Java上机实验报告（3）

一、任务简要描述

1、集合类的使用举例

Collection接口

 　　Collection是最基本的集合接口，一个Collection代表一组Object，即Collection的元素（Elements）。一些 Collection允许相同的元素而另一些不行。一些能排序而另一些不行。Java SDK不提供直接继承自Collection的类，Java SDK提供的类都是继承自Collection的“子接口”如List和Set。

 　　所有实现Collection接口的类都必须提供两个标准的构造函数：无参数的构造函数用于创建一个空的Collection，有一个 Collection参数的构造函数用于创建一个新的Collection，这个新的Collection与传入的Collection有相同的元素。后 一个构造函数允许用户复制一个Collection。

 　　如何遍历Collection中的每一个元素？不论Collection的实际类型如何，它都支持一个iterator()的方法，该方法返回一个迭代子，使用该迭代子即可逐一访问Collection中每一个元素。典型的用法如下：

　Iterator it = collection.iterator(); // 获得一个迭代子
 　　　　while(it.hasNext()) {
　　　　　　Object obj = it.next(); // 得到下一个元素

　　由Collection接口派生的两个接口是List和Set。

List接口

 　　List是有序的Collection，使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置。用户能够使用索引（元素在List中的位置，类似于数组下标）来访问List中的元素，这类似于Java的数组。

 和下面要提到的Set不同，List允许有相同的元素。

 　　除了具有Collection接口必备的iterator()方法外，List还提供一个listIterator()方法，返回一个 ListIterator接口，和标准的Iterator接口相比，ListIterator多了一些add()之类的方法，允许添加，删除，设定元素， 还能向前或向后遍历。

 　　实现List接口的常用类有LinkedList，ArrayList，Vector和Stack。

LinkedList类

 　　LinkedList实现了List接口，允许null元素。此外LinkedList提供额外的get，remove，insert方法在 LinkedList的首部或尾部。这些操作使LinkedList可被用作堆栈（stack），队列（queue）或双向队列（deque）。

 　　注意LinkedList没有同步方法。如果多个线程同时访问一个List，则必须自己实现访问同步。一种解决方法是在创建List时构造一个同步的List：

 　　　　

List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));

ArrayList类

　　ArrayList实现了可变大小的数组。它允许所有元素，包括null。ArrayList没有同步。

size，isEmpty，get，set方法运行时间为常数。但是add方法开销为分摊的常数，添加n个元素需要O(n)的时间。其他的方法运行时间为线性。

 　　每个ArrayList实例都有一个容量（Capacity），即用于存储元素的数组的大小。这个容量可随着不断添加新元素而自动增加，但是增长算法 并没有定义。当需要插入大量元素时，在插入前可以调用ensureCapacity方法来增加ArrayList的容量以提高插入效率。

 　　和LinkedList一样，ArrayList也是非同步的（unsynchronized）。

Vector类

　　Vector非常类似ArrayList，但是Vector是同步的。由Vector创建的Iterator，虽然和 ArrayList创建的Iterator是同一接口，但是，因为Vector是同步的，当一个Iterator被创建而且正在被使用，另一个线程改变了 Vector的状态（例如，添加或删除了一些元素），这时调用Iterator的方法时将抛出 ConcurrentModificationException，因此必须捕获该异常。

Stack 类

 　　Stack继承自Vector，实现一个后进先出的堆栈。Stack提供5个额外的方法使得Vector得以被当作堆栈使用。基本的push和pop 方法，还有peek方法得到栈顶的元素，empty方法测试堆栈是否为空，search方法检测一个元素在堆栈中的位置。Stack刚创建后是空栈。

Set接口

　　Set是一种不包含重复的元素的Collection，即任意的两个元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false，Set最多有一个null元素。

 　　很明显，Set的构造函数有一个约束条件，传入的Collection参数不能包含重复的元素。

 　　请注意：必须小心操作可变对象（Mutable Object）。如果一个Set中的可变元素改变了自身状态导致Object.equals(Object)=true将导致一些问题。

Map接口

 　　请注意，Map没有继承Collection接口，Map提供key到value的映射。一个Map中不能包含相同的key，每个key只能映射一个 value。Map接口提供3种集合的视图，Map的内容可以被当作一组key集合，一组value集合，或者一组key-value映射。

Hashtable类

 　　Hashtable继承Map接口，实现一个key-value映射的哈希表。任何非空（non-null）的对象都可作为key或者value。

 　　添加数据使用put(key, value)，取出数据使用get(key)，这两个基本操作的时间开销为常数。

Hashtable通过initial capacity和load factor两个参数调整性能。通常缺省的load factor 0.75较好地实现了时间和空间的均衡。增大load factor可以节省空间但相应的查找时间将增大，这会影响像get和put这样的操作。

 使用Hashtable的简单示例如下，将1，2，3放到Hashtable中，他们的key分别是”one”，”two”，”three”：

Hashtable numbers = new Hashtable();
　　　　numbers.put(“one”, new Integer(1));
　　　　numbers.put(“two”, new Integer(2));
　　　　numbers.put(“three”, new Integer(3));

　　要取出一个数，比如2，用相应的key：

Integer n = (Integer)numbers.get(“two”);
　　　　System.out.println(“two = ” + n);

　　由于作为key的对象将通过计算其散列函数来确定与之对应的value的位置，因此任何作为key的对象都必须实现hashCode和equals方 法。hashCode和equals方法继承自根类Object，如果你用自定义的类当作key的话，要相当小心，按照散列函数的定义，如果两个对象相 同，即obj1.equals(obj2)=true，则它们的hashCode必须相同，但如果两个对象不同，则它们的hashCode不一定不同，如 果两个不同对象的hashCode相同，这种现象称为冲突，冲突会导致操作哈希表的时间开销增大，所以尽量定义好的hashCode()方法，能加快哈希 表的操作。

