Java基礎之淺談集合

前言

  • 兄弟們，終於更到Java集合了😭。
  • 學完集合我們就可以刷演算法題了😄。
  • 但是目前部落客還沒有這個實力😎。

一、Java集合框架介面

  • Java集合其實就是別人寫好的數據結構，分別為棧、隊列、鏈表、動態擴容數組、哈希表、二叉樹等等
  • 數據結構呢，在這篇文章中不作為重點，我們主要介紹實現了此數據結構的集合。
  • 現在我們開始吧👇(Φ皿Φ)

1.1Collection介面

  • 我想大家也看到上面的圖了，在Java類庫中，集合類的基本介面是Collection介面。

  • Collection介面有三個子介面分別為List、Set

  • Collection介面中有很多的方法，其中有一種利與集合遍歷的方法，就是使用迭代器iterator遍歷。

  • boolean add(E e)確保此集合包含指定的元素

  • boolean addAll(Collection<? extends E> c)將指定集合中所有元素添加到此集合

  • void clear()從此集合中刪除所有元素

  • boolean contains(Object o)如果此集合包含指定集合中的所有元素，則返回true

  • boolean equals(Object o)將指定的對象與此集合進行比較以獲得相等性

  • int hashCode() 返回此集合的哈希碼值

  • boolean isEmpty()如果此集合不包含元素，則返回true

  • Iterator iterator()返回此集合中的元素的迭代器

  • boolean remove(Object o)從該集合中刪除指定元素的單個實例

  • boolean removeAll(Collection<?> c)刪除指定集合中包含的所有此集合的元素

  • boolean retainAll(Collection<?> c)僅保留此集合中包含在指定集合中的元素

  • int size() 返回此集合中的元素數

  • Object[] toArray()返回一個包含此集合中所有元素的數組

  • T[] toArray(T[] a)返回包含此集合中所有元素的數組，返回的數組的運行時類型時指定數組的運行時類型

1.2Iterator迭代器

  • Collection也繼承了Iterable介面，具體操作看如下或者上圖。
  • 我給大家寫一段對於集合使用迭代器遍歷的基本操作。
public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();//首先我們創建一個ArrayList集合
        list.add(1);//向集合中添加元素
        list.add(2);
        list.add(3);
        Iterator<Integer> iter = list.iterator();//調用集合中的迭代器方法
        while(iter.hasNext()) {//判斷集合中是否還有元素
            int it = iter.next();//把集合中的元素取出來，然後跳過當前元素，指向下一個元素
            System.out.println(it);//輸出🤔
        //這就是迭代器使用的基本操作啦！前面講過，在迭代器操作過程中，我們不能在循環里對元素進行操作的o😊
        }
    }
}
  • 我給大家畫一個迭代器移動的圖🎇
  • 這就是我們迭代器移動的原理，其實它使指在了兩個元素中間進行移動的。
for(Integer value:list) {
    System.out.println(value);//當然使用增強for循環，可謂是對我們集合非常的方便簡潔。
}
    Iterator<Integer> iter = list.iterator();
    //我們可以利用lambda表達式。
    //直接調用forEachRemaining方法。(但是並不推薦使用此方法)
    iter.forEachRemaining(value-> System.out.println(list));
  • 對於Iterator介面還有一個remove()方法，見名知意刪除，用法也沒什麼大區別。
  • 具體的Collection方法可以查看API文檔進行學習，在這裡我不一一介紹了。
  • boolean hasNext()如果集合中還有元素，則返回true
  • E next()返回迭代中的下一個元素
  • default void remove()刪除此迭代器返回的當前元素
  • default void forEachRemaining(Consumer<? super E> action)對每個剩餘元素執行給定的操作。

二、List介面✍

2.1List介面的特點

  1. 對於前面的學習我們已經知道了，集合的兩個基本介面為：Collection和Map。
  2. List是一個有序集合，當我們使用List介面的實現類時，元素都是按順序添加進來的，就跟我們的數組一樣。
  3. 同時List集合中可以添加重複的元素，每個元素有自己的下標。
  4. 所以我們可以採用兩種訪問方式：①使用迭代器訪問 ②使用整數索引(數組下標)來訪問----->也稱之為隨機訪問。
  5. ListIterator介面時Iterator的一個子介面，這個介面可以讓我們在使用迭代器遍歷時，對元素進行操作，我們可以對元素進行增刪改查操作。
  6. List介面下面有三個實現類分別為：ArrayList、LinkedList、Vector。

