Java語法總結--Java集合類

 

這一節我們來總結一下Java集合類。

Java集合總結
　　繼承與Collection接口的–List接口
　　　　List接口本身的特點
　　　　常見的繼承List接口的實用類
　　　　實用類對比
　　繼承與Collection接口的–Set接口
　　　　Set接口本身的特點
　　　　常見的繼承Set接口的實用類
　　　　實用類對比
　　繼承與Collection接口的–Queue接口
　　　　Queue接口本身的特點
　　　　常見的繼承Queue接口的實用類
　　特例獨立的–Map接口
　　　　Map接口本身的特點
　　　　常見的繼承Map接口的實用類
　　　　實用類對比
　　操作集合的工具類：Collections

Java集合總結

　　Java集合是每個Java程序員在日常開發中都會使用到，而且有時候使用得好的話，能事半功倍。細數Java集合，其實比較常見的就是List、Set、Map和Queue，在這四者之中，除了Map之外，其他三個接口都繼承於Collection。 
　　在這里，首先我們要明確的是，List、Set、Map和Queue其實只是以接口的形式存在着的，所以在日常的程序開發中，請不要出現說想要直接初始化它們的想法和做法，雖然筆者也曾經犯過這樣子的錯誤。

繼承與Collection接口的–List接口

List接口本身的特點

　　List接口在Java的集合類中充當的是一個元素有序、元素可重復的集合角色。List繼承於Collection集合，故其擁有了Collection集合的全部方法，同時，List集合也擁有屬於自己的方法：用來實現根據元素索引來操作集合元素的作用。通過List集合的源碼(JDK1.7)我們簡單地看看List集合包含的方法:

package java.util; 
public interface List extends Collection {

int size();                            //集合元素的數量
boolean contains(Object o);            //是否包含某變量，包含返回ture
Iterator<E> iterator();
Object[] toArray();                    //將集合轉化為一個數組，所有的集合元素變成相應的數組元素
<T> T[] toArray(T[] a);                //將集合轉化為一個類型T數組
boolean add(E e);                      //增加元素，成功返回true
boolean remove(Object o);              //移除元素，成功返回true
boolean containsAll(Collection<?> c);             //是否包含集合c中的全部元素，若是返回true
boolean addAll(Collection<? extends E> c);        //添加整個集合c中全部元素，
boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c);
boolean removeAll(Collection<?> c);               //移除該List集合中包含的c中的全部元素
boolean retainAll(Collection<?> c);               //是否包含c集合中的元素，包含返回ture
void clear();                                     //清空集合
boolean equals(Object o);
int hashCode();
E get(int index);                                 //根據index取元素值
E set(int index, E element);                      //根據index把List該元素重新復制element
void add(int index, E element);                   //根據index添加新元素element
E remove(int index);
int indexOf(Object o);                            //返回對象o在List集合中第一次出現的位置索引
int lastIndexOf(Object o);                        //返回對象o在List集合中最后一次出現的位置索引
ListIterator<E> listIterator();
ListIterator<E> listIterator(int index);
List<E> subList(int fromIndex, int toIndex);      //截斷集合

}

 

常見的繼承List接口的實用類

• ArrayList 
  　　ArrayList是基於數組實現的List類，故其封裝了一個動態的、允許再分配的Object[]數組，ArrayList用initialCapacity參數來設置該數組的長度，當長度超過預設值后，ArrayList會動態增加。 
  ArrayList類是線程不安全的，如果要保證該集合的同步性，必須在程序中手動保證。 
  值得注意的是：雖說與以鏈表形式建立的LinkedList相比，ArrayList()的插入和修改速度較慢，但那個也是建立在數據量較大的情況下的，在數據量較小的情況下，ArrayList()不一定比LinkedList()方法要慢。另外，ArrayList在末尾插入和刪除數據的話，速度反而比LinkedList要快
• LinkedList 
  　　LinkedList(): 在實現中采用鏈表數據結構。插入和刪除速度快，訪問速度慢。 
  因為除了繼承List接口外，LinkedList接口也繼承了Deque接口，故也可以當作“棧”和隊列（雙向隊列）來使用。因此LinkList接口也會多出一些Deque接口方面的方法，如offer()（將元素接到隊列的尾部）、push()或offerFirst()（將元素加入棧的頂部）、peek()或peekFirst()（訪問但是不刪除棧頂元素）、pop()或者pollLast()（將棧頂元素彈出棧）等方法。
• Vector 
  　　Vector與ArrayList十分地相像，都是基於數組實現的List類，其也是封裝了一個動態分配的Object[]數組，也可以使用initialCapacity參數來設置該數組的長度。 
  Vector是線程安全的，但是也因此Vector的性能很差。
• Stack 
  　　Stack是繼承與Vector的子類，它主要用來模擬”棧“，因此也具備了peek()、pop()、push()等主要用於棧操作的方法。 
  　　由於Stack是一個比較古老的Java集合類，它同樣是線程安全的，但也因此暴露出了性能較差的缺點，如果程序中要使用棧這樣的數據結構的話，可以試一試ArrayDeque，該類也是List的實現類，但和LinkedList一樣也繼承了Deque接口。

