java集合

java集合

• Java集合框架
• Collection接口API
• Iterator迭代器接口（遍历集合中的元素）
• Collection子接口之一：Set接口
  • HashSet LinkedHashSet TreeSet
• Collection子接口之二： List接口
  • ArrayList LinkedList Vector
• Map接口
  • HashMap TreeMap Hashtable
• Collections工具类

Java 集合概述

• 一方面， 面向对象语言对事物的体现都是以对象的形式，为了方便对多个对象的操作，就要对对象进行存储。另一方面，使用Array存储对象方面具有一些弊端，而Java 集合就像一种容器，可以动态地把多个对象的引用放入容器中。
• Java 集合类可以用于存储数量不等的多个对象，还可用于保存具有映射关系的关联数组。
• 数组的弊端：一旦建立 长度不可变。数组中数据类型必须一致，数组中元素个数未知。
• Java 集合可分为 Collection 和 Map 两种体系
  • Collection接口：
    • Set：元素无序、不可重复的集合 ---类似高中的"集合"
    • List：元素有序，可重复的集合 ---"动态"数组
      • Map接口：具有映射关系"key-value对"的集合 ---类似于高中的"函数"

• Map接口继承树

Collection 接口

• Collection 接口是 List、Set 和 Queue 接口的父接口，该接口里定义的方法既可用于操作 Set 集合，也可用于操作 List 和 Queue 集合。
• JDK不提供此接口的任何直接实现，而是提供更具体的子接口(如：Set和List)实现。
• 在 Java5 之前，Java 集合会丢失容器中所有对象的数据类型，把所有对象都当成 Object 类型处理；从 Java5 增加了泛型以后，Java 集合可以记住容器中对象的数据类型

Collection 接口的方法

红色部分：集合与数组间转换操作的方法：如下图

使用 Iterator 接口遍历集合元素

• Iterator对象称为迭代器(设计模式的一种)，主要用于遍历 Collection 集合中的元素。
• 所有实现了Collection接口的集合类都有一个iterator()方法，用以返回一个实现了Iterator接口的对象。
• Iterator 仅用于遍历集合，Iterator 本身并不提供承装对象的能力。如果需要创建 Iterator 对象，则必须有一个被迭代的集合。

Iterator接口的方法

在调用it.next()方法之前必须要调用it.hasNext()进行检测。若不调用，且下一条记录无效，直接调用it.next()会抛出NoSuchElementException异常

 

while（it.hasNext()）{

    …..it.next();

}

使用 foreach 循环遍历集合元素

•     Java 5 提供了 foreach 循环迭代访问 Collection

List接口

• Java中数组用来存储数据的局限性
• List集合类中元素有序、且可重复，集合中的每个元素都有其对应的顺序索引。
• List容器中的元素都对应一个整数型的序号记载其在容器中的位置，可以根据序号存取容器中的元素。
• JDK API中List接口的实现类常用的有：ArrayList、LinkedList和Vector。
• List 集合里添加了一些根据索引来操作集合元素的方法
  • void add(int index, Object ele)
  • boolean addAll(int index, Collection eles)
  • Object get(int index)
  • int indexOf(Object obj)
  • int lastIndexOf(Object obj)
  • Object remove(int index)
  • Object set(int index, Object ele)
  • List subList(int fromIndex, int toIndex)

List实现类之一：ArrayList

• ArrayList 是 List 接口的典型实现类
• 本质上，ArrayList是对象引用的一个变长数组
• ArrayList 是线程不安全的，而 Vector 是线程安全的，即使为保证 List 集合线程安全，也不推荐使用Vector
• Arrays.asList(…) 方法返回的 List 集合既不是 ArrayList 实例，也不是 Vector 实例。 Arrays.asList(…) 返回值是一个固定长度的 List 集合

List实现类之二：LinkedList

• 对于频繁的插入或删除元素的操作，建议使用LinkedList类，效率较高
• 新增方法：
  • void addFirst(Object obj)
  • void addLast(Object obj)    
  • Object getFirst()
  • Object getLast()
  • Object removeFirst()
  • Object removeLast()

List 实现类之三：Vector

• Vector 是一个古老的集合，JDK1.0就有了。大多数操作与ArrayList相同，区别之处在于Vector是线程安全的。
• 在各种list中，最好把ArrayList作为缺省选择。当插入、删除频繁时，使用LinkedList；Vector总是比ArrayList慢，所以尽量避免使用。
• 新增方法：
  • void addElement(Object obj)
  • void insertElementAt(Object obj,int index)
  • void setElementAt(Object obj,int index)
  • void removeElement(Object obj)
  • void removeAllElements()

