Java入門(三)——集合概講

集合（或者叫容器）是Java的核心知識點，它有着很深的深度。我們這里不會設計多深，僅僅作為了解入門，深入了解請移步各種集合源碼文章。好的，下面正是開始介紹...

Java集合為何而生

我們知道，Java是一門面向對象編程語言，這也就意味着程序中存在着大量的對象。這個時候問題就來了，我們如何很好的存放和操作對象呢？如果你能明白這個問題，那么你就知道了“集合為何而生”這個問題的答案。

總結一句： Java給我們提供了工具（集合）方便我們去存放和操作多個Java對象

Java集合入門學習

Java集合的目的是方便操作多個對象，同時，它提供一系列的API來供我們操作。因此，在初學Java集合的時候我們更多的是學習這些API的用法。

對Java集合的API使用有一定了解之后，我們就應該從面向對象的角度去理解它。為什么會抽象出多個接口，以及每個接口有什么特征。

我們可以總結出幾個常用的實現類，這幾個常用的實現類我們必須知道它的數據結構是什么，什么時候使用這個類。

同時，你還需要學習和了解數據結構：

學完上面的內容后，我們基本掌握了常用集合的數據結構，也就知道了如何選擇合適的集合容器去存儲我們的對象。總之，學完常見實現類的數據結構之后，對它們的使用場景也有了更加清晰的認識。

Java集合類簡介

Java集合是一個很龐大的知識點，話不多說，上圖感受下：

1. Java集合的根接口是Collection，它又繼承了迭代接口Iterable
2. List接口和Set接口繼承了Collection接口
3. Map接口是獨立的接口，並沒有繼承Collection接口
4. List接口常用的實現類有：ArrayList、LinkedList、Vector
5. Set接口常用的實現類有：HashSet、LinkedHashSet、TreeSet
6. Map接口常用的實現類有：HashMap、HashTable、TreeMap

Java容器可分為兩大類：

• Collection
  • List
    • ArrayList
    • LinkedList
    • Vector(了解，已過時)
  • Set
    • HashSet
      • LinkedHashSet
    • TreeSet
• Map
  • HashMap
    • LinkedHashMap
  • TreeMap
  • ConcurrentHashMap
  • Hashtable(了解，，已過時)

Iterator迭代器

迭代器是一種設計模式，它是一個對象，它可以遍歷並選擇序列中的對象，而開發人員不需要了解該序列的底層結構。迭代器通常被稱為“輕量級”對象，因為創建它的代價小

我們可以發現一個特點，上述所有的集合類，除了Map系列的集合，Collection集合都實現了Iterator接口。我們可以在源碼中追溯到集合的頂層接口，比如Collection接口，可以看到它繼承的是類Iterable。

它是Java集合的頂層接口（不包括Map系列的集合，Map接口是Map系列集合的頂層接口）

所以除了Map系列的集合，我么都能通過迭代器來對集合中的元素進行遍歷。

Map集合的子類可以用keyset()方法轉換成Set集合遍歷

Iterable迭代器一共4個方法：

• hasNext()：判斷下個迭代器是否還有下一個元素

• next()：返回下一個元素的值，並且把自身offset移動下一位

• remove()：這個可以刪除用這個迭代器集合中的元素（注意如果刪除之后還是前面獲得的迭代器，你會發現原來的迭代器還是沒變，得重新獲得刪除元素之后的迭代器）

• forEachRemaining：1.8的新方法 可以直接遍歷迭代器剩下的元素，如果從最開始的話就是遍歷所有的迭代器

補充： 還有一個ListIterator接口，它繼承了Iterator接口，但只能用於List集合。它是Iterator接口的升級版，里面除了Iterator含有的功能外，還具有一些其他的功能。Iterator遍歷集合元素時，只能單向遍歷，而ListIterator可以雙向進行遍歷、添加元素、設置元素

當使用Iterator對集合元素進行迭代時，Iterator並不是把集合元素本身傳給了迭代變量，而是把集合元素的值傳給了迭代變量（就如同參數傳遞是值傳遞，基本數據類型傳遞的是值，引用類型傳遞的僅僅是對象的引用變量），所以修改迭代變量的值對集合元素本身沒有任何影響。
下面的程序演示了這一點：

public class IteratorExample {
    public static void main(String[] args){
        List<String> list =Arrays.asList("java語言","C語言","C++語言");
        Iterator<String> iterator = list.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            String next = iterator.next();//集合元素的值傳給了迭代變量，僅僅傳遞了對象引用。保存的僅僅是指向對象內存空間的地址
            next ="修改后的";
            System.out.println(next);
        }
        System.out.println(list);
    }
}

輸出結果：

修改后的
修改后的
修改后的
[java語言, C語言, C++語言]

Collection接口

Collection的作用就是規定了一個集合有哪些基本的操作。 這里主要是插入數據，清空數據，是否包含，是否相等，集合里的數據個數和轉化成熟組這幾種操作。

接口中定義的方法：

Collection接口是Set、List、Queue的父接口。下面逐一介紹：

Set集合

Set集合與Collection集合基本相同，沒有提供任何額外的方法。實際上Set就是Collection，只是行為略有不同（Set不允許包含重復元素）。
Set集合不允許包含相同的元素，如果試圖把兩個相同的元素加入同一個Set集合中，則添加操作失敗，add()方法返回false，且新元素不會被加入。

List集合

List集合代表一個元素有序、可重復的集合，集合中每個元素都有其對應的順序索引。List集合允許使用重復元素，可以通過索引來訪問指定位置的集合元素 。List集合默認按元素的添加順序設置元素的索引，例如第一個添加的元素索引為0，第二個添加的元素索引為1......
List作為Collection接口的子接口，可以使用Collection接口里的全部方法。而且由於List是有序集合，因此List集合里增加了一些根據索引來操作集合元素的方法：