實用類對比

分類	ArrayList	LinkedList	Vector	Stack
實現形式	動態數組	鏈表	動態數組	動態數組
線程安全性	線程不安全	線程不安全	線程安全	線程安全
優點	性能較高，隨機訪問速度快	插入和刪除速度快	線程安全	線程安全
缺點	插入與刪除元素的速度慢	隨機訪問速度訪問速度慢	性能較差	性能較差

使用List集合有以下建議： 
1、遍歷集合元素。ArrayList和Vector使用get()方法來獲取遍歷元素，LinkedList應該采用迭代器來遍歷集合元素。 
2、插入和刪除。當這類操作較多的時候，優先考慮使用LinkedList。 
3、多線程。當需要使用到多線程的ArrayList時，可以使用Collections將該集合類包裝成線程安全的集合。

繼承與Collection接口的–Set接口

Set接口本身的特點

　　Set代表的是無序的、不可重復的集合。因此在Set集合中加入數據元素時，Set集合通常不用記住元素的添加順序。不可重復則是說當將兩個相同的元素加入到一個Set集合中，則添加操作失敗，add()方法返回false，且新元素不會被添加。 

public interface Set extends Collection {

int size();                             //集合元素的數量

boolean isEmpty();                      //判斷集合是否為空

boolean contains(Object o);              //是否包含某變量，包含返回ture

Iterator<E> iterator();

Object[] toArray();

<T> T[] toArray(T[] a);

boolean add(E e);

boolean remove(Object o);

boolean containsAll(Collection<?> c);              //是否包含c集合中的元素，包含返回ture

boolean addAll(Collection<? extends E> c);         //添加包含c集合中所有的元素，包含返回ture

boolean retainAll(Collection<?> c);                 

boolean removeAll(Collection<?> c);

void clear();

boolean equals(Object o);

int hashCode();

}

 

常見的繼承Set接口的實用類

• HashSet 
  HashSet按照Hash算法來存儲集合中的元素，因此具有良好的存取和查找功能。 
  HashSet有三個特點：與TreeSet不同，HashSet是無序的；不是線程同步；集合元素可以是null值。 
  HashSet集合的存儲過程：當向HashSet集合中存入一個元素時，HashSet會調用該對象的hashCode()方法來得到該對象的hashCode值，然后根據該值決定該對象在HashSet中的存儲位置。如果有兩個元素通過equals()方法返回true，但他們的hashCode()方法返回值不相等，HashSet也會將其存儲在不同的位置。也就是說:HashSet的添加元素判斷標准是：兩個對象通過equals()方法比較相等，並且兩個對象的hashCode()方法返回值也相等。
• LinkedHashSet 
  LinkedHashSet是繼承於HashSet的子類。 
  但是與父類不同的是，LinkedHashSet用以鏈表的形式來維護元素的次序，也就是說：LinkedHashSet是有序的。遍歷該集合時輸出順序為添加順序。
• TreeSet 
  TreeSet是SortedSet接口的實現類，所以TreeSet可以確保集合元素處於排序狀態。TreeSet使用紅黑樹來維護集合元素的次序。如果實現comparator()方法，可以實現定制排序。如果采用自然排序，則返回null。 
  TreeSet集合的特有方法:first()、last()、lower(Object e)（返回指定元素之前的元素）、higher(Object e)（返回指定元素之后的元素）等等。 
  下面我們說一說TreeSet的定制排序和自然排序： 
  1、 定制排序 
  通過Comparator接口的幫助，實現降序排序。 
  2、 自然排序 
  TreeSet通過CompareTo（Object obj）比較元素之間的大小關系，將集合元素按升序排列。實現元素必須實現Comparable元素，而且在比較的時候如果出現不同類型時要轉換類型后比較。
• EnumSet 
  EnumSet是專門為枚舉類設計的集合類，EnumSet中的所有元素都必須是指定枚舉類型的枚舉值，該枚舉類型在創建EnumSet時顯式或隱式地指定。 
  EnumSet在內部以位向量的形式存儲，十分緊湊、高效，因此EnumSet對象占用內存很小，且運行效率很高。但是該集合元素中不允許加入null元素。

實用類對比

分類	HashSet	LinkedHashSet	TreeSet	EnumSet
實現形式	Hash存儲	鏈表+Hash存儲	紅黑樹	枚舉類型（位向量）
線程安全性	線程不安全	線程不安全	線程不安全	線程不安全
優點	插入和刪除速度快	集合元素有序，插入和刪除速度較快	集合元素有序，插入和刪除速度較快	批量操作速度較快，性能最好
缺點	集合元素無序	(鏈表)性能較差	(紅黑樹)性能較差	只能用來存儲枚舉類型

繼承與Collection接口的–Queue接口

Queue接口本身的特點

Queue用來模擬隊列這種數據結構，故其擁有add()、element()、offer()、peek()、poll()、remove()等方法。 

package java.util; 
public interface Queue extends Collection {

boolean add(E e);         //在隊尾增加元素e

boolean offer(E e);       //在隊尾增加元素e

E remove();               //獲取隊列頭部的元素，並移除該元素

E poll();                 //獲取隊列頭部的元素，並移除該元素

E element();              //獲取隊列頭部的元素，但不移除該元素

E peek();                 //獲取隊列頭部的元素，但不移除該元素

}

 

