集合基礎詳解

阿新 • • 發佈：2021-06-11

Iterable 介面

Iterable是一個超級介面，被Collection所繼承。它只有一個方法： Iterator iterator() //即返回一個迭代器
Java中的Iterator功能比較簡單，並且只能單向移動：
(1) 使用方法iterator()要求容器返回一個Iterator。第一次呼叫Iterator的next()方法時，它返回序列的第一個元素。注意：iterator()方法是java.lang.Iterable介面,被Collection繼承。
　　(2) 使用next()獲得序列中的下一個元素。
　　(3) 使用hasNext()檢查序列中是否還有元素。
　　(4) 使用remove()將迭代器新返回的元素刪除。

Collection 介面

JDK 不提供此介面的任何直接實現：它提供更具體的子介面（如 Set 和 List）實現。

不同的Collection子類對於有序性、重複性、null、執行緒同步都有不同的策略。

List 介面

List是有序的 collection（也稱為序列）。此介面的使用者可以對列表中每個元素的插入位置進行精確地控制。使用者可以根據元素的整數索引（在列表中的位置）訪問元素，並搜尋列表中的元素。
使用者插入的順序或者指定的位置就是元素插入的位置。它與Set不同，List允許插入重複的值。
List 介面提供了特殊的迭代器，稱為 ListIterator，除了允許 Iterator 介面提供的正常操作外，該迭代器還允許元素插入

和替換，以及雙向訪問。還提供了一個方法(如下)來獲取從列表中指定位置開始的列表迭代器。
```
ListIterator <E> listIterator(int index)
返回列表中元素的列表迭代器（按適當順序），從列表的指定位置開始
```
List 介面提供了兩種搜尋指定物件的方法。從效能的觀點來看，應該小心使用這些方法。在很多實現中，它們將執行高開銷的線性搜尋。
List 介面提供了兩種在列表的任意位置高效插入和移除多個元素的方法。

List的子類

List最流行的實現類有Vector、ArrayList、LinkedList。

1、 ArrayList （類）

ArrayLis是基於陣列實現的List類，它封裝了一個動態的、增長的、允許再分配的

Object[ ]陣列.它允許對元素進行快速隨機訪問（ArrayList每次擴容自身的1.5倍）
當從ArrayList的中間位置插入或者刪除元素時，需要對陣列進行復制、移動、代價比較高。因此，它適合隨機查詢和遍歷，不適合插入和刪除。

2、Vector（類）

Vector與ArrayList一樣，也是通過陣列實現的，不同的是它支援執行緒的同步，即某一時刻只有一個執行緒能夠寫Vector，避免多執行緒同時寫而引起的不一致性，但實現同步需要很高的花費，因此，訪問它比訪問ArrayList慢。所以現在已經不太常用了。

2.1、Stack（類）

Stack是Vector提供的一個子類，用於模擬"棧"這種資料結構(LIFO後進先出)

3、LinkedList （類）

LinkedList是用連結串列結構儲存資料的，很適合資料的動態插入和刪除，隨機訪問和遍歷速度比較慢。
另外，它還實現了Deque介面，專門用於操作表頭和表尾元素，可以當作堆疊、佇列和雙向佇列使用。

名稱	擴容方式（預設）	執行緒安全	速度	有效個數的屬性
ArrayList	增長50%	執行緒不安全	快	size
Vector	增長一倍	執行緒安全	慢	elementCount
共同點	如果新增的有效元素個數超過陣列本身的長度，都會導致陣列進行擴容	-	remove,add(index,obj)方法都會導致內部陣列進行資料拷貝的操作，這樣在大資料量時，可能會影響效率	-

其他

List介面的排序可以通過Collections.sort()來進行定製排序。
只需要繼承Comparable介面後，重寫compareTo()方法。

public class Student extends Thread implements Comparable {	
	private int age;
	private String name;
	private String tel;
	private int height;

