java集合介紹（List，Set，Map）

前言

介紹java的常用集合+各個集合使用用例
歡迎轉載，請注明作者和出處哦☺

參考：
1，《Java核心編程技術（第二版）》
2， http://www.cnblogs.com/LittleHann/p/3690187.html

java 集合基本概念​​​​

在《Java核心編程技術（第二版）》中是這樣介紹java集合的：

java中的集合框架提供了一套設計優良的接口和類，使程序員操作成批的數據或對象元素極為方便。這些接口和類有很多對抽象數據類型操作的API，這是我們常用的且在數據結構中熟知的，例如：Maps，Sets，Lists，Arrays等，並且Java用面向對象的設計對這些數據結構和算法進行了封裝，這極大地減輕了程序員編程時的負擔。程序員也可以以這個集合框架為基礎，定義更高級別的數據抽象，比如棧，隊列和線程安全的集合等，從而滿足自己的需要。

在日常編程中，經常需要對多個數據進行存儲。從傳統意義上講，數組是一個很好的選擇，但是一個數組經常需要指定好長度，且這個長度是不可變得。這時我們需要一個可以動態增長的“數組”，而java的集合類就是一個很好的設計方案。

java的集合框架可以簡化為如下圖所示（本圖來自於《Java核心編程技術（第二版）》）：

再細化后變為：

從上圖中，我們可以看出java集合框架主要提供三種類型的集合（Set，List，Map）和一個迭代器。

Set 集合

• Set集合中的對象無排列順序，且沒有重復的對象。可以把Set集合理解為一個口袋，往里面丟的對象是無順序的。
• 對Set集合中成員的訪問和操作是通過對集合中對象的引用進行的，所以Set集合不能有重復對象（包括Set的實現類）。
• Set判斷集合中兩個對象相同不是使用"=="運算符，而是根據equals方法。每次加入一個新對象時，如果這個新對象和當前Set中已有對象進行equals方法比較都返回false時，則允許添加對象，否則不允許。

Set集合的主要實現類：

1. HashSet：按照哈希算法來存儲集合中的對象，速度較快。
2. LinkedHashSet：不僅實現了哈希算法，還實現了鏈表的數據結構，提供了插入和刪除的功能。當遍歷LinkedHashSet集合里的元素時，LinkedHashSet將會按元素的添加順序來訪問集合里的元素。
3. TreeSet：實現了SortedSet接口（此接口主要用於排序操作，即實現此接口的子類都屬於排序的子類）。
4. EnumSet：專門為枚舉類設計的有序集合類，EnumSet中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。

Set 集合應用場景

hashSet場景：

public class MyCollectionsDemo {
    public static void main(String[] args)
    {
        HashSet books = new HashSet();
        //分別向books集合中添加兩個A對象，兩個B對象，兩個C對象
        books.add(new A());
        books.add(new A());

        books.add(new B());
        books.add(new B());

        books.add(new C());
        books.add(new C());
        System.out.println(books);
    }
}

//類A的equals方法總是返回true,但沒有重寫其hashCode()方法。不能保證當前對象是HashSet中的唯一對象
class A {
    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        return true;
    }
}

//類B的hashCode()方法總是返回1,但沒有重寫其equals()方法。不能保證當前對象是HashSet中的唯一對象
class B {
    @Override
    public int hashCode() {
        return 1;
    }
}

//類C的hashCode()方法總是返回2,且有重寫其equals()方法
class C
{
    public int hashCode()
    {
        return 2;
    }
    public boolean equals(Object obj)
    {
        return true;
    }
}

輸出結果：

[B@1, B@1, A@1b28cdfa, C@2, A@65ab7765]

可以看到，當兩個對象equals()方法比較返回true時（即兩個對象的equals相同），但hashCode()方法返回不同的hashCode值時，對象可以添加成功（集合中有兩個A對象）。如果兩個對象的hashCode相同，但是它們的equlas返回值不同，HashSet會在這個位置用鏈式結構來保存多個對象（B@1, B@1）。而HashSet訪問集合元素時也是根據元素的HashCode值來快速定位的。

可以看出，HashSet集合通過hashCode()采用hash算法來決定元素的存儲位置，如上輸出的（B，B）和（A，A），但是這並不符合Set集合沒有重復的對象的規則，所以如果需要把某個類的對象保存到HashSet集合時，在重寫這個類的equlas()方法和hashCode()方法時，應該盡量保證兩個對象通過equals()方法比較返回true時，它們的hashCode()方法返回值也相等。