常見的繼承Queue接口的實用類

• PriorityQueue 
  PriorityQueue是Queue的標准隊列實現類。PriorityQueue不是按照加入隊列的順序進行排列的，而是根據隊列大小進行重新排序的（升序），這一點要特別注意的。 
  PriorityQueue中不允許插入null元素，它也有兩種排序方式：自然排序（實現Comparable接口，且為同一個類比較）和定制排序（建立對象時傳入一個Comparator對象）。這個部分和TreeSet的要求基本一致。
• Deque–ArrayDeque 
  首先要說明的是:Deque是Queue的子接口，代表的是雙向鏈表，故該接口中也定義了一些方法來從兩端來操作隊列的數據。 
  ArrayDeque：是一個基於數組實現的雙端隊列，它與ArratList的實現體制很相像，都會采用了動態可再分配的數組來存儲集合元素。但是其在用途上主要是被當作”棧“來使用。
• Deque–LinkedList 
  LinkedList在上述已表述過。與ArrayDeque不同的是，LinkedList是使用鏈表實現的。

特例獨立的–Map接口

Map接口本身的特點

　　Map與上述三個接口不同的是，該接口無法繼承於Collection接口，主要原因還是因為Map是用來存儲具有映射關系的數據，所以Map中保存着兩組值。一組值用來保存Map中的Key，另外一組用來保存Map里的value。值得注意的是：Map中的key不能重復。判斷標准是同一個Map對象的任何兩個key通過equals方法比較總是返回false。

package java.util;

public interface Map {

int size();

boolean isEmpty();

boolean containsKey(Object key);              //是否包含key值，如果是返回true

boolean containsValue(Object value);          //是否包含value值，如果是返回true

V get(Object key);                            //根據key值獲取相應的value值

V remove(Object key);                         //根據key值從集合中移除相應的value值

void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m); //將指定的m中的key-value復制到該集合中

void clear();

Set<K> keySet();                              //返回該Map中所有key組成Set集合

Collection<V> values();                       //返回該Map中所有的value組成的Collection

Set<Map.Entry<K, V>> entrySet();              //返回Map中包含的key-value對所組成的Set組合，每個集合元素都是Map.Entry對象。

interface Entry<K,V> {

    K getKey();                               //返回該Entry里面包含的key值

    V getValue();                             //返回該Entry里面包含的value值

    V setValue(V value);                      //設置原本的value值並返回該值

    boolean equals(Object o);

    int hashCode();
}

boolean equals(Object o);

int hashCode();

}

 

Map與Set相似度極高，將Map中的key和value分離開來看。key組是使用set集合方法來存儲的。不僅如此，在子類的實現方面，兩者也有很多的相似，所以你也會發現兩者子類的命名很相像。

常見的繼承Map接口的實用類

• HashMap 
  HashMap是線程不安全的實現，且HashMap中可以使用null作為key或者value。
• LinkedHashMap 
  LinkedHashMap使用一個雙向鏈表來維護key-value對的次序，其也是一個有序的Map集合，順序與key-value對的插入順序保持一致。
• TreeMap 
  TreeMap是一個紅黑樹的結構，每個key-value作為紅黑樹的一個節點。TreeMap也會對key進行排序，也分為自然排序和定制排序兩種。
• EnumMap 
  EnumMap是一個與枚舉類一起使用的Map實現。
• HashTable 
  HashTable是一個比較古老的Map實現類，它是一個線程安全的Map實現，且不允許使用null作為key和value。由於該類是比較久遠的類，其性能較低，所以現在用的也比較少。 
  HashTable判斷value相等的標准是：value與另外一個對象通過equals()方法返回true即可。

實用類對比

　　一般的應用場景，使用HashMap已經夠用了。它非常適合於快速查詢。但是如果程序需要一個排序的Map集合，可以考慮使用TreeMap。

操作集合的工具類：Collections

　　Java提供了一個操作Set、List和Map等集合的工具類：Collections，該類提供了大量的方法對集合元素進行排序、查詢和修改等操作，還提供了將集合對象設置為不可變、對集合對象實現同步控制。

• 排序：reverse()(反轉集合元素順序)、shuffle()(隨機排列)、sort()、swap()等方法。
• 查找和替換：binarySearch(list,obj)(二分查找指定List集合元素obj的索引)、max()、min()、fill()、frequency()(返回指定集合元素的出現次數)、replaceAll()等方法。
• 同步控制：Collections提供了多個synchronizedXxx()方法，該方法可以將指定的集合包裝成線程同步的集合，進而解決了多線程並發訪問集合時的線程安全問題。
• 設置不可變集合：Collections提供三個方法來返回一個不可變的集合：emptyXxx()(返回一個空的、不可變的集合對象)、singletonXxx()、unmodifiableXxx()方法。