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

	public static void main(String args[]) throws InterruptedException{
		Student stu1 = new Student("張三",21,"156482",172);
		Student stu2 = new Student("李四",18,"561618",168);
		Student stu3 = new Student("王五",19,"841681",170);
		Student stu4 = new Student("趙七",20,"562595",180);
   	
		List<Student> list = new ArrayList<Student>();
		//亂序插入
		list.add(stu3);
		list.add(stu1);
		list.add(stu4);
		list.add(stu2);
   	
		System.out.println("-----------排序前----------");
		Iterator<Student> it = list.iterator();
		while(it.hasNext()){
			System.out.println(it.next());
		}
        
		/*
		* 使用Collections的sort方法讓集合排序，使用其方法必須要重寫
		* Comparable介面的compareTo()方法
		* */
		Collections.sort(list);
		System.out.println("-----------按照年齡排序後----------");
		for(int i=0;i<list.size();i++){
			System.out.println(list.get(i).toString());
		}
	}

	//重寫compareTo方法，用age來比較。也可以用別的來比較
	@Override
	public int compareTo(Object o) {
		//使用當前物件的年齡和其他物件的年齡比較，如果<0返回負數，>0返回正數，=0返回0
		int z = this.age - ((Student)o).getAge();
		if(z<0) 
			return -1;  // 返回其他負數也行
		else if(z == 0) 
			return 0;
		else 
			return 1;  //返回其他正數也行
	}
   
   //重寫toString，便於輸出
	@Override
	public String toString(){
		return name+","+age+","+tel+","+height;
	}
}

Set介面

Set，顧名思義，集合的意思。java的集合和數學的集合一樣，滿足集合的無序性，確定性，單一性。同時，如果有多個null，則不滿足單一性了，所以Set只能有一個null。
Set判斷兩個物件相同不是使用"=="運算子，而是根據equals方法。也就是說，我們在加入一個新元素的時候，如果這個新元素物件和Set中已有物件進行注意equals比較都返回false，則Set就會接受這個新元素物件，否則拒絕。
——因為Set的這個制約，在使用Set集合的時候，應該注意兩點：
1、為Set集合裡的元素的實現類實現一個有效的equals(Object)方法；
2、對Set的建構函式，傳入的Collection引數不能包含重複的元素。

Set的子類/子介面

Set最流行的實現類有HashSet、TreeSet、LinkedHashSet（從HashSet繼承而來）。

1、 HashSet （類）

HashSet是Set介面的典型實現，HashSet使用HASH演算法來儲存集合中的元素，因此具有良好的存取和查詢效能。當向HashSet集合中存入一個元素時，HashSet會呼叫該物件的 hashCode()方法來得到該物件的hashCode值，然後根據該HashCode值決定該物件在HashSet中的儲存位置。
值得主要的是，HashSet集合判斷兩個元素相等的標準是兩個物件通過equals()方法比較相等，並且兩個物件的hashCode()方法的返回值相等

1.1、LinkedHashSet（類）

LinkedHashSet集合也是根據元素的hashCode值來決定元素的儲存位置，但和HashSet不同的是，它同時使用連結串列維護元素的次序，這樣使得元素看起來是以插入的順序儲存的。
當遍歷LinkedHashSet集合裡的元素時，LinkedHashSet將會按元素的新增順序來訪問集合裡的元素。
LinkedHashSet需要維護元素的插入順序，因此效能略低於HashSet的效能，但在迭代訪問Set裡的全部元素時(遍歷)將有很好的效能(連結串列很適合進行遍歷)

2、SortedSet （介面）

此介面主要用於排序操作，實現了此介面的子類都屬於排序的子類

2.1、TreeSet（類）

TreeSet是SortedSet介面的實現類，TreeSet可以確保集合元素處於排序狀態

3、EnumSet （類）

EnumSet是一個專門為列舉類設計的集合類，EnumSet中所有元素都必須是指定列舉型別的列舉值，該列舉型別在建立EnumSet時顯式或隱式地指定。EnumSet的集合元素也是有序的，

