Java集合类初探

• 2020 年 7 月 11 日
• 筆記
• JAVA

目录

• 概述
• Iterable和Iterator
• Collection
• List
• Queue
• Set
• Map

概述

  Java中基本的常用的集合类，主要包含：

• List
• Set
• Queue
• Map

这几种类型的继承关系如图: 图片引自——Collection 和 Map的继承体系

其中 List、Queue 和 Set 继承自 Collection 接口，这三种集合的结构都比较简单，都是普通的元素的集合，而 Map 相对复杂一点，是键值对（key-value）的结构。

Iterable和Iterator

Iterable

  Iterable 接口是 Collection 接口的“超类”，也就是说 Iterable 接口是 List、Set、Queue 这类简单集合的顶级接口，看下 Iterable 接口有些啥：

Iterable 接口包含三个方法:

• iterator() 返回一个迭代器用于迭代、遍历集合；
• forEach(Consumer<? super T>) 增强型for循环，配合 lambda 表达式食用更香；
• spliterator() 同样返回一个迭代器，该迭代器是“可分割迭代器”，为并行遍历集合而设计。

Iterable 接口的 forEach() 和 spliterator() 方法是用 default 关键字修饰的，接口里包含了方法的默认实现。

Iterator

  Iterator 也是一个接口，用于集合的遍历：

• hasNext() 是否还有下一个元素，用于控制集合的遍历的结束；
• next() 返回一个元素，游标往后移。
• remove() 去除当前的元素(最近一次调用 next() 返回的元素)。想要在遍历集合时删除元素，需要用到 Iterator 迭代器和该方法。
• forEachRemaining(Consumer<? super E>) 对剩下的元素（即尚未被遍历到的元素）进行某些操作。和 Iterable 接口的 forEach() 有点类似。

Collection

  Collection 接口包含了集合的基本的增删查操作。既然是集合，那么以下基本方法是非常必要的:

• 获取集合大小: size();
• 添加元素: add();
• 移除元素: remove();
• 判断包含: contains();
• 判断元素是否相等: equals();

为了增加可用性，又加多了几个方法:

• isEmpty() 判空，少写几句 “collection.size==0”;

• containsAll() 判断是否包含另一个集合里的所有元素；

• toArray()、toArray(T[]) 把集合转化为数组;

• clear() 清除所有元素;

• removeIf() 条件删除；

• stream() 流操作；

• removeAll() 取补集，把另一个集合也包含的元素去除；

• addAll() 把另一个集合的元素添加进来，相当于取并集；

• retainAll() 取交集，把另一个集合也包含的元素保留下来；

• stream()、parrallelStream() 流操作、并行流操作。

List

  List 中文译作“清单、列表”，List 是有序的，是按照一定的顺序来存储元素的，既然是有序的集合，就应该可以通过“游标”来进行访问，因此，List 在 Collection 的基础上添加了通过游标访问元素，或通过元素获取游标的方法:

• get(int);

• add(int, E);

• remove(int);

• indexOf(Object);

• subList(int, int);通过游标截取子序列。

• lastIndexOf(Object); 因为 List 是有序的，所以可以通过“游标”确定唯一的元素，因此 List 是允许集合中包含相同(相等)的多个元素的，lastIndexOf(Object) 可以用来在集合包含多个相同元素时，获取该元素最后出现的位置。

除此之外，List 还加上了 Collection 没有的“改”操作，实现了集合的“增删查改”:

• set(int, E); 替换某个位置的元素，既然是替换，前提条件是该位置含有元素。

因为 List 是有序集合，因此给 List 加上排序操作是可取的:

• sort(Comparator<? super E>);
   

在List接口中有一个 “ListIerator()”的方法，该方法返回一个 ListIterator 对象。

ListIterator 继承了 Iterator 接口,提供了 previous 操作，以及与游标相关的 nextIndex() 和 previousIndex()。

Queue

  Queue（队列）是一种特殊的线性表，有的时候我们会因为业务需求，需要一个“规定容量的Queue”，这时，如果队列满了却又要添加元素，该采取怎样的策略，或者队列为空时调用remove该如何处理，这是需要考虑的。Queue 继承了 Collection，又提供了几个自己的方法：

• offer(E): 队尾添加元素，与 add 对应，当队列已满时返回false, add()方法这种情况下则会抛出异常。

• poll(): 删除队头元素，与 remove 对应，当队列为空时，不会像 remove 那样抛出异常，而是会返回 null;

