Java集合類的概述

前述

　　復習一下Java中的集合類，是面試筆試中常考察的一個點，特地做的整理。

什么是集合類？

　　集合類，也叫容器類。Java集合類可以用來存儲數量龐大的對象。

　　我們和數組進行對比：

　　數組：存儲基本數據類型，數據類型單一，長度固定，不能動態增大容量。

　　集合：存儲的即可是基本類型的值，也可以是對象，可以存儲多種數據類型，長度可變，可以動態增大容量。

 

Java集合類的體系

　　Java集合類主要有兩個接口派生而出：Collection和Map。即集合類都是實現的這兩個接口。我們在實際編程中經常使用的有 List、Set、Queue（這些是實現的 Collection 接口）HashMap、TreeMap、HashTable（這些實現的 Map 接口）

Collection接口結構

　　Collection 接口位於 Java.util 包下，是一個父接口， List、Set、Queue 都是實現的 Collection 接口。Collection 做為父接口提供一些操作集合類的方法，因此它的子接口也有這些方法。

　　Collection 接口不能被實例化，並且在實際的編程過程中幾乎不會使用它進行數據的存儲。

Map接口結構

　　Map 接口實現的是鍵值對的存儲，類似 python 中的 dict。

　　Map中比較常見的是 HashMap、TreeMap、Hashtable 類。

 

Set接口

　　Set 接口繼承自 Collection 接口，Collection 接口有的方法 Set 接口中也有。

　　Set 接口自身的特性：

• • 不允許重復元素
  • 不區分先后順序（無序）
  • 允許值是 null

　　Set 接口有兩個比較常用的具體實現，HashSet、TreeSet。下面分別說一下這兩個集合類。

HashSet

　　主要特點是快速查找元素。HashSet 是基於 Hash 算法來實現的，在每次添加新的對象的時候，會根據散列碼來判斷對象是否重復，散列碼的獲取是通過 Object 的 hashCode() 來實現的。同樣 HashSet 也是無序的。

import java.util.*;
/**
 * @author jyroy
 * HashSet使用
 */
public class HashSetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        HashSet hashSet = new HashSet();
        hashSet.add("Tom");
        hashSet.add("Jack");
        hashSet.add("Roy");
        System.out.println(hashSet);
    }
}

　　當有重復元素添加時，結果如下

import java.util.*;
/**
 * @author jyroy
 * HashSet使用
 */
public class HashSetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        HashSet hashSet = new HashSet();
        hashSet.add("Tom");
        hashSet.add("Tom");
        hashSet.add("Jack");
        hashSet.add("Roy");
        System.out.println(hashSet);
    }
}

 

TreeSet

　　主要特點是會進行自然排序，同樣不能重復。參考如下的代碼，可以看出 TreeSet 把原本無序的值進行了重新排序，依據的就是自然排序。

import java.util.*;
public class TreeSetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet treeSet = new TreeSet();
        treeSet.add("Tom");
        treeSet.add("Jack");
        treeSet.add("Roy");
        System.out.println(treeSet);
    }
}

 

　　然而，在實際開發中很多時候我們很多時候遵循的不是自然排序，而是有自己定義的排序規則，我們要做的就是新建一個類並且實現 compareTo() 方法。

　　下面的代碼實現的是根據年齡由小到大進行排序，比較簡單，一看就懂的代碼。

import java.util.TreeSet;
class Person implements Comparable{
    public String name;
    public int age;
    @Override
    public String toString() {
        return "Person [name=" + name + ", age=" + age + "]";
    }
    @Override
    public int compareTo(Object o) {
        Person person = (Person) o;
        if(this.age < person.age) {
            return -1;
        }else if(this.age > person.age) {
            return 1;
        }else {
            return 0;
        }
    }
}
public class TreeSetDemoCompareto {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet treeSet = new TreeSet();
        Person person1 = new Person();
        Person person2 = new Person();
        Person person3 = new Person();
        person1.name = "Tom";
        person1.age = 20;
        person2.name = "Jack";
        person2.age = 21;
        person3.name = "Roy";
        person3.age = 22;
        treeSet.add(person1);
        treeSet.add(person2);
        treeSet.add(person3);
        System.out.println(treeSet);
    }
}

 