ListIterator接口（了解）

• List 额外提供了一个 listIterator() 方法，该方法返回一个 ListIterator 对象， ListIterator 接口继承了 Iterator 接口，提供了专门操作 List 的方法：
  • void add()
  • boolean hasPrevious()
  • Object previous()
  • Boolean hasNext()
  • Object next()

Iterator和ListIterator主要区别(了解)

1、ListIterator和Iterator都有hasNext()和next()方法，可以实现顺序向后遍历。但是ListIterator有hasPrevious()和previous()方法，可以实现逆向（顺序向前）遍历。Iterator就不可以。

2、ListIterator可以定位当前的索引位置，nextIndex()和previousIndex()可以实现。Iterator 没有此功能。

3、ListIterator有add()方法，可以向List中插入对象，而Iterator不能。

4、都可实现删除对象，但是ListIterator可以实现对象的修改，set()方法可以实现。Iterator仅能遍历，不能修改。因为ListIterator的这些功能，可以实现对LinkedList等List数据结构的操作。

 

Set 接口

• Set接口是Collection的子接口，set接口没有提供额外的方法
• Set 集合不允许包含相同的元素，如果试把两个相同的元素加入同一个 Set 集合中，则添加操作失败。
• Set 判断两个对象是否相同不是使用 == 运算符，而是根据 equals 方法

Set实现类之一：HashSet

• HashSet 是 Set 接口的典型实现，大多数时候使用 Set 集合时都使用这个实现类。
• HashSet 按 Hash 算法来存储集合中的元素，因此具有很好的存取和查找性能。
• HashSet 具有以下特点：
  • 不能保证元素的排列顺序
  • HashSet 不是线程安全的
  • 集合元素可以是 null
• 当向 HashSet 集合中存入一个元素时，HashSet 会调用该对象的 hashCode() 方法来得到该对象的 hashCode 值，然后根据 hashCode 值决定该对象在 HashSet 中的存储位置。
• HashSet 集合判断两个元素相等的标准：两个对象通过 hashCode() 方法比较相等，并且两个对象的 equals() 方法返回值也相等。

hashCode() 方法

• 如果两个元素的 equals() 方法返回 true，但它们的 hashCode() 返回值不相等，hashSet 将会把它们存储在不同的位置，但依然可以添加成功。
• 对于存放在Set容器中的对象，对应的类一定要重写equals()和hashCode(Object obj)方法，以实现对象相等规则。
• 重写 hashCode() 方法的基本原则
  • 在程序运行时，同一个对象多次调用 hashCode() 方法应该返回相同的值
  • 当两个对象的 equals() 方法比较返回 true 时，这两个对象的 hashCode() 方法的返回值也应相等

对象中用作 equals() 方法比较的 Field，都应该用来计算 hashCode 值

Set实现类之二：LinkedHashSet

• LinkedHashSet 是 HashSet 的子类
• LinkedHashSet 根据元素的 hashCode 值来决定元素的存储位置，但它同时使用链表维护元素的次序，这使得元素看起来是以插入顺序保存的。
• LinkedHashSet插入性能略低于 HashSet，但在迭代访问 Set 里的全部元素时有很好的性能。
• LinkedHashSet 不允许集合元素重复。

Set实现类之三：TreeSet

• TreeSet 是 SortedSet 接口的实现类，TreeSet 可以确保集合元素处于排序状态。
  • Comparator comparator()
  • Object first()
  • Object last()
  • Object lower(Object e)
  • Object higher(Object e)
  • SortedSet subSet(fromElement, toElement)
  • SortedSet headSet(toElement)
  • SortedSet tailSet(fromElement)
• TreeSet 两种排序方法：自然排序和定制排序。默认情况下，TreeSet 采用自然排序.

