一、Java集合框架概述

1、什麼是集合

• 集合框架：用於儲存資料的容器。
  • 陣列、集合等儲存資料的結構，叫Java容器。
  • 此時的儲存，是指記憶體層面的儲存，不涉及持久化的儲存。
• 任何集合框架都包含三大塊的內容：對外的介面、介面的實現、對集合運算的演算法。

2、集合的特點

• 陣列的特點/缺點：

  • 長度固定。一旦初始化，長度不能修改。
  • 型別確定。型別嚴格（算是一個好處），當然要想可以放多種型別的資料，也可以宣告為Object型別。
  • 方法有限。新增、刪除元素效率低；獲取元素個數不方便。
  • 元素有序可重。對於無序、不重複的元素，不能滿足。

• 集合的特點/優點

  • 容量自增長。

3、集合的體系

• Collection介面和Map介面是所有集合框架的父介面。
• Collection介面繼承樹

說明：

1. List介面：儲存有序、可重複的資料。“動態陣列”
2. Set介面：儲存無序、不可重複的資料。“數學中的集合”

• Map介面繼承樹

說明：

1. Map介面：雙列集合，用於儲存成對的資料（key-value）。“數學中的函式”

二、Collection介面中的方法（15個）

1、說明

• 因為Collection介面是List、Set、Queue介面的父介面，所以定義在Collection介面的中方法可以用於操作子介面的實現類的物件。

2、15個方法

注意事項：

• 想Collection介面的實現類物件中新增資料obj時，要求obj所在類重寫equals()。

• 陣列--->集合：Arrays.asList()

  •   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
    

  • asList中是整型時，用int，預設會把陣列當場一個物件。

3、Iterator迭代器介面

• Iterator是什麼？
  • Iterator物件成為迭代器，是設計模式的一種。主要用於遍歷集合中的元素。
  • 迭代器模式：提供一種方法訪問一個容器(container)物件中各個元 素，而又不需暴露該物件的內部細節。迭代器模式，就是為容器而生。
• Iterator介面中方法
  • hasNext()
  • next()
  • remove()遍歷過程中移除某元素
    • Iterator可以刪除集合的元素，但是是遍歷過程中通過迭代器物件的 remove方 法，不是集合物件的remove方法。
    • 如果還未呼叫next()或在上一次呼叫 next 方法之後已經呼叫了 remove 方法， 再呼叫remove都會報IllegalStateException
• 怎麼用Iterator遍歷集合

//用集合中的iterator方法得到迭代器物件
Iterator iterator = coll.iterator();
//遍歷集合
while(iterator.hasNext()){
    System.out.println(iterator.next());
}

//當然我們也可以用foreach來遍歷，其實foreach本質也是呼叫了迭代器。

• Iterator原理

  • 得到的迭代器物件，預設指標指向第一個元素的前面
  • hasNext()來判斷下一位是否有元素。（在呼叫it.next()方法之前必須要呼叫it.hasNext()進行檢測。若不呼叫，且 下一條記錄無效，直接呼叫it.next()會丟擲NoSuchElementException異常）
  • next()：兩個作用：①指標下移②取出指標指向的元素

• 注意

  • 集合物件每次呼叫iterator()方法都得到一個全新的迭代器物件，預設遊標都在集合 的第一個元素之前。因此下面這種寫法不正確

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

三、List介面

1、List介面概述

• List介面是Collection的子介面
• List被稱為“動態陣列”，是因為陣列的侷限性而代替陣列的一種容器。
• 儲存的元素有序、可重複。每個元素都有對應的順序索引。
• 實現類有三個：ArrayList、LinkedList、Vector

2、ArrayList、LinkedList、Vector的異同（面試題）

• 同
  • 三個類都是List介面的實現類，因此儲存資料都是有序可重複的。
• 異

3、原始碼分析（加分項）

• ArrayList原始碼分析-----JDK7

  • 建立：呼叫空參構造器時，底層建立一個長度為10的Object[]陣列elementData
  • 擴容：預設擴容為原來的1.5倍（使用移位操作），並將原來陣列中的資料複製到新的陣列中
  • 結論：開發中使用帶參構造器指定容量：ArrayList list = new ArrayList(int capacity)

• ArrayList原始碼分析-----JDK8

  • 建立：呼叫空參構造器時，底層建立一個Object[]陣列elementData，初始化為空{}
  • 擴容：同JDK7
  • 對比：jdk7中的ArrayList的物件的建立類似於單例的餓漢式，而jdk8中的ArrayList的物件的建立類似於單例的懶漢式，延遲了陣列的建立，節省記憶體。

• LinkedList原始碼分析

  • 建立：呼叫空參構造器時，內部聲明瞭Node型別的first和last屬性，預設值為null
  • 新增：將資料封裝在Node中，建立Node物件

• Vector原始碼分析

  • 建立：呼叫空參構造器時，底層建立一個長度為10的Object[]陣列elementData
  • 擴容：預設擴容為原來的2倍，並將原來陣列中的資料複製到新的陣列中

