写：equals()和hashCode()

• 所有的value构成的集合是Collection:无序的、可以重复的。所以，value所在的类要重写：equals()

• 一个key-value构成一个entry

• 所有的entry构成的集合是Set:无序的、不可重复的

• HashMap判断两个key相等的标准是：两个key通过equals()方法返回true，hashCode值也相等。

• HashMap判断两个value相等的标准是：两个value 通过equals()方法返回true。

• JDK 7及以前版本：HashMap是数组+链表结构(即为链地址法)

• JDK 8版本发布以后：HashMap是数组+链表+红黑树实现。

HashMap在JDK7中的底层实现原理

HashMap map = new HashMap();

• 在实例化以后，底层创建了长度是16的一维数组Entry[] table。

map.put(xxx, xxx);
//执行N次put操作
map.put(key1,value1);

• 首先，调用key1所在类的hashCode()计算key1哈希值，此哈希值经过某种算法计算以后，得到在Entry数组中的存放位置。

• 如果此位置上的数据为空，此时的key1-value1添加成功。 ----情况1

• 如果此位置上的数据不为空，(意味着此位置上存在一个或多个数据(以链表形式存在)),比较key1和已经存在的一个或多个数据的哈希值：

  • 如果key1的哈希值与已经存在的数据的哈希值都不相同，此时key1-value1添加成功。----情况2

  • 如果key1的哈希值和已经存在的某一个数据(key2-value2)的哈希值相同，继续比较：调用key1所在类的equals(key2)方法，比较：

    • 如果equals()返回false:此时key1-value1添加成功。----情况3

    • 如果equals()返回true:使用value1替换value2。（新的替换旧的）

在不断的添加过程中，会涉及到扩容问题，当超出临界值(且要存放的位置非空)时，扩容。默认的扩容方式：扩容为原来容量的2倍，并将原有的数据复制过来。

HashMap的扩容：

当HashMap中的元素越来越多的时候，发生哈希冲突的几率也就越来越高，因为数组的长度是固定的。所以为了提高查询的效率就要对HashMap的数组进行扩容，而在HashMap数组扩容之后，最消耗性能的点就出现了：原数组中的数据必须重新计算其在新数组中的位置，并放进去，这就是resize。

那么HashMap什么时候进行扩容呢？

当HashMap中的元素个数超过数组大小四分之三时（loadFactor的默认值(DEFAULT_LOAD_FACTOR)为0.75，这是一个折中的取值。），就会进行数组扩容，也就是说，默认情况下，数组大小(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)为16，那么当HashMap中元素个数超过160.75=12（这个值就是代码中的threshold值，也叫做临界值）的时候，就把数组的大小扩展为216=32，即扩大一倍，然后重新计算每个元素在数组中的位置，而这是一个非常消耗性能的操作，所以如果我们已经预知HashMap中元素的个数，那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能。

HashMap在JDK8中的底层实现原理

jdk8 相较于jdk7在底层实现方面的不同：

1. new HashMap():底层没有创建一个长度为16的数组

2. jdk 8底层的数组是：Node[]，而非Entry[]

3. 首次调用put()方法时，底层创建长度为16的数组

4. jdk7底层结构只有：数组+链表。jdk8中底层结构：数组+链表+红黑树。

5. 当数组的某一个索引位置上的元素以链表形式存在的数据个数 > 8 且当前数组的长度 > 64时，此时此索引位置上的所数据改为使用红黑树存储。

LinkedHashMap的底层实现原理（了解）

• LinkedHashMap是HashMap的子类

• 在HashMap存储结构的基础上，使用了一对双向链表来记录添加元素的顺序

• 与LinkedHashSet类似，LinkedHashMap可以维护Map 的迭代顺序：迭代顺序与Key-Value 对的插入顺序一致

• HashMap中的内部类：Node

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final int hash;
        final K key;
        V value;
        Node<K,V> next;

        Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
            this.hash = hash;
            this.key = key;
            this.value = value;
            this.next = next;
        }

        public final K getKey()        { return key; }
        public final V getValue()      { return value; }
        public final String toString() { return key + "=" + value; }

        public final int hashCode() {
            return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
        }

        public final V setValue(V newValue) {
            V oldValue = value;
            value = newValue;
            return oldValue;
        }

        public final boolean equals(Object o) {
            if (o == this)
                return true;
            if (o instanceof Map.Entry) {
                Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;
                if (Objects.equals(key, e.getKey()) &&
                    Objects.equals(value, e.getValue()))
                    return true;
            }
            return false;
        }
}

• LinkedHashMap中的内部类：Entry

static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
        Entry<K,V> before, after; //有前驱和后继来记录添加的元素顺序
        Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
            super(hash, key, value, next);
        }
    }