   

排 序——自然排序 Comparable 接口

• 自然排序：TreeSet 会调用集合元素的 compareTo(Object obj) 方法来比较元素之间的大小关系，然后将集合元素按升序排列
• 如果试图把一个对象添加到 TreeSet 时，则该对象的类必须实现 Comparable 接口。
• 实现 Comparable 的类必须实现 compareTo(Object obj) 方法，两个对象即通过 compareTo(Object obj) 方法的返回值来比较大小。
• Comparable 的典型实现：
  • BigDecimal、BigInteger 以及所有的数值型对应的包装类：按它们对应的数值大小进行比较
  • Character：按字符的 unicode值来进行比较
  • Boolean：true 对应的包装类实例大于 false 对应的包装类实例
  • String：按字符串中字符的 unicode 值进行比较
  • Date、Time：后边的时间、日期比前面的时间、日期大
• 向 TreeSet 中添加元素时，只有第一个元素无须比较compareTo()方法，后面添加的所有元素都会调用compareTo()方法进行比较。
• 因为只有相同类的两个实例才会比较大小，所以向 TreeSet 中添加的应该是同一个类的对象
• 对于 TreeSet 集合而言，它判断两个对象是否相等的唯一标准是：两个对象通过 compareTo(Object obj) 方法比较返回值
• 当需要把一个对象放入 TreeSet 中，重写该对象对应的 equals() 方法时，应保证该方法与 compareTo(Object obj) 方法有一致的结果：如果两个对象通过 equals() 方法比较返回 true，则通过 compareTo(Object obj) 方法比较应返回 0

 

排 序——定制排序 comparator接口

• TreeSet的自然排序是根据集合元素的大小，进行元素升序排列。如果需要定制排序，比如降序排列，可通过Comparator接口的帮助。需要重写compare(T o1,T o2)方法。
• 利用int compare(T o1,T o2)方法，比较o1和o2的大小：如果方法返回正整数，则表示o1大于o2；如果返回0，表示相等；返回负整数，表示o1小于o2。
• 要实现定制排序，需要将实现Comparator接口的实例作为形参传递给TreeSet的构造器。
• 此时，仍然只能向TreeSet中添加类型相同的对象。否则发生ClassCastException异常。
• 使用定制排序判断两个元素相等的标准是：通过Comparator比较两个元素返回了0。

Map接口

• Map与Collection并列存在。用于保存具有映射关系的数据:Key-Value
• Map 中的 key 和 value 都可以是任何引用类型的数据
• Map 中的 key 用Set来存放，不允许重复，即同一个 Map 对象所对应的类，须重写hashCode()和equals()方法。
• 常用String类作为Map的"键"。
• key 和 value 之间存在单向一对一关系，即通过指定的 key 总能找到唯一的、确定的 value。

Map实现类之一：HashMap

• Map接口的常用实现类：HashMap、TreeMap和Properties。
• HashMap是 Map 接口使用频率最高的实现类。
• 允许使用null键和null值，与HashSet一样，不保证映射的顺序。
• HashMap 判断两个 key 相等的标准是：两个 key 通过 equals() 方法返回 true，hashCode 值也相等。
• HashMap 判断两个 value相等的标准是：两个 value 通过 equals() 方法返回 true。

Map实现类之二：LinkedHashMap

• LinkedHashMap 是 HashMap 的子类
• 与LinkedHashSet类似，LinkedHashMap 可以维护 Map 的迭代顺序：迭代顺序与 Key-Value 对的插入顺序一致

Map实现类之三：TreeMap

• TreeMap存储 Key-Value 对时，需要根据 key-value 对进行排序。TreeMap 可以保证所有的 Key-Value 对处于有序状态。
• TreeMap 的 Key 的排序：
  • 自然排序：TreeMap 的所有的 Key 必须实现 Comparable 接口，而且所有的 Key 应该是同一个类的对象，否则将会抛出 ClasssCastException
  • 定制排序：创建 TreeMap 时，传入一个 Comparator 对象，该对象负责对 TreeMap 中的所有 key 进行排序。此时不需要 Map 的 Key 实现 Comparable 接口
• TreeMap判断两个key相等的标准：两个key通过compareTo()方法或者compare()方法返回0。

若使用自定义类作为TreeMap的key，所属类需要重写equals()和hashCode()方法，且equals()方法返回true时，compareTo()方法应返回0

Map实现类之四：Hashtable

• Hashtable是个古老的 Map 实现类，线程安全。
• 与HashMap不同，Hashtable 不允许使用 null 作为 key 和 value
• 与HashMap一样，Hashtable 也不能保证其中 Key-Value 对的顺序
• Hashtable判断两个key相等、两个value相等的标准，与hashMap一致。

Map实现类之五：Properties

• Properties 类是 Hashtable 的子类，该对象用于处理属性文件
• 由于属性文件里的 key、value 都是字符串类型，所以 Properties 里的 key 和 value 都是字符串类型
• 存取数据时，建议使用setProperty(String key,String value)方法和getProperty(String key)方法