4、List常用方法

• List除了從Collection集合繼承的方法外，還有一些獨有的、根據索引來操作集合元素的方法。

• 總結的簡化版（常用的、便於記憶的總結）

• 區分List中的remove方法
  • list.remove(2)：刪除索引為2的，因為有remove(int index)的方法，直接匹配上不用自動裝箱就能匹配，name何必自動裝箱呢？
  • list.remove(new Integer(2))：刪除資料2，匹配的是remove(Object obj)的方法

四、Set介面

1、Set介面概述

• Set介面是Collection的子介面。
• Set中沒有額外的方法
• Set中的元素不可重複，判斷是否相等用的是equals()方法
• 實現類有HashSet、LinkedHashSet、TreeSet

2、HashSet、LinkedHashSet、TreeSet的異同

• HashSet：是Set介面的主要實現類；執行緒不安全；可以儲存null值；
• LinkedHashSet：是HashSet的子類；可以按照新增順序遍歷，遍歷效率高；
• TreeSet：可以按照新增物件的指定屬性排序
  • 要求1：新增的物件型別相同
  • 要求2：物件的類要實現Comparable介面來進行自然排序，或者，實現Comparator介面來進行定製排序
    • 自然排序中，比較兩個物件是否相同的標準為（是否可新增“相同物件”）：compareTo()返回0.不再是equals().
    • 定製排序中，比較兩個物件是否相同的標準為：compare()返回0.不再是equals().

3、理解無序、可重複

• 無序
  • 指的是儲存在底層陣列的資料，並不是按照陣列索引的順序新增的，而是根據資料的雜湊值決定的。
  • 無序性，不等於隨機性
• 不可重複
  • 相同的元素只能新增一個。元素按照equals()判斷，不能返回true。

4、新增元素的過程（以HashSet為例）

• 新增過程並不會單獨考察，但是對於理解HashMap有很大幫助

• 我們向HashSet中新增元素a,首先呼叫元素a所在類的hashCode()方法，計算元素a的雜湊值，此雜湊值接著通過某種演算法計算出在HashSet底層陣列中的存放位置（即為：索引位置），判斷陣列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新增成功。 --->情況1
  • 如果此位置上有其他元素b(或以連結串列形式存在的多個元素），則比較元素a與元素b的hash值：
    • 如果hash值不相同，則元素a新增成功。--->情況2
    • 如果hash值相同，進而需要呼叫元素a所在類的equals()方法：
      • equals()返回true,元素a新增失敗
      • equals()返回false,則元素a新增成功。--->情況3

• 對於新增成功的情況2和情況3而言：元素a 與已經存在指定索引位置上資料以連結串列的方式儲存

  • jdk 7 :元素a放到陣列中，指向原來的元素。
  • jdk 8 :原來的元素在陣列中，指向元素a
  • 總結：七上八下

• HashSet底層：陣列+連結串列的結構。

5、重寫hashCode()和equals()方法

• 要求：向Set(主要指：HashSet、LinkedHashSet)中新增的資料，其所在的類一定要重寫hashCode()和equals()

• 重寫要求：重寫的hashCode()和equals()儘可能保持一致性：相等的物件必須具有相等的雜湊碼

• 重寫兩個方法的小技巧：物件中用作 equals() 方法比較的 Field，都應該用來計算 hashCode 值。

6、面試題

• 在List內去除重複數字值，要求儘量簡單

  • 可以用Set實現

•   //程式的輸出結果
    HashSet set = new HashSet();
    Person p1 = new Person(1001,"AA");
    Person p2 = new Person(1002,"BB");
    
    set.add(p1); 
    set.add(p2);
    p1.name = "CC";
    set.remove(p1); 
    System.out.println(set);//[Person{id=1002, name='BB'}, Person{id=1001, name='CC'}]
    /*
    存放p1、p2時，根據p1和p2的屬性算出了hashCode來確定存放位置
    p1的name改為CC後，再刪除p1--->根據此時p1的屬性算hashCode來找set中和p1相同的元素，此時算出來的hashCode大概率不是p1的位置，相當於沒有找到，所以刪除並沒有成功。
    */
    
    set.add(new Person(1001,"CC"));
    System.out.println(set); //[Person{id=1002, name='BB'}, Person{id=1001, name='CC'}, Person{id=1001, name='CC'}]
    /*
    存放新建的p，是根據1001和CC來算hashCode，此時陣列中這個位置空的，所以存放成功
    */
    set.add(new Person(1001,"AA"));
    System.out.println(set);//[Person{id=1002, name='BB'}, Person{id=1001, name='CC'}, Person{id=1001, name='CC'}, Person{id=1001, name='AA'}]
    /*
    存放新建的p，先hashCode後和p1是一樣的，再equals發現不一樣，加到連結串列上，存放成功
    */
  