LinkedHashSet場景：

public class MyCollectionsDemo {
    public static void main(String[] args)
    {
        HashSet hashSet = new HashSet();
        hashSet.add("hello");
        hashSet.add("world");
        hashSet.add("hashSet");
        //輸出：[world, hashSet, hello]
        System.out.println(hashSet);

        LinkedHashSet linkedHashSet = new LinkedHashSet();
        linkedHashSet.add("Hello");
        linkedHashSet.add("World");
        linkedHashSet.add("linkedHashSet");
        //輸出：[Hello, World, linkedHashSet]
        System.out.println(linkedHashSet);

        //刪除 Hello
        linkedHashSet.remove("Hello");
        //重新添加 Hello
        linkedHashSet.add("Hello");
        //輸出：[World, linkedHashSet, Hello]
        System.out.println(linkedHashSet);
        
        //再次添加 Hello
        linkedHashSet.add("Hello");
        //輸出：[World, linkedHashSet, Hello]
        System.out.println(linkedHashSet);
    }
}

可以看出，linkedHashSet最大的特點就是有排序（以元素添加的順序）。同時，linkedHashSet作為HashSet的子類且實現了Set接口，所以不允許集合元素重復。

TreeSet場景：

public class MyCollectionsDemo {
    public static void main(String[] args)
    {
        TreeSet treeSet = new TreeSet();
        //添加四個Integer對象
        treeSet.add(9);
        treeSet.add(6);
        treeSet.add(-4);
        treeSet.add(3);

        //輸出:[-4, 3, 6, 9](集合元素自動排序)
        System.out.println(treeSet);

        //輸出:-4
        System.out.println(treeSet.first()); //輸出集合里的第一個元素

        //輸出:9
        System.out.println(treeSet.last());  //輸出集合里的最后一個元素

        //輸出:[-4, 3]
        System.out.println(treeSet.headSet(6)); //返回小於6的子集，不包含6

        //輸出:[3, 6, 9]
        System.out.println(treeSet.tailSet(3)); //返回大於3的子集，包含3

        //輸出:[-4, 3]
        System.out.println(treeSet.subSet(-4 , 6)); //返回大於等於-4，小於6的子集
    }
}

可以看出TreeSet會自動排序好存入的數據。TreeSet采用紅黑樹的數據結構來存儲集合元素，支持兩種排序方式: 自然排序、定制排序。

• 自然排序：調用集合元素的compareTo(Object obj)方法來比較元素之間的大小關系，然后將集合元素按升序排序。如果試圖把一個對象添加到TreeSet時，則該對象的類必須實現Comparable接口，否則程序會拋出異常。
• 定制排序：TreeSet的自然排序是根據集合元素的大小，TreeSet將它們以升序排序。如果我們需要實現定制排序，則可以通過Comparator接口里的int compare(T o1， T o2)方法，該方法用於比較大小。
  如下為定制排序實例：

public class MyCollectionsDemo {
    public static void main(String[] args)
    {
        TreeSet treeSet = new TreeSet(new Comparator()
        {
            //根據M對象的age屬性來決定大小
            public int compare(Object o1, Object o2)
            {
                M m1 = (M)o1;
                M m2 = (M)o2;
                return m1.age > m2.age ? -1
                        : m1.age < m2.age ? 1 : 0;
            }
        });
        treeSet.add(new M(5));
        treeSet.add(new M(-3));
        treeSet.add(new M(9));
        System.out.println(treeSet);
    }
}
class M
{
    int age;
    public M(int age)
    {
        this.age = age;
    }
    public String toString()
    {
        return "M[age:" + age + "]";
    }
}

TreeSet總結

• 當把一個對象加入TreeSet集合時，TreeSet會調用該對象的compareTo(Object obj)方法與容器中的其他對象比較大小，然后根據紅黑樹結構找到它的存儲位置（如果兩個對象通過compareTo(Object obj)方法比較相等，則添加失敗）。
• 自然排序、定制排序、Comparator決定的是誰大的問題，即按什么順序(升序、降序)進行排序。