Properties pros = new Properties();

pros.load(new FileInputStream("jdbc.properties"));

String user = pros.getProperty("user");

System.out.println(user);

操作集合的工具类：Collections

• Collections 是一个操作 Set、List 和 Map 等集合的工具类
• Collections 中提供了一系列静态的方法对集合元素进行排序、查询和修改等操作，还提供了对集合对象设置不可变、对集合对象实现同步控制等方法
• 排序操作：（均为static方法）
  • reverse(List)：反转 List 中元素的顺序
  • shuffle(List)：对 List 集合元素进行随机排序
  • sort(List)：根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素按升序排序
  • sort(List，Comparator)：根据指定的 Comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序
  • swap(List，int， int)：将指定 list 集合中的 i 处元素和 j 处元素进行交换

查找、替换

•     Object max(Collection)：根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最大元素
• Object max(Collection，Comparator)：根据 Comparator 指定的顺序，返回给定集合中的最大元素
• Object min(Collection)
• Object min(Collection，Comparator)
• int frequency(Collection，Object)：返回指定集合中指定元素的出现次数
• void copy(List dest,List src)：将src中的内容复制到dest中
• boolean replaceAll(List list，Object oldVal，Object newVal)：使用新值替换 List 对象的所有旧值

 

同步控制

• Collections 类中提供了多个 synchronizedXxx() 方法，该方法可使将指定集合包装成线程同步的集合，从而可以解决多线程并发访问集合时的线程安全问题

Enumeration（了解）

• Enumeration 接口是 Iterator 迭代器的 "古老版本"

Enumeration stringEnum = new StringTokenizer("a-b*c-d-e-g", "-");

    while(stringEnum.hasMoreElements()){

        Object obj = stringEnum.nextElement();

        System.out.println(obj);

    }

 

集合部分面试题

1 Collection 和 Collections的区别

答：Collection是集合类的上级接口，继承与他的接口主要有Set 和List.

Collections是针对集合类的一个帮助类，他提供一系列静态方法实现对各种集合的搜索、排序、线程安全化等操作

 

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2 Set里的元素是不能重复的，那么用什么方法来区分重复与否呢? 是用==还是equals()? 它们有何区别

答：Set里的元素是不能重复的，那么用iterator()方法来区分重复与否。equals()是判读两个Set是否相等

equals()和==方法决定引用值是否指向同一对象equals()在类中被覆盖，为的是当两个分离的对象的内容

和类型相配的话，返回真值

 

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3 List, Set, Map是否继承自Collection接口

答： List，Set是，Map不是

 

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4 两个对象值相同(x.equals(y) == true)，但却可有不同的hash code，这句话对不对

答：不对，有相同的hash code

 

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5 说出ArrayList,Vector, LinkedList的存储性能和特性

答：ArrayList和Vector都是使用数组方式存储数据，此数组元素数大于实际存储的数据以便增加和插入元素，它们都允许直接按序号索引元素，但是插入元素要涉及数组元素移动等内存操作，所以索引数据快而插入数据慢，Vector由于使用了synchronized方法（线程安全），通常性能上较ArrayList差，而LinkedList使用双向链表实现存储，按序号索引数据需要进行前向或后向遍历，但是插入数据时只需要记录本项的前后项即可，所以插入速度较快。

 

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6 HashMap和Hashtable的区别

答：HashMap是Hashtable的轻量级实现（非线程安全的实现），他们都完成了Map接口，主要区别在于

HashMap允许空（null）键值（key）,由于非线程安全，效率上可能高于Hashtable。

HashMap允许将null作为一个entry的key或者value，而Hashtable不允许。

HashMap把Hashtable的contains方法去掉了，改成containsvalue和containsKey。因为contains方法容易让人引起误解。

Hashtable继承自Dictionary类，而HashMap是Java1.2引进的Map interface的一个实现。

最大的不同是，Hashtable的方法是Synchronize的，而HashMap不是，在多个线程访问Hashtable时，不需要自己为它的方法实现同步，而HashMap 就必须为之提供外同步。

Hashtable和HashMap采用的hash/rehash算法都大概一样，所以性能不会有很大的差异。

 

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7 ArrayList和Vector的区别,HashMap和Hashtable的区别

答：就ArrayList与Vector主要从二方面来说.