五、Map介面

1、Map介面概述

• Map介面繼承樹

• Map介面：
  • 儲存key-value的鍵值對，類似於數學中的函式
• Map實現類對比

2、面試題

•     HashMap的底層實現原理★★★★★（見下面第四點）
  

•     HashMap和Hashtable的異同
  

•     CurrentHashMap和Hashtable的異同（暫時不學）
  

3、Map結構的理解

• Map中的key：無序的、不可重複的，使用Set儲存所有的key ---> key所在的類要重寫equals()和hashCode() （以HashMap為例）；當然如果是LinkedHashMap還要實現排序介面

• Map中的value：無序的、可重複的，使用Collection儲存所有的value --->value所在的類要重寫equals()

• 一個鍵值對：key-value構成了一個Entry物件。

• Map中的entry：無序的、不可重複的，使用Set儲存所有的entry

四、 HashMap的底層實現原理★★★★★（高頻面試題）

1、JDK7

• HashMap map = new HashMap()：底層建立一個長度為16的陣列Entry[] table。

• map.put(key1, value1)

  • 呼叫key1所在類的hashCode()方法計算key1的雜湊值，用雜湊值在計算得到在Entry[]陣列中的存放位置
    • 如果此位置為空，新增成功------>情況1
    • 如果此位置不為空，比較key1和已經存在的資料的雜湊值
      • 如果key1的雜湊值和已經存在的資料的雜湊值不同，新增成功------>情況2
      • 如果key1的雜湊值和已經存在的某一個數據（key2，value2）的雜湊值相同，繼續呼叫key1所在類的equals()方法，傳入引數key2進行比較
        • 如果equals()返回值為false，新增成功------>情況3
        • 如果equals()返回值為true，用value1替換value2

• 擴容：（當超出臨界值且要新增資料的位置不為空時）預設擴容為原來的2倍，並複製資料到新陣列

2、JDK8與JDK7的不同之處

• HashMap map = new HashMap()時，底層沒有直接建立陣列，而是在首次put()時建立
• 陣列是Node[]型別，而非Entry[]型別
• JDK7底層是：陣列+連結串列；而JDK8底層是：陣列+連結串列+紅黑樹
  • 形成連結串列時，七上八下（jdk7:新的元素指向舊的元素。jdk8：舊的元素指向新的元素）
  • 當陣列的某一個索引位置上的元素以連結串列形式存在的資料個數 > 8 且當前陣列的長度 > 64時，此時此索引位置上的所資料改為使用紅黑樹儲存。

3、LinkedHashMap底層實現原理

static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
    Entry<K,V> before, after;//能夠記錄新增的元素的先後順序
    Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
        super(hash, key, value, next);
    }
}

六、Map介面常用方法

1、新增、刪除、修改操作：

• Object put(Object key,Object value)：將指定key-value新增到(或修改)當前map物件中

  void putAll(Map m)：將m中的所有key-value對存放到當前map中

• Object remove(Object key)：移除指定key的key-value對，並返回value
  void clear()：清空當前map中的所有資料

2、 元素查詢的操作：

• Object get(Object key)：獲取指定key對應的value

• boolean containsKey(Object key)：是否包含指定的key

  boolean containsValue(Object value)：是否包含指定的value

• int size()：返回map中key-value對的個數

• boolean isEmpty()：判斷當前map是否為空

• boolean equals(Object obj)：判斷當前map和引數物件obj是否相等

3、元檢視操作的方法：

• Set keySet()：返回所有key構成的Set集合
• Collection values()：返回所有value構成的Collection集合
• Set entrySet()：返回所有key-value對構成的Set集合

4、總結常用方法：

• 新增：put(Object key,Object value)
• 刪除：remove(Object key)
• 修改：put(Object key,Object value)
• 查詢：get(Object key)
• 長度：size()
• 遍歷：keySet() / values() / entrySet()

七、Properties

1、配置檔案

• 預設存放路徑為當前工程下

• 建立配置檔案的方式

  • 右鍵工程名--->new--->File：這時要寫上 .properties，如 jdbc.properties
  • 右鍵工程名--->new--->Resource Bundle：這時秩序寫名稱就會自動補全字尾

• 存取資料時，建議使用setProperty(String key,String value)方法和 getProperty(String key)方法

八、Collections工具類

1、Collections概述

• Collections是一個操作Set、List、Map等集合的工具類
• Collections 中提供了一系列靜態的方法對集合元素進行排序、查詢和修改等操作， 還提供了對集合物件設定不可變、對集合物件實現同步控制等方法

2、Collections常用方法

排序操作

• 排序操作都是針對List來講的，因為Map本身無序，何談排序
• 返回值都是void，說明對List本身做了修改

查詢、替換

• void copy(List dest, List src)中，新List容量不能小於舊List，因此要用 List dest = Arrays.asList(new Object[list.size()]);來建立

3、Collection和Collections的區別（面試題）