 　　如果相同的对象有不同的hashCode，对哈希表的操作会出现意想不到的结果（期待的get方法返回null），要避免这种问题，只需要牢记一条：要同时复写equals方法和hashCode方法，而不要只写其中一个。

 　　Hashtable是同步的。

HashMap类

 　　HashMap和Hashtable类似，不同之处在于HashMap是非同步的，并且允许null，即null value和null key。，但是将HashMap视为Collection时（values()方法可返回Collection），其迭代子操作时间开销和HashMap 的容量成比例。因此，如果迭代操作的性能相当重要的话，不要将HashMap的初始化容量设得过高，或者load factor过低。

WeakHashMap类

 　　WeakHashMap是一种改进的HashMap，它对key实行“弱引用”，如果一个key不再被外部所引用，那么该key可以被GC回收。

二、问题及解决

Example_1

class Cat{
    private int age;
    public Cat(int age)
    {
        this.age = age;
    }
    public int getAge()
    {
        return this.age;
    }
}
public class arraylist {
    public static void main(String[] args)
    {
        List <Cat>cats = new ArrayList<Cat>();
        for(int i=0; i<10; i++)
        {
            cats.add(new Cat(i));
        }
        Cat cat = null;
        Iterator ite = cats.iterator();
        System.out.println("使用迭代器Iterator遍历ArrayList集合元素：");
        while(ite.hasNext())
        {
            cat = (Cat)ite.next();
            System.out.println(cat.getAge() + " ");
        }
        //限定迭代器中元素的类型
        Iterator <Cat>ite1 = cats.iterator();
        System.out.println("
使用迭代器Iterator元素类型的方式遍历ArrayList集合元素：");
        while(ite1.hasNext())
        {
            cat = ite1.next();
            System.out.println(cat.getAge() + " ");
        }
    }
}

输出结果：

Example_2

package collection_3;

import java.util.*;

//使用LinkedList模拟栈
public class linklist1 {
    private LinkedList list = new LinkedList();
    public void push(Object v)
    {
        list.addFirst(v);
    }
    public Object top()
    {
        return list.getFirst();
    }
    public Object pop()
    {
        return list.removeFirst();
    }
    
    public static void main(String[] args)
    {
        linklist1 stack = new linklist1();
        for(int i=0; i<10; i++)
        {
            stack.push(new Integer(i));
        }
        System.out.println(stack.top());
        System.out.println(stack.pop());
        System.out.println(stack.pop());
        System.out.println(stack.top());
    }
}

输出结果：

Example_3

package collection_3;

import java.util.*;

//使用LinkedList模拟队列
public class linklist2 {
    private LinkedList list = new LinkedList();
    public void put(Object v)
    {
        list.addFirst(v);
    }
    public Object get()
    {
        return list.removeLast();
    }
    public boolean isEmpty()
    {
        return list.isEmpty();
    }
        
    public static void main(String[] args)
    {
        linklist2 queue = new linklist2();
        for(int i=0; i<10; i++)
        {
            queue.put(new Integer(i));
        }
        System.out.println("使用LinkedList模拟队列，队列中的元素如下：");
        while(!queue.isEmpty())
        {
            System.out.println(queue.get() + " ");
        }
    }
}

输出结果：

Example_5

package vector;

public class Cat {
    private String name;
    private int age;
    
    public Cat(String name, int age)
    {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    
    public String getName()
    {
        return this.name;
    }
    public int getAge()
    {
        return this.age;
    }
    public String toString()
    {
        return getName() + "," + getAge();
    }
}

public class vector {
    public static void main(String args[])
    {
        Vector <Cat>cats = new Vector<Cat>();
        cats.add(new Cat("Jetty", 1));
        cats.add(new Cat("Carr", 3));
        for(int i=cats.size()-1; i>=0; i--)
        {
            System.out.println(cats.get(i));
        }
    }
}

输出结果：

Example_6

package map;

class Cat {
    private String name;
    private int age;
    
    public Cat(String name, int age)
    {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    
    public String getName()
    {
        return this.name;
    }
    public int getAge()
    {
        return this.age;
    }
    public String toString()
    {
        return getName() + "," + getAge();
    }
}
package map;

import java.util.*;

public class example_6 {
    public static void main(String[] args)
    {
        Map <String, Cat>cats = new HashMap <String, Cat>();
        cats.put("Jetty", new Cat("Jetty", 1));
        cats.put("Carr", new Cat("Carr", 3));
        Cat cat = cats.get("Carr");
        System.out.println(cat);
        
        Set <String>keys = cats.keySet();
        Iterator <String>ite = keys.iterator();
        while(ite.hasNext())
        {
            System.out.println(cats.get(ite.next()));
        }
    }
}

输出结果：

总结：如果涉及到堆栈，队列等操作，应该考虑用List，对于需要快速插入，删除元素，应该使用LinkedList，如果需要快速随机访问元素，应该使用ArrayList。
　　如果程序在单线程环境中，或者访问仅仅在一个线程中进行，考虑非同步的类，其效率较高，如果多个线程可能同时操作一个类，应该使用同步的类。
　　要特别注意对哈希表的操作，作为key的对象要正确复写equals和hashCode方法。
　　尽量返回接口而非实际的类型，如返回List而非ArrayList，这样如果以后需要将ArrayList换成LinkedList时，客户端代码不用改变。这就是针对抽象编程。