List接口

　　List 接口繼承了 Collection 接口，Collection 接口有的方法 List 中也有。

　　List 接口自身的特性：

• • 利用數組方式提供了獲取、修改、刪除的功能。
  • 可以通過方法來獲取元素的位置。
  • 允許重復元素的有序集合。

　　List 接口有兩個比較常用的具體實現，ArrayList、Vector、LinkedList。下面分別說一下這兩個集合類。

ArrayList

　　ArrayList 本身是通過數組的方式實現的，大小可以隨着對象的增加而增加。查詢效率比較高，增加、刪除的效率比較低，這也是數組的一種特性。非線程安全的。而且是有序的。

import java.util.*;
/**
 * @author jyroy
 */
public class ArrayListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List arrayList = new ArrayList();
        arrayList.add("Tom");
        arrayList.add("Jack");
        arrayList.add("Roy");
        System.out.println(arrayList);
    }
}

 

Vector

　　Vector 和 ArrayList 是相似的，都是通過數組來實現的。

　　最大的區別就是線程安全方面。Vector 是線程安全的，同步的，Vector類對集合的元素操作時都加了synchronized，保證線程安全。而 ArrayList 是非線程安全的。也是因為線程安全的問題，ArrayList 的查詢效率比 Vector 要高。

　　另外一個區別是在擴容方面，Vector默認擴容是增長一倍的容量，Arraylist是增長50%+1的容量。

　　Vector與ArrayList的remove,add(index,obj)方法都會導致內部數組進行數據拷貝的操作，這樣在大數據量時，可能會影響效率。

import java.util.*;
public class VectorDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List vectorList = new Vector();
        vectorList.add("Roy");
        vectorList.add("Tom");
        vectorList.add("Jack");
        System.out.println(vectorList);
    }
}

 

LinkedList

　　LinkedList 和 ArrayList、Vector相比，在方法的使用上都是相似的。

　　LinkedList 是基於雙向鏈表的，比較利於對象的增加和刪除操作，但是對查詢的支持不夠好，這是鏈表的特點。 LinkedList 同樣是線程不安全的。

import java.util.*;
public class LinkedListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List linkedList = new LinkedList();
        linkedList.add("Roy");
        linkedList.add("Jack");
        linkedList.remove(0);
        linkedList.add("Tom");
        System.out.println(linkedList);
    }
}

 

Queue接口

　　Queue 是 Collection 的子接口，中文稱為隊列，特性就是先進先出，先進入隊列的對象，在進行刪除的時候最先被刪除。所有的刪除操作都是在隊首進行的，所有的插入操作都是在隊尾進行的。

import java.util.*;
public class QueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Queue queue = new LinkedList();
        queue.add("Tom");
        queue.add("Roy");
        System.out.println(queue.poll());  //出隊列操作
        queue.add("Jack");
        System.out.println(queue);
    }
}

 

HashMap

　　HashMap 是基於散列表的 Map 接口的實現類，線程不安全。

　　散列表是通過關鍵碼值(Key value)而直接進行訪問的數據結構。它通過把關鍵碼值映射到表中一個位置來訪問記錄，以加快查找的速度。

　　當HashMap中的元素個數超過數組大小(數組總大小length,不是數組中個數size)*loadFactor時，就會進行數組擴容，loadFactor的默認值為0.75，這是一個折中的取值。也就是說，默認情況下，數組大小為16，那么當HashMap中元素個數超過16*0.75=12（這個值就是代碼中的threshold值，也叫做臨界值）的時候，就把數組的大小擴展為 2*16=32，即擴大一倍，然后重新計算每個元素在數組中的位置。

　　下面的代碼實現了獲取key為 2 的元素的 value。

import java.util.*;
public class HashMapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        HashMap hashMap = new HashMap();
        hashMap.put(1, "Tom");
        hashMap.put(2, "Jack");
        hashMap.put(3, "Roy");
        System.out.println(hashMap.get(2));
        System.out.println(hashMap);
    }
}

 

TreeMap

　　TreeMap 是根據紅黑樹算法實現的，TreeMap最大的特性就是支持自然排序。從下面的代碼中也可以非常清晰的看出 TreeMap 利用 key 值進行了自然排序。