Map中的常用方法

参数类型
K - 此映射维护的密钥类型
V - 映射值的类型

变量和类型	方法	描述
V	put(K key, V value)	将指定的值与此映射中的指定键相关联（可选操作）。
void	putAll(Map<? extends K,? extends V> m)	将指定映射中的所有映射复制到此映射（可选操作）。
V	remove(Object key)	如果存在，则从该映射中移除键的映射（可选操作）。
boolean	containsKey(Object key)	如果此映射包含指定键的映射，则返回 true 。
boolean	containsValue(Object value)	如果此映射将一个或多个键映射到指定值，则返回 true 。
void	clear()	从此映射中删除所有映射（可选操作）。
int	size()	返回此映射中键 - 值映射的数量。
boolean	isEmpty()	如果此映射不包含键 - 值映射，则返回 true 。
Set	keySet()	返回此映射中包含的键的Set视图。
boolean	equals(Object o)	将指定对象与此映射进行比较以获得相等性。
Set>	entrySet()	返回此映射中包含的映射的Set视图。
V	get(Object key)	返回指定键映射到的值，如果此映射不包含键的映射，则返回 null 。
Collection	values()	返回此映射中包含的值的Collection视图。

HashMap的遍历

1. 遍历所有的key集：keySet()

keySet()可以返回此映射中包含的键的Set视图。

利用Set的迭代器，可以轻松遍历所有的key集

@Test
    public void test01(){
        HashMap map = new HashMap();
        map.put(1, 2);
        map.put("张三", 18);
        map.put("张三", 81);
        map.put("李四", 28);
        Set set = map.keySet();
        for (Object o : set) {
            System.out.println(o);
        }
    }

2. 遍历所有的value集：values()

values()可以返回此映射中包含的值的Collection视图。

利用Collection的迭代器，可以轻松遍历所有的value集

@Test
    public void test02() {
        HashMap map = new HashMap();
        map.put(1, 2);
        map.put("张三", 18);
        map.put("张三", 81);
        map.put("李四", 28);
        Collection values = map.values();
        for (Object value : values) {
            System.out.println(value);
        }
    }

3. 遍历所有的key-values

• 方式一：

keySet()可以返回此映射中包含的键的Set视图，而get​(Object key)可以返回指定键映射到的值。

利用这两个方法可以轻松遍历所有的key-value

@Test
    public void test03() {
        HashMap map = new HashMap();
        map.put(1, 2);
        map.put("张三", 18);
        map.put("张三", 81);
        map.put("李四", 28);
        Set set = map.keySet();
        for (Object key : set) {
            Object value = map.get(key);
            System.out.println(key + "===" + value);
        }
    }

• 方式二：

Set<Map.Entry<K,​V>> entrySet() 返回此映射中包含的映射的Set视图。

Set中的每一个元素都是key-value键值对

而Map.Entry中又提供了getKey()和getValue()分别返回对应的键和值

@Test
    public void test04() {
        HashMap map = new HashMap();
        map.put(1, 2);
        map.put("张三", 18);
        map.put("张三", 81);
        map.put("李四", 28);
        Set set = map.entrySet();
        for (Object kv : set) {
            Map.Entry entry = (Map.Entry) kv;
            Object key = entry.getKey();
            Object value = entry.getValue();
            System.out.println(key + "===" + value);
        }
    }

TreeMap两种添加方式的使用

• TreeMap存储Key-Value 对时，需要根据key-value对进行排序。TreeMap可以保证所有的Key-Value 对处于有序状态。

• TreeSet底层使用红黑树结构存储数据

• TreeMap的Key的排序：

  • 自然排序：TreeMap的所有的Key 必须实现Comparable接口，而且所有的Key应该是同一个类的对象，否则将会抛出ClasssCastException

  • 定制排序：创建TreeMap时，传入一个Comparator对象，该对象负责对TreeMap中的所有key进行排序。此时不需要Map的Key实现Comparable接口。(言外之意就是两种方法二选一，跟之前的TreeSet的写法相同。)

• TreeMap判断两个key相等的标准：两个key通过compareTo()方法或者compare()方法返回0(不需要重写equals方法)。

下面的例子是key实现Comparable接口，按照姓名升序排序，如果姓名相同，则按照age升序排序

@Test
    public void test05() {
        TreeMap treeMap = new TreeMap<Student, Integer>();
        treeMap.put(new Student("A张三", 18), 23);
        treeMap.put(new Student("C张三", 16), 32);
        treeMap.put(new Student("E张三", 15), 97);
        treeMap.put(new Student("D张三", 19), 51);
        treeMap.put(new Student("B张三", 15), 15);
        treeMap.put(new Student("E张三", 29), 97);
        treeMap.put(new Student("E张三", 20), 97);

