JAVA進階（04）容器
阿新 • • 發佈：2018-12-26
一 泛型
- 泛型的本質是引數化型別，也就是說所操作的資料型別被指定為一個引數。
1、泛型方法
（1）泛型方法的定義規則
- <E> 在方法返回值之前。
- 多個型別引數（<E>）間用逗號隔開。
- 返回值型別可以用泛型宣告，方法內，泛型可以當作正常的類來使用。
- 泛型只能代表引用型型別，不能是基本型別。
public class GenericMethodTest { // 泛型方法 printArray public static < E > void printArray( E[] inputArray ) { // 輸出陣列元素 for ( E element : inputArray ){ System.out.printf( "%s ", element ); } System.out.println(); } public static void main( String args[] ) { // 建立不同型別陣列： Integer, Double 和 Character Integer[] intArray = { 1, 2, 3, 4, 5 }; Double[] doubleArray = { 1.1, 2.2, 3.3, 4.4 }; Character[] charArray = { 'H', 'E', 'L', 'L', 'O' }; System.out.println( "整型陣列元素為:" ); printArray( intArray ); // 傳遞一個整型陣列 System.out.println( "\n雙精度型陣列元素為:" ); printArray( doubleArray ); // 傳遞一個雙精度型陣列 System.out.println( "\n字元型陣列元素為:" ); printArray( charArray ); // 傳遞一個字元型陣列 } }
（2）有界的型別引數
- 上界 <? extends Fruit> ，表示所有繼承Fruit的子類，包含Fruit本身
- 下界 <? super Apple>，表示Apple的所有父類，包含Apple本身
- 其中？號為型別萬用字元
2、 泛型類
- 類名後新增型別引數宣告
- 泛型介面使用基本和泛型類差不多
public class Box<T> { private T t; public void add(T t) { this.t = t; } public T get() { return t; } public static void main(String[] args) { Box<Integer> integerBox = new Box<Integer>(); Box<String> stringBox = new Box<String>(); integerBox.add(new Integer(10)); stringBox.add(new String("菜鳥教程")); System.out.printf("整型值為 :%d\n\n", integerBox.get()); System.out.printf("字串為 :%s\n", stringBox.get()); } }
3、 偽泛型的概念
- 泛型只在原始碼中存在,在編譯後的位元組碼中就已經替換為原來的原生型別了，並且在相應的地方插入了強制型別轉換的程式碼，Java的泛型實現方法稱為型別擦除，基於這種方法實現的泛型稱為偽泛型
編譯前
反編譯
二、容器（集合）概述
1、Java集合框架的體系結構：
（1）說明：
- 所有的集合框架體系都包含：介面、實現類和演算法
- collection 介面所包含的方法：
三、list
1、特點
- 有序：有索引
- 可重複：允許兩個元素 equal
2、常用方法
（1）兩個 list 之間的元素操作
- list.containsAll(list2)-------list是否包含list2中所有元素
- list.addAll(list2)--------將list2中所有元素都新增到list中
- list.removeAll(list2)--------從list中刪除同時在list和list2中存在的元素
- list.retainAll(list2)-------取list和list2的交集
3、ArrayList
- 特點：查詢效率高，增刪效率低，執行緒不安全
- 原理：ArrayList底層使用Object陣列來儲存元素資料，超出陣列預設長度重新搞一個更大的陣列，然後將已有內容複製過去
4、LinkedList
- 特點：查詢效率低，增刪效率高，執行緒不安全
- 原理：每個資料節點中都有兩個指標，分別指向前一個節點和後一個節點
5、Vector
-
和 arraylist 相比，執行緒安全,效率低，幾乎不用了
6、List應用總結
- 需要執行緒安全時，用Vector
- 不存線上程安全問題時，並且查詢較多用ArrayList(一般使用它)
- 不存線上程安全問題時，增加或刪除元素較多用LinkedList
四、map
1、概述
- Map就是用來儲存 鍵(key)-值(value) 對 的，儲存的 鍵值對 通過鍵來標識，所以鍵不能重複