EnumSet場景：

enum SeasonEnum
{
    SPRING,SUMMER,FALL,WINTER
}
public class MyCollectionsDemo {
    public static void main(String[] args)
    {
        //allOf：集合中的元素就是SeasonEnum枚舉類的全部枚舉值
        EnumSet es1 = EnumSet.allOf(SeasonEnum.class);
        //輸出：[SPRING,SUMMER,FALL,WINTER]
        System.out.println(es1);

        //noneOf：指定SeasonEnum類的枚舉值。
        EnumSet es2 = EnumSet.noneOf(SeasonEnum.class);
        //輸出：[]
        System.out.println(es2);
        //手動添加兩個元素
        es2.add(SeasonEnum.WINTER);
        es2.add(SeasonEnum.SPRING);
        //輸出：[SPRING,WINTER]（EnumSet會自動排序）
        System.out.println(es2);

        //of：指定枚舉值
        EnumSet es3 = EnumSet.of(SeasonEnum.SUMMER , SeasonEnum.WINTER);
        //輸出：[SUMMER,WINTER]
        System.out.println(es3);
    }
}

Set 集合總結

1. HashSet的性能比TreeSet好(包括添加、查詢元素等操作)，因為TreeSet需要額外的紅黑樹算法來維護集合元素的次序。
   當需要一個始終保持排序的Set時，才使用TreeSet，否則使用HashSet。
2. 對於LinkedHashSet，普通的插入、刪除操作比HashSet要略慢一點，因為維護鏈表會帶來的一定的開銷。好處是，遍歷比HashSet會更快
3. EnumSet是所有Set實現類中性能最好的。
4. HashSet、TreeSet、EnumSet都是"線程不安全"的，可以通過Collections工具類的synchronizedSortedSet方法來"包裝"該Set集合。
   SortedSet s = Collections.synchronizedSortedSet(new TreeSet(...));

---

List 集合

• 集合中的對象按照索引的順序排序，可以有重復的對象。List與數組相似。
• List以線型方式存儲，默認按元素的添加順序設置元素的索引。

List集合的主要實現類：

1. ArrayList：可以理解為長度可變的數組。可以對集合中的元素快速隨機訪問，但是做插入或刪除操作時效率較低。
2. LinkedList：使用鏈表的數據接口。與ArrayList相反，插入或刪除操作時速度快，但是隨機訪問速度慢。同時實現List接口和Deque接口，能對它進行隊列操作，即可以根據索引來隨機訪問集合中的元素，也能將LinkedList當作雙端隊列使用，自然也可以被當作"棧來使用（可以實現“fifo先進先出，filo后入先出”）

List 集合應用場景

ArrayList場景：

public class MyCollectionsDemo {
    public static void main(String[] args)
    {
        List list = new ArrayList();
        //添加三個元素
        list.add(new String("list第一個元素"));
        list.add(new String("list第二個元素"));
        list.add(new String("list第三個元素"));
        //輸出：[list第一個元素, list第二個元素, list第三個元素]
        System.out.println(list);

        //在list第二個位置插入新元素
        list.add(1 , new String("在list第二個位置插入的元素"));
        for (int i = 0 ; i < list.size() ; i++ )
        {
            /**
             * 輸出：
             * list第一個元素
             * 在list第二個位置插入的元素
             * list第二個元素
             * list第三個元素
             */
            System.out.println(list.get(i));
        }

        //刪除第三個元素
        list.remove(2);
        //輸出：[list第一個元素, 在list第二個位置插入的元素, list第三個元素]
        System.out.println(list);

        //判斷指定元素在List集合中位置：輸出1，表明位於第二位
        System.out.println(list.indexOf(new String("在list第二個位置插入的元素")));  
        //將第二個元素替換成新的字符串對象
        list.set(1, new String("第二個元素替換成新的字符串對象"));
        //輸出：[list第一個元素, 第二個元素替換成新的字符串對象, list第三個元素]
        System.out.println(list);

        //將list集合的第二個元素（包括）~到第三個元素（不包括）截取成子集合
        //輸出：[第二個元素替換成新的字符串對象]
        System.out.println(list.subList(1 , 2));
    }
}

LinkedList場景：

public class MyCollectionsDemo {
    public static void main(String[] args)
    {
        LinkedList linkedList = new LinkedList();

