Java高級特性之集合
Java集合框架
一、Java集合框架概述
1、數組與集合的區別：
1）數組長度不可變化而且無法保存具有映射關係的數據；集合類用於保存數量不確定的數據，以及保存具有映射關係的數據。
2）數組元素既可以是基本類型的值，也可以是對象；集合只能保存對象。
2、Java集合類主要由兩個根介面Collection和Map派生出來的，Collection派生出了三個子介面：List、Set、Queue（Java5新增的隊列），因此Java集合大致也可分成List（有序、可重複集合、可直接根據元素的索引來訪問）、Set（無序、不可重複集合、只能根據元素本身來訪問）、Queue（隊列集合）、Map（存儲key-value對的集合，可根據元素的key來訪問value）這四種。
二、Java集合常見介面及實現類
1、Collection介面常見方法
2、List集合
實現List介面的集合主要有：ArrayList、LinkedList、Vector、Stack。
它們都可以容納所有類型的對象，包括 null，允許重複，並且都保證元素的存儲順序。（可重複，有順序）
1）ArrayList
ArrayList 對數組進行了封裝，實現了長度可變的數組（動態數組），和數組採用相同存儲方式，在記憶體中分配連續的空間，它的優點在於遍曆元素和隨即訪問元素的效率比較高。
ArrayList特點：執行緒不安全，查詢速度快；底層數據結構是數組結構；擴容增量：原容量的 1.5倍， 如 ArrayList的容量為10，一次擴容後是容量為15。
2）LinkedList
LinkedList是List介面的另一個實現，除了可以根據索引訪問集合元素外，LinkedList還實現了Deque介面，可以當作雙端隊列來使用，也就是說，既可以當作「棧」使用，又可以當作隊列使用。
LinkedList 採用鏈表存儲方式，優點在於插入、刪除元素時效率比較高，它提供了額外的 addFirst()、addLast()、removeFirst()和 removeLast()等方法，可以在LinkedList 的首部或尾部進行插入或者刪除操作。
3)Vector
與ArrayList相似，但是Vector是同步的。所以說Vector是執行緒安全的動態數組。它的操作與ArrayList幾乎一樣。
3、Set集合
實現Set集合的介面主要有：HashSet、TreeSet、LinkedHashSet；
Set集合與Collection的方法相同，由於Set集合不允許存儲相同的元素，所以如果把兩個相同元素添加到同一個Set集合，則添加操作失敗，新元素不會被加入，add()方法返回false。（無序、不重複）
1）HashSet
HashSet是按照hash演算法來存儲元素的，因此具有很好的存取和查找性能。
HashSet存儲原理如下：
當向HashSet集合存儲一個元素時，HashSet會調用該對象的hashCode()方法得到其hashCode值，然後根據hashCode值決定該對象的存儲位置。HashSet集合判斷兩個元素相等的標準是(1)兩個對象通過equals()方法比較返回true；(2)兩個對象的hashCode()方法返回值相等。因此，如果(1)和(2)有一個不滿足條件，則認為這兩個對象不相等，可以添加成功。如果兩個對象的hashCode()方法返回值相等，但是兩個對象通過equals()方法比較返回false，HashSet會以鏈式結構將兩個對象保存在同一位置，這將導致性能下降，因此在編碼時應避免出現這種情況。
HashSet查找原理如下：
基於HashSet以上的存儲原理，在查找元素時，HashSet先計算元素的HashCode值（也就是調用對象的hashCode方法的返回值），然後直接到hashCode值對應的位置去取出元素即可，這就是HashSet速度很快的原因。
HashSet特點：
不能保證元素的順序；集合元素值可以是null；執行緒不安全，存取速度快；底層實現是一個HashMap（保存數據），實現Set介面；默認初始容量為16；載入因子為0.75：即當 元素個數 超過 容量長度的0.75倍 時，進行擴容；擴容增量：原容量的 1 倍；如 HashSet的容量為16，一次擴容後是容量為32。
2）LinkedHashSet
LinkedHashSet是HashSet的一個子類，具有HashSet的特性，也是根據元素的hashCode值來決定元素的存儲位置。但它使用鏈表維護元素的次序，元素的順序與添加順序一致。由於LinkedHashSet需要維護元素的插入順序，因此性能略低於HashSet，但在迭代訪問Set里的全部元素時由很好的性能。
3)TreeSet
TreeSet可以保證元素處於排序狀態，它採用紅黑樹的數據結構來存儲集合元素。TreeSet支援兩種排序方法：自然排序和訂製排序，默認採用自然排序。
♦ 自然排序
TreeSet會調用集合元素的compareTo(Object obj)方法來比較元素的大小關係，然後將元素按照升序排列，這就是自然排序。如果試圖將一個對象添加到TreeSet集合中，則該對象必須實現Comparable介面，否則會拋出異常。當一個對象調用方法與另一個對象比較時，例如obj1.compareTo(obj2)，如果該方法返回0，則兩個對象相等；如果返回一個正數，則obj1大於obj2；如果返回一個負數，則obj1小於obj2。
♦ 訂製排序
想要實現訂製排序，需要在創建TreeSet集合對象時，提供一個Comparator對象與該TreeSet集合關聯，由Comparator對象負責集合元素的排序邏輯。
綜上：自然排序實現的是Comparable介面，訂製排序實現的是Comparator介面。
4、Map集合