2.2ArrayList

  • ArrayList是用數組實現的，它支援動態擴容機制。當前數組是由默認構造方法生成的空數組並且第一次添加數據。此時minCapacity等於默認的容量（10）那麼根據下面邏輯可以看到最後數組的容量會從0擴容成10。而後的數組擴容才是按照當前容量的1.5倍進行擴容。
    優點：
  1. 根據下標遍曆元素效率高
  2. 根據下標查詢元素效率高
  3. 可以自動擴容
    缺點：
  4. 插入、刪除元素效率低。數組所謂的刪除元素其實都是覆蓋，沒有真正的刪除
  • Collection介面所擁有的方法，ArrayList都有
  • void add(int index , E element)在此列表中的指定位置插入指定的元素
  • Object clone()返回此ArrayList實例的淺拷貝
  • boolean contains(Object o)如果此列表包含指定的元素，則返回true
  • void ensureCapacity(int minCapacity)如果需要，增加此ArrayList實例的容量，以確保它可以至少保存最小容量參數指定的元素
  • void forEach(Consumer<? super E> action)對Iterable的每個元素執行給定的操作，直到所有元素都被處理或者動作引發異常。
  • E get(int index)返回此列表中指定位置的元素
  • int indexOf(Object o)返回此列表中指定元素的第一次出現的索引，如果此列表不包含元素，則返回-1
  • boolean isEmpty()如果此列表不包含元素，則返回true
  • int lastIndexOf(Object o)返回此列表中指定元素的最後一次出現的索引，如果此列表不包含元素，則返回-1
  • ListIterator listIterator()返回列表中的列表迭代器
  • E set(int index , E element)用指定的元素替換此列表中指定位置的元素
  • void sort(Comparator<? super E> c)使用提供的Comparator對此列表進行排序比較元素
  • void trimToSize()修改這個ArrayList實例的容量是列表當前的大小

2.3LinkedList

  • LinkedList是用鏈表來實現的，是一個有序集合。
    優點：插入、刪除效率高
    缺點：查找、修改效率低
  • LinkedList的add()方法是鏈表的尾插法。
  • LinkedList類實現了ListIterator介面，可以在迭代的時候對元素進行操作
public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>();
        list.add(1);
        list.add(2);
        list.add(3);
        list.add(4);
        list.add(5);
        ListIterator<Integer> iterator = list.listIterator();
        Integer next = iterator.next();
        iterator.add(10);//會在迭代器位置前添加元素
        System.out.println(list);
      //輸出結果[1, 10, 2, 3, 4, 5]
    }
}
  • LinkedList常用的方法如下：仍然是Collection有的它也有
  • void addFirst(E e)在該列表開頭插入指定的元素
  • void addLast(E e)將指定的元素追加到此列表的末尾
  • void clear()從列表中刪除所有元素
  • Object clone()返回此LinkedList的淺版本
  • Iterator descendingIterator以相反的順序返回此deque中的元素的迭代器
  • E element()檢索但不刪除此列表的頭(第一個元素)
  • E get(int index)返回此列表中指定位置的元素
  • E getFirst()返回此列表中的第一個元素
  • E getLast()返回此列表中的最後一個元素
  • boolean offer(E e)將指定的元素添加到為此列表的尾部(最後一個元素)
  • boolean offerFirst(E e)在此列表的前面插入指定的元素
  • boolean offerLast(E e)在該列表的末尾插入指定的元素
  • E peek()檢索但不刪除此列表的頭
  • E peekLast()檢索但不刪除此列表的第一個元素
  • E peekLast()檢索但不刪除此列表的最後一個元素
  • E poll()檢索並刪除此列表的頭
  • E pollFirst()檢索並刪除此列表的第一個元素
  • E pollLast()檢索並刪除此列表的最後一個元素
  • E pop()從此列表表示的堆棧中彈出一個元素
  • void push(E e)將元素推送到由此列表表示的堆棧上
  • E set(int index, E element)用指定的元素替換此列表中指定位置的元素

三、Set介面✍

3.1Set介面的特點

  • 首先我們要來了解一下什麼是散列表
  • 可以用來快速查找對象，每個對象都擁有一個自己的散列碼。散列碼是由String類的hashCode方法產生的。如果a.equals(b)為true，則a與b的hashCode必須相等。
  • Java集合中提供的HashSet類的實現就基於散列表的集。
  • 它是無序的插入。
  • 元素不可以重複
  • 無法根據下標進行操作
  • Set介面中的方法和Collection中方法一致的。Set介面取出方式只有一種，迭代器。

3.2HashSet

　　　　|——HashSet：底層數據結構是哈希表，執行緒是不同步的。無序，高效；

　　　　　　　　HashSet集合保證元素唯一性：通過元素的hashCode方法，和equals方法完成的。

　　　　　　　　當元素的hashCode值相同時，才繼續判斷元素的equals是否為true。

　　　　　　　　如果為true，那麼視為相同元素，不存。如果為false，那麼存儲。

　　　　　　　　如果hashCode值不同，那麼不判斷equals，從而提高對象比較的速度。

　　　　　　|——LinkedHashSet：有序，hashset的子類。

　　　　|——TreeSet：對Set集合中的元素的進行指定順序的排序。不同步。TreeSet底層的數據結構就是二叉樹。
　　對於ArrayList集合，判斷元素是否存在，或者刪元素底層依據都是equals方法。