        Set set = treeMap.keySet();
        for (Object stu : set) {
            Student s = (Student) stu;
            System.out.println(s);
        }
    }

//Student类
public class Student implements Comparable{
    private String name;
    private int age;

    public Student() {
    }

    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    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;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }

    @Override
    public int compareTo(Object o) {
        if(o instanceof Student){
            Student stu = (Student) o;
            int res = this.getName().compareTo(stu.getName());
            if(res == 0){
                return Integer.compare(this.getAge(),stu.getAge());
            }else return res;
        }else throw new RuntimeException("输入数据类型不匹配");
    }
}

下面的例子是按照name降序排序，name相同则按照id降序排序

@Test
    public void test06() {
        TreeMap treeMap = new TreeMap<Person, Integer>(new Comparator<Person>() {
            @Override
            public int compare(Person o1, Person o2) {
                int res = -o1.getName().compareTo(o2.getName());
                if(res==0){
                    return Integer.compare(o1.getId(),o2.getId());
                }else return res;
            }
        });
        treeMap.put(new Person("A张三", 18), 23);
        treeMap.put(new Person("C张三", 16), 32);
        treeMap.put(new Person("E张三", 15), 97);
        treeMap.put(new Person("D张三", 19), 51);
        treeMap.put(new Person("B张三", 15), 15);
        treeMap.put(new Person("E张三", 20), 97);
        treeMap.put(new Person("E张三", 17), 97);

        Set set = treeMap.keySet();
        for (Object person : set) {
            Person p = (Person) person;
            System.out.println(p);
        }
    }

//Perosn类
public class Person {
    private String name;
    private int id;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getId() {
        return id;
    }

    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }

    public Person() {
    }

    public Person(String name, int id) {
        this.name = name;
        this.id = id;
    }    
    
    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", id=" + id +
                '}';
    }
}

Hashtable

• Hashtable是个古老的Map 实现类，JDK1.0就提供了。不同于HashMap，Hashtable是线程安全的。

• Hashtable实现原理和HashMap相同，功能相同。底层都使用哈希表结构，查询速度快，很多情况下可以互用。

• 与HashMap不同，Hashtable不允许使用null 作为key和value

• 与HashMap一样，Hashtable也不能保证其中Key-Value 对的顺序

• Hashtable判断两个key相等、两个value相等的标准，与HashMap一致。

Properties处理属性文件

• Properties 类是Hashtable的子类，该对象用于处理属性文件

• 由于属性文件里的key、value都是字符串类型，所以Properties里的key和value都是字符串类型

• 存取数据时，建议使用setProperty(String key,Stringvalue)方法和getProperty(String key)方法

新建一个test.properties文件，并写入以下内容，注意不要加空格，直接顶着等号写就行。

name=Kyle
password=!@#@$%Fga8

下面用Properties读取配置文件中的信息

//注：此方法不能用单元测试类，只能写在主函数里
public static void main(String[] args) {
        FileInputStream fil = null;
        try {
            Properties pro = new Properties();
            fil = new FileInputStream("test.properties");
            pro.load(fil);
            String name = pro.getProperty("name");
            String password = pro.getProperty("password");
            System.out.println("name = "+name+"\npassword = "+password);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if(fil!=null){
                try {
                    fil.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

Collections工具类

• Collections 是一个操作Set、List和Map 等集合的工具类

• Collections中提供了一系列静态的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设置不可变、对集合对象实现同步控制等方法

P.S：操作数组的工具类：Arrays

Collections工具类常用方法

变量和类型	方法	描述
static void	shuffle(List<?> list)	使用默认的随机源随机置换指定的列表。
static void	reverse(List<?> list)	反转指定列表中元素的顺序。
static > void	sort(List list)	根据其元素的natural ordering ，将指定列表按升序排序。
static void	sort(List list, Comparator<? super T> c)	根据指定比较器引发的顺序对指定列表进行排序。
static void	swap(List<?> list, int i, int j)	交换指定列表中指定位置的元素。
static > T	max(Collection<? extends T> coll)	根据元素的 自然顺序返回给定集合的最大元素。
static T	max(Collection<? extends T> coll, Comparator<? super T> comp)	根据指定比较器引发的顺序返回给定集合的最大元素。
static > T	min(Collection<? extends T> coll)	根据元素的 自然顺序返回给定集合的最小元素。
static T	min(Collection<? extends T> coll, Comparator<? super T> comp)	根据指定比较器引发的顺序返回给定集合的最小元素。
static int	frequency(Collection<?> c, Object o)	返回指定集合中等于指定对象的元素数。
static void	copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src)	将一个列表中的所有元素复制到另一个列表中。
static boolean	replaceAll(List list, T oldVal, T newVal)	用列表替换列表中所有出现的指定值。