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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 這些類用來儲存和操作物件組。
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。由於這個原因,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。
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該框架必須是高效能的。基本集合(動態陣列,連結串列,樹,雜湊表)的實現也必須是高效的。
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該框架允許不同型別的集合,以類似的方式工作,具有高度的互操作性。
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對一個集合的擴充套件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現,諸如:LinkedList
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),儲存一個元素集合,另一種是圖(Map),儲存鍵/值對對映。Collection 介面又有 3 種子型別,List、Set 和 Queue,再下面是一些抽象類,最後是具體實現類,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:
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介面:
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實現(類):是集合介面的具體實現。從本質上講,它們是可重複使用的資料結構,例如:ArrayList、LinkedList、HashSet、HashMap。
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演算法:是實現集合介面的物件裡的方法執行的一些有用的計算,例如:搜尋和排序。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現。
除了集合,該框架也定義了幾個 Map 介面和類。Map 裡儲存的是鍵/值對。儘管 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效能優良,使用方便的介面和類,java集合框架位於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 |
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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,只提供繼承於的子介面(如List和set)。 Collection 介面儲存一組不唯一,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,類似於陣列的下標)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 介面儲存一組不唯一,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 不儲存重複的元素。 Set 介面儲存一組唯一,無序的物件。 |
4 | SortedSet 繼承於Set儲存有序的集合。 |
5 | Map Map 介面儲存一組鍵值物件,提供key(鍵)到value(值)的對映。 |
6 | Map.Entry 描述在一個Map中的一個元素(鍵/值對)。是一個 Map 的內部介面。 |
7 | SortedMap 繼承於 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
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1. Set 介面例項儲存的是無序的,不重複的資料。List 介面例項儲存的是有序的,可以重複的元素。
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2. Set檢索效率低下,刪除和插入效率高,插入和刪除不會引起元素位置改變<實現類有HashSet,TreeSet>。
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3. List和陣列類似,可以動態增長,根據實際儲存的資料的長度自動增長List的長度。查詢元素效率高,插入刪除效率低,因為會引起其他元素位置改變<實現類有ArrayList,LinkedList,Vector>。
集合實現類(集合類)
Java提供了一套實現了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現。
標準集合類彙總於下表:
序號 | 類描述 |
---|---|
1 | AbstractCollection 實現了大部分的集合介面。 |
2 | AbstractList 繼承於AbstractCollection 並且實現了大部分List介面。 |
3 | AbstractSequentialList 繼承於 AbstractList ,提供了對資料元素的鏈式訪問而不是隨機訪問。 |
4 | LinkedList 該類實現了List介面,允許有null(空)元素。主要用於建立連結串列資料結構,該類沒有同步方法,如果多個執行緒同時訪問一個List,則必須自己實現訪問同步,解決方法就是在建立List時候構造一個同步的List。例如: List list=Collections.synchronizedList(newLinkedList(...));
LinkedList 查詢效率低。 |
5 | ArrayList 該類也是實現了List的介面,實現了可變大小的陣列,隨機訪問和遍歷元素時,提供更好的效能。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%,插入刪除效率低。 |
6 | AbstractSet 繼承於AbstractCollection 並且實現了大部分Set介面。 |
7 | HashSet 該類實現了Set介面,不允許出現重複元素,不保證集合中元素的順序,允許包含值為null的元素,但最多隻能一個。 |
8 | LinkedHashSet 具有可預知迭代順序的Set介面的雜湊表和連結列表實現。 |
9 | TreeSet 該類實現了Set介面,可以實現排序等功能。 |
10 | AbstractMap 實現了大部分的Map介面。 |
11 | HashMap HashMap 是一個散列表,它儲存的內容是鍵值對(key-value)對映。 該類實現了Map介面,根據鍵的HashCode值儲存資料,具有很快的訪問速度,最多允許一條記錄的鍵為null,不支援執行緒同步。 |
12 | TreeMap 繼承了AbstractMap,並且使用一顆樹。 |
13 | WeakHashMap 繼承AbstractMap類,使用弱金鑰的雜湊表。 |
14 | LinkedHashMap 繼承於HashMap,使用元素的自然順序對元素進行排序. |
15 | IdentityHashMap 繼承AbstractMap類,比較文件時使用引用相等。 |
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,該類允許設定預設的增長長度,預設擴容方式為原來的2倍。 |
2 | Stack 棧是Vector的一個子類,它實現了一個標準的後進先出的棧。 |
3 | Dictionary Dictionary 類是一個抽象類,用來儲存鍵/值對,作用和Map類相似。 |
4 | Hashtable Hashtable 是 Dictionary(字典) 類的子類,位於 java.util 包中。 |
5 | Properties Properties 繼承於 Hashtable,表示一個持久的屬性集,屬性列表中每個鍵及其對應值都是一個字串。 |
6 | BitSet 一個Bitset類建立一種特殊型別的陣列來儲存位值。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,可用於集合和對映。這些演算法被定義為集合類的靜態方法。
在嘗試比較不相容的型別時,一些方法能夠丟擲 ClassCastException異常。當試圖修改一個不可修改的集合時,丟擲UnsupportedOperationException異常。
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 這裡是一個列表中的所有演算法實現。 |
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。
一般遍歷陣列都是採用for迴圈或者增強for,這兩個方法也可以用在集合框架,但是還有一種方法是採用迭代器遍歷集合框架,它是一個物件,實現了Iterator介面或 ListIterator介面。
迭代器,使你能夠通過迴圈來得到或刪除集合的元素。ListIterator 繼承了 Iterator,以允許雙向遍歷列表和修改元素。
序號 | 迭代器方法描述 |
---|---|
1 | 使用 Java Iterator 這裡通過例項列出 Iterator 和 ListIterator 介面提供的所有方法。 |
遍歷 ArrayList
例項
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,把連結串列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++) //這裡也可以改寫為 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())//判斷下一個元素之後有值 { System.out.println(ite.next()); } } }解析:
三種方法都是用來遍歷ArrayList集合,第三種方法是採用迭代器的方法,該方法可以不用擔心在遍歷的過程中會超出集合的長度。