- Map 介面的實現類有 HashMap、TreeMap、HashTable、Properties 等
2、map介面方法
3、HashMap和HashTable
（1）原理：HashMap採用雜湊演算法實現，底層採用了雜湊表儲存資料，鍵不能重複，如果發生重複，新的會替換舊的
（2）特點：HashMap在查詢、刪除、修改方面都有非常高的效率
（3）二者的區別
- HashMap: 執行緒不安全，效率高。允許key或value為null
- HashTable: 執行緒安全，效率低。不允許key或value為null
4、HashMap底層實現詳解
（1）資料結構中由陣列和連結串列來實現對資料的儲存，二者特點如下：
- 陣列：佔用空間連續。 定址容易，查詢速度快。但是，增加和刪除效率非常低。
- 連結串列：佔用空間不連續。 定址困難，查詢速度慢。但是，增加和刪除效率非常高。
- 雜湊表的本質就是 陣列+連結串列，集合二者優點。
（2）HashMap的結構
說明：
- Entry[] table 就是HashMap的核心陣列結構，稱之為 位桶陣列；
- 一個Entry物件儲存了： key物件 ；value物件 ；下一個節點next ；鍵的hash值；
（3）存資料過程
- 首先呼叫key物件的hashcode()方法，獲得hashcode；
- 根據hashcode計算出hash值，要求轉化後的hash值儘量均勻地分佈在[0,陣列長度-1]這個區間，減少hash衝突；
- 生成Entry物件，將Entry物件放到table陣列中：如果本Entry物件對應的陣列索引位置還沒有放Entry物件，則直接將Entry物件儲存進陣列，如果對應索引位置已經有Entry物件，則將已有Entry物件的next指向本Entry物件，形成連結串列；
- 補充：hash演算法採用 hashcode與（length-1）的位與運算；連結串列長度大於8時，連結串列就轉換為紅黑樹，提高了查詢效率；
（4）取資料過程
- 通過 key的hashcode 得到 hash 值，通過這個值找到陣列的位置；
- 然後在對應的連結串列上呼叫 key的 equals 方法逐一與所有節點的 key比較；
- 返回比較後為 true 的節點對應的 value 值；
- Java中規定，兩個內容相同(equals()為true)的物件必須具有相等的hashCode，否則Map取資料的過程存在悖論；
（5）擴容
- HashMap的位桶陣列，初始大小為16，大小是可變的，如果位桶陣列中的元素達到(0.75*陣列 length)， 就重新調整陣列大小變為原來2倍大小；
- 擴容的本質是定義新的更大的陣列，並將舊陣列內容挨個拷貝到新陣列中，很耗時；
5、TreeMap
（1）二叉樹和紅黑二叉樹
1、基本二叉樹
2、排序二叉樹
- 左子樹上所有節點的值均小於它的根節點的值
- 右子樹上所有節點的值均大於它的根節點的值
3、平衡二叉樹
- 在平衡二叉樹中任何節點的兩個子樹的高度最大差別為1
- 平衡二叉樹建立在排序二叉樹的基礎上，通過左旋或者右旋的操作來達到平衡
4、紅黑二叉樹：自平衡的排序二叉樹
（2）TreeMap的底層實現
- TreeMap是紅黑二叉樹的典型實現；
- entry 裡面儲存了本身資料、左節點、右節點、父節點、以及節點顏色；
（3）TreeMap的使用
- HashMap效率高於TreeMap，一般用他；
- 在需要排序的Map時才選用TreeMap；
五、set
1、概述
- 方法和Collection保持完全一致；
- Set容器特點：無序、不可重複（null 值也只能有一個）；
- Set常用的實現類有：HashSet、TreeSet等，一般使用HashSet；
2、HashSet
（1）使用：使用時注意無序和不可重複的特點
（2）底層實現：HashSet本質就是一個簡化版的HashMap，資料存到鍵物件
3、TreeSet
（1）使用：
- 對應的類需要實現Comparable介面，才能根據compareTo()方法比較物件之間的大小，才能進行內部排序；
- TreeSet中不能放入null元素；
@Override
public int compareTo(User o) {
if (this.id > o.id) {
return 1;
} else if (this.id < o.id) {
return -1;
} else {
return 0;
}
}（2）底層實現：一個簡化版的TreeMap，通過key來儲存Set的元素
六、迭代器
1、迭代器
（1）特殊：一般情況集合在遍歷的過程中是不許刪除操作的會報錯，但是使用迭代器可以實現
Set<String> set = new HashSet<>();
set.add("haha1");
set.add("haha2");
set.add("haha3");
set.add("haha4");
Iterator<String> ite = set.iterator();
while(ite.hasNext()){
String str = ite.next();
if(str.endsWith("3")){
ite.remove();
}
System.out.print(str+"\t");
}
System.out.println();