Map介面採用鍵值對Map<K,V>的存儲方式，保存具有映射關係的數據，因此，Map集合里保存兩組值，一組值用於保存Map里的key，另外一組值用於保存Map里的value，key和value可以是任意引用類型的數據。key值不允許重複，可以為null。如果添加key-value對時Map中已經有重複的key，則新添加的value會覆蓋該key原來對應的value。
常用實現類主要有HashMap、LinkedHashMap、TreeMap。
1）HashMap
對於HashMap而言，key是唯一的，不可以重複的。所以，以相同的key 把不同的value插入到 Map中會導致舊元素被覆蓋，只留下最後插入的元素。不過，同一個對象可以作為值插入到map中，只要對應的key不一樣 。
HashMap由數組+鏈表組成的，數組是HashMap的主體，鏈表則是主要為了解決哈希衝突而存在的。
HashMap工作原理如下：
HashMap基於hashing原理，通過put()和get()方法存儲和獲取對象。當我們將鍵值對傳遞給put()方法時，它調用建對象的hashCode()方法來計算hashCode值，然後找到bucket位置來儲存值對象。當獲取對象時，通過建對象的equals()方法找到正確的鍵值對，然後返回對象。HashMap使用鏈表來解決碰撞問題，當發生碰撞了，對象將會存儲在鏈表的下一個節點中。
HashMap特點：
- Map提供了一種映射關係，元素是以鍵值對（key-value）的形式存儲的，能根據key快速查找value；
- Map中的鍵值對以Entry類型的對象實例形式存在；
- key值不能重複，value值可以重複；
- key對value是多（一）對一的關係；
- Map介面提供了返回key值集合、value值集合、Entry值集合，的方法；
- Map支援泛型，形式如：Map<K,V>；
- 默認初始容量為16；
- 載入因子為0.75：即當 元素個數 超過 容量長度的0.75倍 時，進行擴容；
- 擴容增量：原容量的 1 倍。
2）LinkedHashMap
LinkedHashMap使用雙向鏈表來維護key-value對的次序（其實只需要考慮key的次序即可），該鏈表負責維護Map的迭代順序，與插入順序一致，因此性能比HashMap低，但在迭代訪問Map里的全部元素時有較好的性能。
大多數情況下，只要不涉及執行緒安全問題，Map基本都可以使用HashMap，不過HashMap有一個問題，是迭代HashMap的順序並不是HashMap放置的順序，也就是無序。HashMap的這一缺點往往會帶來困擾，因為有些場景，我們期待一個有序的Map。這個時候，LinkedHashMap就閃亮登場了，它雖然增加了時間和空間上的開銷，但是通過維護一個運行於所有條目的雙向鏈表，LinkedHashMap保證了元素迭代的順序。該迭代順序可以是插入順序或者是訪問順序。
LinkedHashMap可以認為是HashMap+LinkedList，即它既使用HashMap操作數據結構，又使用LinkedList維護插入元素的先後順序。
LinkedHashMap的基本實現思想就是—-多態。
3)TreeMap
TreeMap是SortedMap的實現類，是一個紅黑樹的數據結構，每個key-value對作為紅黑樹的一個節點。TreeMap存儲key-value對時，需要根據key對節點進行排序。TreeMap也有兩種排序方式：
♦ 自然排序：TreeMap的所有key必須實現Comparable介面，而且所有的key應該是同一個類的對象，否則會拋出ClassCastException。
♦ 訂製排序：創建TreeMap時，傳入一個Comparator對象，該對象負責對TreeMap中的所有key進行排序。
TreeMap特點:
·TreeMap是非執行緒安全的；
·TreeMap是用鍵來進行升序順序來排序的。通過Comparable 或 Comparator來排序；
·和HashMap一樣，如果插入重複的元素，後面的元素會覆蓋前面的；
·鍵不可以為null（如果比較器對null做了處理，就可以為null）,但是值可以為null。
5、遍歷
第一種：for循環遍歷
1 for (int i = 0; i < heros.size(); i++) { 2 Hero h = heros.get(i); 3 System.out.println(h); 4 }
第二種：迭代器遍歷
1 System.out.println("--------使用while的iterator-------"); 2 Iterator<Hero> it= heros.iterator(); 3 //從最開始的位置判斷"下一個"位置是否有數據 4 //如果有就通過next取出來，並且把指針向下移動 5 //直到"下一個"位置沒有數據 6 while(it.hasNext()){ 7 Hero h = it.next(); 8 System.out.println(h); 9 } 10 //迭代器的for寫法 11 System.out.println("--------使用for的iterator-------"); 12 for (Iterator<Hero> iterator = heros.iterator(); iterator.hasNext();) { 13 Hero hero = (Hero) iterator.next(); 14 System.out.println(hero); 15 }
第三種：增強for循環
1 System.out.println("--------增強型for循環-------"); 2 for (Hero h : heros) { 3 System.out.println(h); 4 }