• void add(int index, Object element): 在列表的指定位置插入指定元素（可選操作）
• boolean addAll(int index, Collection c) : 將集合c 中的所有元素都插入到列表中的指定位置index處
• Object get(index):返回列表中指定位置的元素
• int indexOf(Object o): 返回此列表中第一次出現的指定元素的索引；如果此列表不包含該元素，則返回 -1
• int lastIndexOf(Object o):返回此列表中最后出現的指定元素的索引；如果列表不包含此元素，則返回 -1
• Object remove(int index): 移除列表中指定位置的元素
• Object set(int index, Object element):用指定元素替換列表中指定位置的元素
• List subList(int fromIndex, int toIndex): 返回列表中指定的 fromIndex（包括 ）和 toIndex（不包括）之間的所有集合元素組成的子集
• Object[] toArray(): 返回按適當順序包含列表中的所有元素的數組（從第一個元素到最后一個元素）

除此之外，Java 8還為List接口添加了如下兩個默認方法：

• void replaceAll(UnaryOperator operator):根據operator指定的計算規則重新設置List集合的所有元素
• void sort(Comparator c):根據Comparator參數對List集合的元素排序

Queue集合

Queue用戶模擬隊列這種數據結構，隊列通常是指“先進先出”(FIFO，first-in-first-out)的容器。隊列的頭部是在隊列中存放時間最長的元素，隊列的尾部是保存在隊列中存放時間最短的元素。新元素插入（offer）到隊列的尾部，訪問元素（poll）操作會返回隊列頭部的元素。通常，隊列不允許隨機訪問隊列中的元素。

接口中定義的方法：

Map集合

Map用戶保存具有映射關系的數據，因此Map集合里保存着兩組數，一組值用戶保存Map里的key,另一組值用戶保存Map里的value，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方法比較總是返回false。
如下圖所描述，key和value之間存在單向一對一關系，即通過指定的key,總能找到唯一的、確定的value。從Map中取出數據時，只要給出指定的key，就可以取出對應的value。

Map集合包括Map接口以及Map接口的所有實現類。Map集合具有以下特點：

1. Map接口並沒有繼承Collection接口，提供的是key到value的映射
2. Map中不能包含相同的key

Map接口常用的實現類有：HashMap、HashTable、TreeMap。

我們先看下如下示例了解下Map集合的用法：

package collection;

import java.util.*;

public class Muster {
    public static void main(String[] args) {
        Map<Integer, String> platformMap = new HashMap<>();
        platformMap.put(1, "博客園");
        platformMap.put(2, "掘金");
        platformMap.put(3, "微信公眾號");
        platformMap.put(4, "個人博客");

        // 嘗試添加重復Map
        platformMap.put(4, "個人博客");

        // 獲取所有的key
        Set<Integer> keys = platformMap.keySet();
        for (Integer integer : keys) {
            System.out.println("Key:" + integer + ",Value:" + platformMap.get(integer));
        }
    }
}

以上代碼的輸出結果為：

Key:1,Value:博客園
Key:2,Value:掘金
Key:3,Value:微信公眾號
Key:4,Value:個人博客

從日志可以看出，當我們嘗試重加重復Map時，並沒有添加成功。

關於Map集合的詳細用法，HashMap、HashTable、TreeMap的區別（這里是重點，面試可能問的比較多，這里不展開說明）

Map集合與Set集合、List集合的關系

1. 與Set集合的關系
如果把Map里的所有key放在一起看，它們就組成了一個Set集合（所有的key沒有順序，key與key之間不能重復），實際上Map確實包含了一個keySet()方法，用戶返回Map里所有key組成的Set集合。
2. 與List集合的關系
如果把Map里的所有value放在一起來看，它們又非常類似於一個List：元素與元素之間可以重復，每個元素可以根據索引來查找，只是Map中索引不再使用整數值，而是以另外一個對象作為索引。

接口中定義的方法：

Map中還包括一個內部類Entry，該類封裝了一個key-value對。Entry包含如下三個方法：

Map集合最典型的用法就是成對地添加、刪除key-value對，然后就是判斷該Map中是否包含指定key，是否包含指定value，也可以通過Map提供的keySet()方法獲取所有key組成的集合，然后使用foreach循環來遍歷Map的所有key，根據key即可遍歷所有的value。下面程序代碼示范Map的一些基本功能：

public class MapTest {
    public static void main(String[] args){
        Day day1 = new Day(1, 2, 3);
        Day day2 = new Day(2, 3, 4);
        Map<String,Day> map = new HashMap<String,Day>();
        //成對放入key-value對
        map.put("第一個", day1);
        map.put("第二個", day2);
        //判斷是否包含指定的key
        System.out.println(map.containsKey("第一個"));
        //判斷是否包含指定的value
        System.out.println(map.containsValue(day1));
        //循環遍歷
        //1.獲得Map中所有key組成的set集合
        Set<String> keySet = map.keySet();
        //2.使用foreach進行遍歷
        for (String key : keySet) {
            //根據key獲得指定的value
            System.out.println(map.get(key));
        }
        //根據key來移除key-value對
        map.remove("第一個");
        System.out.println(map);
    }
}

輸出結果：

true
true
Day [hour=2, minute=3, second=4]
Day [hour=1, minute=2, second=3]
{第二個=Day [hour=2, minute=3, second=4]}

參考：

【新手向】如何學習Java集合

Java集合中List,Set以及Map等集合體系詳解(史上最全)

由淺入深理解 java 集合——集合框架 Collction、Map