for (String str:set) {
System.out.print(str+"\t");
}（2）常用集合的遍歷：
- List：普通for，增強for和迭代器
- set：增強for和迭代器
- map：增強for和迭代器（keys,values,keyset,entryset）
2、Collections工具類
（1）Collections 提供了對Set、List、Map進行排序、填充、查詢元素的輔助方法
- void sort(List)---------對List容器內的元素排序，排序的規則是按照升序進行排序
- void shuffle(List)-----------對List容器內的元素進行隨機排列
- void reverse(List)-----------對List容器內的元素進行逆續排列
- void fill(List, Object)-----------用一個特定的物件重寫整個List容器
- int binarySearch(List, Object)-----------對於順序的List容器，採用折半查詢的方法查詢特定物件
（2）如下情況可能需要重寫 equals/hashCode 方法：
- 要將我們自定義的物件放入HashSet中處理
- 要將我們自定義的物件作為HashMap的key處理
- 放入Collection容器中的自定義物件後，可能會呼叫remove、contains等方法時
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補充1（佇列queue）
（1）說明
- 描述：特殊的線性表，特點是先進先出
- 常用的方法：offer()來加入元素 poll()來獲取並移出元素 element()或者peek()方法使用前端而不移出該元素
- 注意：LinkedList類實現了Queue介面，因此我們可以把LinkedList當成Queue來用
public class QueueTest {
public static void main(String[] args) {
//add()和remove()方法在失敗的時候會丟擲異常(不推薦)
Queue<String> queue = new LinkedList<String>();
//新增元素
queue.offer("a");
queue.offer("b");
queue.offer("c");
queue.offer("d");
queue.offer("e");
for(String q : queue){
System.out.println(q);
}
System.out.println("===");
System.out.println("poll="+queue.poll()); //返回第一個元素，並在佇列中刪除
for(String q : queue){
System.out.println(q);
}
System.out.println("===");
System.out.println("element="+queue.element()); //返回第一個元素
for(String q : queue){
System.out.println(q);
}
System.out.println("===");
System.out.println("peek="+queue.peek()); //返回第一個元素
for(String q : queue){
System.out.println(q);
}
}
}補充2（資料結構）
在Java中的資料結構主要包括以下幾種介面和類：
- 列舉（Enumeration）
- 位集合（BitSet）
- 向量（Vector）
- 棧（Stack）
- 字典（Dictionary）
- 雜湊表（Hashtable）
- 屬性（Properties）
1、列舉（Enumeration）
- 類似於迭代器，現在用的少
2、位集合（BitSet）
- 一個Bitset類建立一種特殊型別的陣列來儲存位值，有許多位操作的方法
3、向量（Vector）
- 動態陣列，類似於ArrayList，不過是執行緒安全的，現在用的少
4、棧（Stack）
特點是後進先出，是Vector的一個子類，常用的方法：
- boolean empty( )
- Object peek( )
- Object pop( )
- Object push(Object element)
- int search(Object element)
5、字典（Dictionary）
- 儲存鍵值對，類似於Map，已過時
6、雜湊表（Hashtable）
- 類似於HashMap，是同步的，用得少
7、屬性（Properties）
HashTable的子類，存鍵值對，鍵和值都是String，常用來配合IO流載入配置檔案，常用方法如下：
- void load(InputStream streamIn) throws IOException
從輸入流中讀取屬性列表（鍵和元素對）。 - void store(OutputStream streamOut, String description)
將此Properties中的屬性列表（鍵和元素對）寫入輸出流。