　　紅黑樹（Red Black Tree） 是一種自平衡二叉查找樹，是在計算機科學中用到的一種數據結構，典型的用途是實現關聯數組。

import java.util.*;
public class TreeMapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        TreeMap treeMap = new TreeMap();
        treeMap.put("2", "Tom");
        treeMap.put("1", "Roy");
        treeMap.put("3", "Jack");
        System.out.println(treeMap);
    }
}

HashTable

　　HashTable 和 HashMap 是基本一致的。

　　最大的區別是 HashTable 是線程安全的，HashMap 不是。

import java.util.*;
public class HashTableDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Hashtable hashtable = new Hashtable();
        hashtable.put("2", "Tom");
        hashtable.put("1", "Roy");
        hashtable.put("3", "Jack");
        System.out.println(hashtable);
    }
}

 

 

常見問題

　　這些問題是在其他一些大佬的博客中看到，做了一個整理，都是 Java 集合類的問題。

　　1. ArrayList和LinkedList的特點和區別？

　　ArrayList： 底層用數組實現，由於數組可以通過下標直接訪問指定索引的元素，因此，ArrayList通過索引查詢元素非常快。但由於插入和刪除元素時都會進行數組的重新排列，因此，ArrayList的插入和刪除操作比較慢。

　　LinkedList：底層用鏈表實現，由於鏈表沒有具體的下標，因此，訪問某個索引的節點時需要遍歷該節點前面的所有元素，速度比較慢。由於插入和刪除元素時只需要更新相應元素的指針（或引用），不用重新排列元素，因此，LinkedList對插入和刪除操作比較快。

　　LinkedList 比 ArrayList消耗更多的內存，因為 LinkedList 中的每個節點存儲了前后節點的引用。

　　2. ArrayList和Vector的區別？　　

　　ArrayList非線程安全，Vector線程安全。在擴容時，ArrayList默認擴容當前容量的50%，但Vector默認擴容當前容量的100%。

 

　　3. HashSet和TreeSet的區別？　

　　HashSet基於HashMap，用鍵來存放HashSet的值，由於HashMap的鍵不能重復，因此，HashSet的值也不會重復，這是集合的一個特點。
　　TreeSet基於TreeMap，也是用鍵來存放TreeSet的值。TreeMap的底層實現是紅黑樹，其根據鍵排序，可以得到排好序的數據。

　　4. HashMap和HashTable的區別？

　　HashMap非線程安全，HashTable線程安全。
　　HashMap可以允許一個null鍵和多個null值，但HashTable不允許，會出現NullPointerException。

 

　　5. HashMap和TreeMap的區別？

　　HashMap中存放的鍵是隨機的，具有較快的訪問和存取速度，TreeMap中的鍵是按照自然排序排好的。

 

　　6. Java集合框架的基礎接口有哪些？

　　Collection 和 Map ，一個元素集合，一個是鍵值對集合； 其中 List、Set、Queue 接口繼承了 Collection 接口，一個是有序元素集合，一個是無序元素集合，一個是隊列； 而 ArrayList 和 LinkedList 實現了 List 接口，HashSet 實現了 Set 接口，這幾個都比較常用； HashMap、HashTable、TreeMap 實現了 Map 接口，並且 HashTable 是線程安全的，HashMap 是非線程安全的，但是 HashMap 性能更好。

　　

　　7. 如何決定選用HashMap還是TreeMap？

　　 對於在Map中插入、刪除和定位元素這類操作，HashMap是最好的選擇。然而，假如你需要對一個有序的key集合進行遍歷，TreeMap是更好的選擇。

　　

　　8. 哪些集合類提供對元素的隨機訪問？

　　ArrayList、HashMap、TreeMap和HashTable類提供對元素的隨機訪問。

 

　　9. Array和ArrayList有何區別？什么時候更適合用Array？

　　Array可以容納基本類型和對象，而ArrayList只能容納對象。

　　Array是指定大小的，而ArrayList大小是根據內容自動擴張的。

　　Array沒有提供ArrayList那么多功能，比如addAll、removeAll和iterator等。盡管ArrayList明顯是更好的選擇，但也有些時候Array比較好用。

　　（1）如果列表的大小已經指定，大部分情況下是存儲和遍歷它們。

　　（2）對於遍歷基本數據類型，盡管Collections使用自動裝箱來減輕編碼任務，在指定大小的基本類型的列表上工作也會變得很慢。

　　（3）如果你要使用多維數組，使用[][]比List<List<>>更容易。