        //將字符串元素加入隊列的尾部(雙端隊列)
        linkedList.offer("隊列的尾部");
        //將一個字符串元素加入棧的頂部(雙端隊列)
        linkedList.push("棧的頂部");
        //將字符串元素添加到隊列的頭(相當於棧的頂部)
        linkedList.offerFirst("隊列的頭");

        for (int i = 0; i < linkedList.size() ; i++ )
        {
            /**
             * 輸出：
             * 隊列的頭
             * 棧的頂部
             * 隊列的尾部
             */
            System.out.println(linkedList.get(i));
        }
        //訪問、並不刪除棧頂的元素
        //輸出：隊列的頭
        System.out.println(linkedList.peekFirst());

        //訪問、並不刪除隊列的最后一個元素
        //輸出：隊列的尾部
        System.out.println(linkedList.peekLast());
        System.out.println("end");

        //將棧頂的元素彈出"棧"
        //輸出：隊列的頭
        System.out.println(linkedList.pop());

        //下面輸出將看到隊列中第一個元素被刪除
        //輸出：[棧的頂部, 隊列的尾部]
        System.out.println(linkedList);

        //訪問、並刪除隊列的最后一個元素
        //輸出：隊列的尾部
        System.out.println(linkedList.pollLast());

        //下面輸出將看到隊列中只剩下中間一個元素：
        //輸出：[棧的頂部]
        System.out.println(linkedList);
    }
}

---

Map 集合

• Map是一種把鍵對象(key)和值對象(value)進行映射的集合（k-v）。k相當於v的索引，v仍然可以是Map類型(k-v)。
• key和value都可以是任何引用類型的數據。
• Map的key不允許重復，即同一個Map對象的任何兩個key通過equals方法比較結果總是返回false。
• key集的存儲形式和Set集合完全相同(即key不能重復)
• value集的存儲形式和List非常類似(即value可以重復、根據索引來查找)

Map集合的主要實現類：

1. HashMap：按照哈希算法來存取key，有很好的存取性能，和HashSet一樣，要求覆蓋equals()方法和hasCode()方法，同時也不能保證集合中每個key-value對的順序。
2. LinkedHashMap：使用雙向鏈表來維護key-value對的次序，該鏈表負責維護Map的迭代順序，與key-value對的插入順序一致。
3. TreeMap：一個紅黑樹數據結構，每個key-value對即作為紅黑樹的一個節點。實現了SortedMap接口，能對key進行排序。TreeMap可以保證所有的key-value對處於有序狀態。同樣，TreeMap也有兩種排序方式（自然排序、定制排序）

Map 集合應用場景

Hashtable場景：

public class MyCollectionsDemo {
    public static void main(String[] args)
    {
        Hashtable hashtable = new Hashtable();
        hashtable.put(new A(10086) , "hashtable10086");
        hashtable.put(new A(10010) , "hashtable10010");
        hashtable.put(new A(10011) , new B());
        //輸出：{A@2766=hashtable10086, A@271b=B@65ab7765, A@271a=hashtable10010}
        System.out.println(hashtable);

        //只要兩個對象通過equals比較返回true，Hashtable就認為它們是相等的value。
        //由於Hashtable中有一個B對象，
        //它與任何對象通過equals比較都相等，所以下面輸出true。
        System.out.println(hashtable.containsValue("測試字符串"));

        //只要兩個A對象的count相等，它們通過equals比較返回true，且hashCode相等
        //Hashtable即認為它們是相同的key，所以下面輸出true。
        System.out.println(hashtable.containsKey(new A(10086)));

        //刪除最后一個key-value對
        hashtable.remove(new A(10011));

        //通過返回Hashtable的所有key組成的Set集合，
        //從而遍歷Hashtable每個key-value對
        for (Object key : hashtable.keySet())
        {
            /**
             * 輸出：
             * A@2766---->hashtable10086
             * A@271a---->hashtable10010
             */
            System.out.print(key + "---->");
            System.out.print(hashtable.get(key) + "\n");
        }
    }
}
class A
{
    int count;
    public A(int count)
    {
        this.count = count;
    }
    //根據count的值來判斷兩個對象是否相等。
    public boolean equals(Object obj)
    {
        if (obj == this)
            return true;
        if (obj!=null && obj.getClass()==A.class)
        {
            A a = (A)obj;
            return this.count == a.count;
        }
        return false;
    }
    //根據count來計算hashCode值。
    public int hashCode()
    {
        return this.count;
    }
}
class B
{
    //重寫equals()方法，B對象與任何對象通過equals()方法比較都相等
    public boolean equals(Object obj)
    {
        return true;
    }
}