一.同步性:Vector是线程安全的，也就是说是同步的，而ArrayList是线程序不安全的，不是同步的

二.数据增长:当需要增长时,Vector默认增长为原来一培，而ArrayList却是原来的一半

就HashMap与HashTable主要从三方面来说。

一.历史原因:Hashtable是基于陈旧的Dictionary类的，HashMap是Java 1.2引进的Map接口的一个实现

二.同步性:Hashtable是线程安全的，也就是说是同步的，而HashMap是线程序不安全的，不是同步的

三.值：只有HashMap可以让你将空值作为一个表的条目的key或value

 

 

 

8 如何高效地判断数组中是否包含某特定值

如何检查一个未排序的数组中是否包含某个特定值，这是一个在Java中非常实用并且频繁使用的操作。检查数组中是否包含特定值可以用多种不同的方式实现，但是时间复杂度差别很大。下面，将为大家展示各种方法及其需要花费的时间。

1.检查数组中是否包含特定值的四种不同方法

1）使用List：

public static boolean useList(String[] arr, String targetValue) {

    return Arrays.asList(arr).contains(targetValue);

}

2）使用Set：

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public static boolean useSet(String[] arr, String targetValue) {     Set<String> set = new HashSet<String>(Arrays.asList(arr));     return set.contains(targetValue); }

3）使用一个简单循环：

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public static boolean useLoop(String[] arr, String targetValue) {     for(String s: arr){         if(s.equals(targetValue))             return true;     }     return false; }

4）使用Arrays.binarySearch()：

注：下面的代码是错误的，这样写出来仅仅为了理解方便。binarySearch()只能用于已排好序的数组中。所以，你会发现下面结果很奇怪。

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public static boolean useArraysBinarySearch(String[] arr, String targetValue) {     int a =  Arrays.binarySearch(arr, targetValue);     if(a > 0)         return true;     else         return false; }

2.时间复杂度

通过下面的这段代码可以近似比较几个方法的时间复杂度。虽然分别搜索一个大小为5、1K、10K的数组是不够精确的，但是思路是清晰的。

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public static void main(String[] args) {     String[] arr = new String[] {  "CD",  "BC", "EF", "DE", "AB"};          //use list     long startTime = System.nanoTime();     for (int i = 0; i < 100000; i++) {         useList(arr, "A");     }     long endTime = System.nanoTime();     long duration = endTime - startTime;     System.out.println("useList:  " + duration / 1000000);          //use set     startTime = System.nanoTime();     for (int i = 0; i < 100000; i++) {         useSet(arr, "A");     }     endTime = System.nanoTime();     duration = endTime - startTime;     System.out.println("useSet:  " + duration / 1000000);          //use loop     startTime = System.nanoTime();     for (int i = 0; i < 100000; i++) {         useLoop(arr, "A");     }     endTime = System.nanoTime();     duration = endTime - startTime;     System.out.println("useLoop:  " + duration / 1000000);          //use Arrays.binarySearch()     startTime = System.nanoTime();     for (int i = 0; i < 100000; i++) {         useArraysBinarySearch(arr, "A");     }     endTime = System.nanoTime();     duration = endTime - startTime;     System.out.println("useArrayBinary:  " + duration / 1000000); }

结果：

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useList:  13 useSet:  72 useLoop:  5 useArraysBinarySearch:  9

对于长度为1K的数组：

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String[] arr = new String[1000];      Random s = new Random(); for(int i=0; i< 1000; i++){     arr[i] = String.valueOf(s.nextInt()); }

结果：

1 2 3 4

useList:  112 useSet:  2055 useLoop:  99 useArrayBinary:  12

对于长度为10K的数组：

1 2 3 4 5 6

String[] arr = new String[10000];      Random s = new Random(); for(int i=0; i< 10000; i++){     arr[i] = String.valueOf(s.nextInt()); }

结果：

1 2 3 4

useList:  1590 useSet:  23819 useLoop:  1526 useArrayBinary:  12

很明显，使用简单循环的方法比使用其他任何集合效率更高。许多开发者会使用第一种方法，但是它并不是高效的。将数组压入Collection类型中，需要首先将数组元素遍历一遍，然后再使用集合类做其他操作。

如果使用Arrays.binarySearch()方法，数组必须是已排序的。由于上面的数组并没有进行排序，所以该方法不可使用。

实际上，如果你需要借助数组或者集合类高效地检查数组中是否包含特定值，一个已排序的列表或树可以做到时间复杂度为O(log(n))，hashset可以达到O(1)。