• element(): 查询队头元素，与 peek 对应，队列为空时抛出异常。

• peek(): 查询队头元素，队列为空时返回 null;

Set

  Set 中文是“一组、一套”的意思。与 List 相比，Set 没有 List 的“列表、清单”的“列”的语义。Set 是无序的。 Set 与 Collection 在语义以及属性上最为接近，Set 继承了 Collection 的方法，没有自己新添加的方法，如下所示:

  
Set 是没有 List 的 Index 的概念的，List 可以用 index 唯一确定一个元素，Map 可以用 key 唯一确定一个元素，而 Set 只能靠自身来唯一确定一个元素，所以 Set 里面的元素是不能重复的。正因为 Set 这一特性，可以使用 Set 给集合去重。

Map

  在词典中，Map 作动词时是“映射”的意思，key-value，key 映射到 value，可以通过 key 来获取 value。Map 和 Iterable 一样是顶级接口。Map 接口 UML 图如下：

虽然 Map 是一个顶级接口，但是 Map 和 Set、List、Queue应该是同一层级的接口，它们的方法很多是类似的（功能上）。
基本的增删查改:

• size();
• isEmpty();
• containsKey();
• containsValue();
• get();
• put();
• remove();
• putAll();
• clear();
• replace()

键和值的遍历:

• keySet(): 返回 key 的 Set 集合，因为 Map 靠 key 来唯一确定一个元素，所以 Map 的 key 是不能重复的，自然地，返回的 key 集合是一个 Set;

• values(): value 的值不会影响到 Map 的结构，value 是可以重复的，也是可以为 null 的，所以返回的 value 集合应该是一个 Collection;

• entrySet: 该方法返回的是 Entry 的 Set 集合， Entry 是 Map 的内部接口，可把其看作一对键值对的组合:
  

其它的方法:

• getOrDefault(Object, V): 如果找到 key 为 object 的键值对，则返回其 value, 否则返回自己传入的 V；

• putIfAbsent(K, V): 与 put(K, V) 对应，如果 Map 中已经包含 key 为 K 的键值对或键值对的值为空，put(K, V) 方法会用 V 覆盖原来的值；而 putIfAbsent(K, V)方法仅返回现在的值，不覆盖；当 Map 中不存在 key 为 k 的键值对时，put 和 putIfAbsent 都会添加新的元素。 概况说就是如果指定的键尚未映射（映射即关联，就是 key 和 value 的关联关系， value 为 null 也视为未映射或者说未关联），将其与给定值相关联并返回 null ，否则返回当前值。

• compute(K key, BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> remappingFunction): 传一个BiFunction 对象进去实现值的“计算”，此处的“计算”应该是指“操作”，不仅仅是指算术上的“计算”。这与 VueJS 的“计算属性”有点类似。可以通过该方法实现 Map 数据的转换、数据的统计。
  BiFunction是一个接口，关键方法和说明如下图所示，可配合 lambda 表达式，是函数式编程的思想。
  
  
  
  详情见Java基础之Java8中Map的compute的使用

• computeIfAbsent(K key, Function<? super K, ? extends V> mappingFunction): 同 putIfAbsent 一样，如果 key 未映射( value 为 null 也视为未映射)，则尝试使用给定的映射函数计算其值，并将其输入到此映射中（即设置 value ）。

• computeIfPresent(K key, BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> remappingFunction): Present 与 Absent 相反，前者是“存在”的意思，后者是“不在”的意思，顾名思义，该方法是在指定的 key 在 Map 中存在映射时，则尝试计算给定key 及其当前值的新值。

• merge(K key, V value, BiFunction<? super V, ? super V, ? extends V> remappingFunction): merge 其实与 compute 这几个方法的作用是一样的，对 key 映射的 value 值进行变换，只是该方法多提供了一个参数 “V value”，相当于用这个参数的 value 和 key 所对应的 value 结合（merge）起来一起变换；比如想要让 Map 中存储的学生的年龄加“1”，使用 computer 的话，可以在函数里写死参数“1”；使用 merge 的话，可以在调用 merge 方法时把“1”传进去；这时，如果需求变了，年龄不是加“1”，而是加“2”，使用compute 方法的话需要到方法里面改这个“1”(magic num)，而使用 merge 的话只需要在方法调用时改参数，不用改其它代码。