當使用自定義類作為HashMap、Hashtable的key時，如果重寫該類的equals(Object obj)和hashCode()方法，則應保證兩個方法的判斷標准一致(當兩個key通過equals()方法比較返回true時，兩個key的hashCode()的返回值也應該相同)

LinkedHashMap場景：

public class MyCollectionsDemo {
    public static void main(String[] args)
    {
        LinkedHashMap scores = new LinkedHashMap();
        scores.put("語文" , 80);
        scores.put("英文" , 82);
        scores.put("數學" , 76);
        //遍歷scores里的所有的key-value對
        for (Object key : scores.keySet())
        {
            /**
             * 輸出：
             * 語文------>80
             * 英文------>82
             * 數學------>76
             */
            System.out.println(key + "------>" + scores.get(key));
        }
    }
}

LinkedHashMap中的集合排序與插入的順序保持一致

TreeMap場景：

class R implements Comparable
{
    int count;
    public R(int count)
    {
        this.count = count;
    }
    public String toString()
    {
        return "R[count:" + count + "]";
    }
    //根據count來判斷兩個對象是否相等。
    public boolean equals(Object obj)
    {
        if (this == obj)
            return true;
        if (obj!=null
                && obj.getClass()==R.class)
        {
            R r = (R)obj;
            return r.count == this.count;
        }
        return false;
    }
    //根據count屬性值來判斷兩個對象的大小。
    public int compareTo(Object obj)
    {
        R r = (R)obj;
        return count > r.count ? 1 :
                count < r.count ? -1 : 0;
    }
}
public class MyCollectionsDemo {
    public static void main(String[] args)
    {
        TreeMap treeMap = new TreeMap();
        treeMap.put(new R(10010) , "treemap10010");
        treeMap.put(new R(-4396) , "treemap-4396");
        treeMap.put(new R(10086) , "treemap10086");

        //treeMap自動排序
        //輸出：{R[count:-4396]=treemap-4396, R[count:10010]=treemap10010, R[count:10086]=treemap10086}
        System.out.println(treeMap);

        //返回該TreeMap的第一個Entry對象
        //輸出：R[count:-4396]=treemap-4396
        System.out.println(treeMap.firstEntry());

        //返回該TreeMap的最后一個key值
        //輸出：R[count:10086]
        System.out.println(treeMap.lastKey());

        //返回該TreeMap的比new R(2)大的最小key值。
        //輸出：R[count:10010]
        System.out.println(treeMap.higherKey(new R(2)));


        //返回該TreeMap的比new R(2)小的最大的key-value對。
        ////輸出：R[count:-4396]=treemap-4396
        System.out.println(treeMap.lowerEntry(new R(2)));

        //返回該TreeMap的子TreeMap
        ////輸出：{R[count:-4396]=treemap-4396, R[count:10010]=treemap10010}
        System.out.println(treeMap.subMap(new R(-5000) , new R(10086)));
    }
}

---

Map 集合總結

1. Set和Map的關系十分密切，java源碼就是先實現了HashMap、TreeMap等集合，然后通過包裝一個所有的value都為null的Map集合實現了Set集合類。
2. HashMap和Hashtable的效率大致相同，因為它們的實現機制幾乎完全一樣。但HashMap通常比Hashtable要快一點，因為Hashtable需要額外的線程同步控制
3. TreeMap通常比HashMap、Hashtable要慢(尤其是在插入、刪除key-value對時更慢)，因為TreeMap底層采用紅黑樹來管理key-value對
4. 使用TreeMap的一個好處就是： TreeMap中的key-value對總是處於有序狀態，無須專門進行排序操作

---

結束

歡迎對本文持有不同意見的人在評論中留言，大家一起互相討論，學習進步。
最后祝大家生活愉快，大吉大利！
如果我的文章對您有幫助的話，歡迎給我打賞，生活不易，工作艱苦，您的打賞是是對我最大的支持！
打賞6元，祝您合家幸福，生活安康。
打賞7元，祝您事業有成，實現夢想。
打賞8元，祝您財源滾滾，一生富貴。
。。。
聽說，打賞我的人最后都找到了真愛並進了福布斯排行榜。

• 本文標題：java集合介紹
• 文章作者：我不是陳浩南（Fooss）
• 發布時間：2018-12-26 22:09 星期三
• 最后更新：2018-12-26 22:09 星期三