　　對於HashSet集合，判斷元素是否存在，或者刪除元素，底層依據的是hashCode方法和equals方法。

3.3TreeSet

  1. 用於對Set集合進行元素的指定順序排序，排序需要依據元素自身具備的比較性。

  2. 如果元素不具備比較性，在運行時會發生ClassCastException異常。

  3. 所以需要元素實現Comparable介面，強制讓元素具備比較性，複寫compareTo方法。

  4. 依據compareTo方法的返回值，確定元素在TreeSet數據結構中的位置。

  5. TreeSet方法保證元素唯一性的方式：就是參考比較方法的結果是否為0，如果return 0，視為兩個對象重複，不存。

四、Map介面✍

4.1映射

  • 映射用來存放鍵/值對，如果提供了鍵，就能查找到值。
  • Java類庫為映射提供了兩個通用的實現：HaspMap和TreeMap。
  • Map集合：

　　　　|——Hashtable：底層是哈希表數據結構，是執行緒同步的。不可以存儲null鍵，null值。

　　　　|——HashMap：底層是哈希表數據結構，是執行緒不同步的。可以存儲null鍵，null值。替代了Hashtable.

　　　　|——TreeMap：底層是二叉樹結構，可以對map集合中的鍵進行指定順序的排序。

  • Map集合存儲和Collection有著很大不同：

　　　　Collection一次存一個元素；Map一次存一對元素。

　　　　Collection是單列集合；Map是雙列集合。

　　　　Map中的存儲的一對元素：一個是鍵，一個是值，鍵與值之間有對應(映射)關係。

　　　　特點：要保證map集合中鍵的唯一性。

  • 1，添加。

　　　　put(key,value)：當存儲的鍵相同時，新的值會替換老的值，並將老值返回。如果鍵沒有重複，返回null。

　　　　void putAll(Map);

  • 2，刪除。

　　　　void clear()：清空

　　　　value remove(key) ：刪除指定鍵。

  • 3，判斷。

　　　　boolean isEmpty()：

　　　　boolean containsKey(key)：是否包含key

　　　　boolean containsValue(value) ：是否包含value

  • 4，取出。

　　　　int size()：返回長度

　　　　value get(key) ：通過指定鍵獲取對應的值。如果返回null，可以判斷該鍵不存在。當然有特殊情況，就是在hashmap集合中，是可以存儲null鍵null值的。

　　　　Collection values()：獲取map集合中的所有的值。

  • 5，想要獲取map中的所有元素：

　　　　原理：map中是沒有迭代器的，collection具備迭代器，只要將map集合轉成Set集合，可以使用迭代器了。之所以轉成set，是因為map集合具備著鍵的唯一性，其實set集合就來自於map，set集合底層其實用的就是map的方法。

★ 把map集合轉成set的方法：

  • Set keySet();

  • Set entrySet();//取的是鍵和值的映射關係。

  • Entry就是Map介面中的內部介面；

  • 為什麼要定義在map內部呢？entry是訪問鍵值關係的入口，是map的入口，訪問的是map中的鍵值對。

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★取出map集合中所有元素的方式一：keySet()方法。

  • 可以將map集合中的鍵都取出存放到set集合中。對set集合進行迭代。迭代完成，再通過get方法對獲取到的鍵進行值的獲取。
    　　　Set keySet = map.keySet();

　　　　　　Iterator it = keySet.iterator();

　　　　　　while(it.hasNext()) {

　　　　　　　　Object key = it.next();

　　　　　　　　Object value = map.get(key);

　　　　　　　　System.out.println(key+":"+value);

　　　　　　}
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★取出map集合中所有元素的方式二：entrySet()方法。

　　　　　　Set entrySet = map.entrySet();

　　　　　　Iterator it = entrySet.iterator();

　　　　　　while(it.hasNext()) {

　　　　　　　　Map.Entry me = (Map.Entry)it.next();

　　　　　　　　System.out.println(me.getKey()+"::::"+me.getValue());

　　　　　　}

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★使用集合的技巧：

  • 看到Array就是數組結構，有角標，查詢速度很快。

  • 看到link就是鏈表結構：增刪速度快，而且有特有方法。addFirst； addLast； removeFirst()； removeLast()； getFirst()；getLast()；

  • 看到hash就是哈希表，就要想要哈希值，就要想到唯一性，就要想到存入到該結構的中的元素必須覆蓋hashCode，equals方法。

  • 看到tree就是二叉樹，就要想到排序，就想要用到比較。

★比較的兩種方式：

  • 一個是Comparable：覆蓋compareTo方法；

  • 一個是Comparator：覆蓋compare方法。

  • LinkedHashSet，LinkedHashMap:這兩個集合可以保證哈希表有存入順序和取出順序一致，保證哈希表有序。

★集合什麼時候用？

  • 當存儲的是一個元素時，就用Collection。當存儲對象之間存在著映射關係時，就使用Map集合。

　　保證唯一，就用Set。不保證唯一，就用List。

五、結尾

  • 對於Java集合內容就總結這麼多(後面比較水了！)，若想深入學習等待後續更新，基礎部分掌握這些足矣。如果有不足之處，希望大家多多包涵，多多支援。如果有不懂的地方可以直接私信問我，歡迎來訪！
  • 我將會繼續更新關於Java的學習知識，感興趣的小夥伴可以關注一下。
  • 文章寫得比較走心，用了很長時間，絕對不是copy過來的！
  • 尊重每一位學習知識的人，同時也尊重每一位分享知識的人。
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