Queue介面

此介面用於模擬“佇列”資料結構（FIFO）。新插入的元素放在隊尾，隊頭存放著儲存時間最長的元素。

Queue的子類/子介面

1、PriorityQueue—— 優先佇列（類）

其實它並沒有按照插入的順序來存放元素，而是按照佇列中某個屬性的大小來排列的。故而叫優先佇列。

2、Deque——雙端佇列（介面）

2.1、ArrayDeque（類）

基於陣列的雙端佇列，類似於ArrayList有一個Object[] 陣列。

2.2、LinkedList （類）（上文已有）

上述三個介面的區別：

容器名	是否有序	是否可重複	null的個數
List	有序	可重複	允許多個null
Set	無序	不可重複	只允許一個null
Queue	有序（FIFO）	可重複	通常不允許插入null

Map 介面

Map不是collection的子介面或者實現類。Map是一個介面。
Map用於儲存具有“對映關係”的資料。每個Entry都持有鍵-值兩個物件。其中，Value可能重複，但是Key不允許重複（和Set類似）。
Map可以有多個Value為null，但是隻能有一個Key為null。

Map的子類/子介面

1、HashMap （類）

和HashSet集合不能保證元素的順序一樣，HashMap也不能保證key-value對的順序。並且類似於HashSet判斷兩個key是否相等的標準一樣: 兩個key通過equals()方法比較返回true、同時兩個key的hashCode值也必須相等

1.1、LinkedHashMap （類）

LinkedHashMap也使用雙向連結串列來維護key-value對的次序，該連結串列負責維護Map的迭代順序，與key-value對的插入順序一致(注意和TreeMap對所有的key-value進行排序區分）。

2、HashTable （類）

是一個古老的Map實現類。

2.1、Properties（類）

Properties物件在處理屬性檔案時特別方便（windows平臺的.ini檔案）。Properties類可以把Map物件和屬性檔案關聯，從而把Map物件的key - value對寫入到屬性檔案中，也可把屬性檔案中的“屬性名-屬性值”載入進Map物件中。

3、SortedMap（介面）

如同Set->SortedSet->TreeSet一樣，Map也有Map->SortedMap->TreeMap的繼承關係。

3.1、TreeMap（類）

TreeMap是一個紅黑樹結構，每個鍵值對都作為紅黑樹的一個節點。TreeMap儲存鍵值對時，需要根據key對節點進行排序，TreeMap可以保證所有的key-value對處於有序狀態。同時，TreeMap也有兩種排序方式：自然排序、定製排序（類似於上面List的重寫CompareTo()方法）。

4、WeakHashMap（類）

看名字就能發現，這是Weak後的HashMap。但是二者大體差別不大。
區別在於，HashMap的key保留了對實際物件的強引用，這意味著只要該HashMap物件不被銷燬，該HashMap所引用的物件就不會被垃圾回收。
但WeakHashMap的key只保留了對實際物件的弱引用，這意味著如果WeakHashMap物件的key所引用的物件沒有被其他強引用變數所引用，則這些key所引用的物件可能被垃圾回收，當垃圾回收了該key所對應的實際物件之後，WeakHashMap也可能自動刪除這些key所對應的key-value對。

5、IdentityHashMap（類）

這個類也和HashMap類似，區別在於，在IdentityHashMap中，當且僅當兩個key嚴格相等(key1==key2)時，IdentityHashMap才認為兩個key相等
IdentityHashMap不是Map的通用實現，它有意違反了Map的常規協定。並且IdentityHashMap允許key和value都為null。
同HashMap，IdentityHashMap也是無序的，並且該類不是執行緒安全的，如果要使之執行緒安全，可以呼叫Collections.synchronizedMap(new IdentityHashMap(…))方法來實現。