Java Collection 深入浅出讲解Java集合之Collection接口

威斯布鲁克.猩猩 2021-09-13 我要评论

想了解深入浅出讲解Java集合之Collection接口的相关内容吗，威斯布鲁克.猩猩在本文为您仔细讲解Java Collection的相关知识和一些Code实例，欢迎阅读和指正，我们先划重点：Java,Collection,Java,Collection接口，下面大家一起来学习吧。

一、集合框架的概述

背景：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，可以动态的把多个对象的引用放入容器中。
1.集合、数组都是对多个数据进行存储操作的结构，简称Java容器。
说明:此时的存储，主要指的是内存层面的存储，不涉及到持久化的存储(.txt,.jpg,.avi,数据库中)
2. 数组在存储多个数据方法的特点：
> 一旦初始化以后，其长度就确定了。
> 数组一旦定义好，其元素的类型也就确定了。我们也就只能操作指定类型的数据了。
比如：String[] arr;int[] arr1;Object[] arr2(多态：数组中也可存放子类类型的数据(String等));
3. 数组在存储多个数据方面的缺点：
> 一旦初始化以后，其长度就不可修改。
> 数组中提供的方法非常有限，对于添加、删除、插入数组等操作，非常不便，同时效率不高
> 获取数组中实际元素的个数的需求，数组没有现成的属性或方法可用
> 数组存储数据的特点：有序、可重复。对于无序、不可重复的需求，不能满足

二、集合框架(Java集合可分为Collection 和 Map 两种体系)

A. Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象
a.List接口：存储有序的、可重复的数据。--->"动态"数组
|---ArrayList、LinkedList、Vector
b.Set接口：存储无序的、不可重复的数据 --->高中讲的"集合"
|---HashSet、LinkedHashSet、TreeSet
B. Map接口：双列集合，用来存储一对(key - value)一对的数据 --->高中函数：y = f(x)
|---HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、Hashable、Properties

三、Collection接口中的方法的使用

public void test1(){
        Collection coll = new ArrayList();
        //add(Object e):将元素e添加到集合coll中
        coll.add("AA");
        coll.add("BB");
        coll.add(123);//自动装箱
        coll.add(new Date());
        //size():获取添加的元素的个数
        System.out.println(coll.size());//4
        //addAll(Collection coll1):将coll1集合中的元素添加到当前的集合中
        Collection coll1 = new ArrayList();
        coll1.add(456);
        coll1.add("CC");
        coll.addAll(coll1);
        System.out.println(coll.size());//6
        System.out.println(coll);
        //clear():清空集合元素(对象还在，只是元素没了)
        coll.clear();
        //isEmpty():判断当前集合是否为空
        System.out.println(coll.isEmpty());
    }
 //结论：向Collection接口的实现类的对象中添加数据obj时，要求obj所在类要重写equals().
    public void test2(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry",20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);
        //1.contains(Object obj):判断当前集合中是否包含obj
        //我们在判断时会调用obj对象所在类的equals()
        boolean contains = coll.contains(123);
        System.out.println(contains);
        System.out.println(coll.contains(new String("Tom")));//true
        System.out.println(coll.contains(new Person("Jerry",20)));//false-->ture
        //2.containsAll(Collection coll1):判断形参coll1中的所有元素是否都存在于当前集合中
        Collection coll1 = Arrays.asList(123,456);
        System.out.println(coll.containsAll(coll1));
    }

public void test3(){
        //3.remove(Object obj):从当前集合中移除obj元素
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry",20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);
        coll.remove(1234);
        System.out.println(coll);//[123, 456, Person{name='Jerry', age=20}, Tom, false]
        coll.remove(new Person("Jerry",20));
        System.out.println(coll);//[123, 456, Tom, false]
        //4.removeAll(Collection coll1)://从当前集合中移除coll1中所有的元素
        Collection coll1 = Arrays.asList(123,4567);
        coll.removeAll(coll1);
        System.out.println(coll);//[456, Tom, false]
}
 public void test4(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry",20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);
        //5.retainAll(Collection coll1):获取带那个前集合和coll1集合的交集，并返回给当前集合
//        Collection coll1 = Arrays.asList(123.456,789);
//        coll.retainAll(coll1);
//        System.out.println(coll);
        //6.equals(Object obj):要想返回true,需要当前集合和形参集合的元素都相同
        Collection coll1 = new ArrayList();
        coll1.add(123);
        coll1.add(456);
        coll1.add(new Person("Jerry",20));
        coll1.add(new String("Tom"));
        coll1.add(false);
        System.out.println(coll.equals(coll1));//true
 }
 public void test5(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry",20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);
        //7.hashCode():返回当前对象的哈希值
        System.out.println(coll.hashCode());
        //8.集合 --> 数组：toArray()
        Object[] arr = coll.toArray();
        for(int i = 0;i < arr.length;i++){
            System.out.println(arr[i]);
        }
        //拓展：数组 --> 集合：调用Arrays类的静态方法asList()
        List<String> list = Arrays.asList(new String[]{"AA", "BB", "CC"});
        System.out.println(list);
        List arr1 = Arrays.asList(new int[]{123, 456});
        System.out.println(arr1.size());//1
        List arr2 = Arrays.asList(new Integer[]{123, 456});
        System.out.println(arr2.size());//2
 }

四、集合元素的遍历操作

A. 使用(迭代器)Iterator接口

1.内部的方法：hasNext() 和 next()
2.集合对象每次调用iterator()方法都得到一个全新的迭代器对象，默认游标都在集合的第一个元素之前。
3.内部定义了remove().可以在遍历的时候，删除集合中的元素，此方法不同于集合直接调用 remove()

注意：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NoSuchEiementException异常。

public class IteratorTest {
    @Test
    public void test1(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry",20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);
        Iterator iterator = coll.iterator();
        //方式一：不推荐
//        System.out.println(iterator.next());
//        System.out.println(iterator.next());
//        System.out.println(iterator.next());
//        System.out.println(iterator.next());
//        System.out.println(iterator.next());
        //报异常：NoSuchElementException
//        System.out.println(iterator.next());
        //方式二：不推荐
//        for(int i = 0;i < coll.size();i++){
//            System.out.println(iterator.next());
//        }
        //方式三：推荐
        //hasNext():判断是否还有下一个元素
        while (iterator.hasNext()){
            //next():A 指针下移 B 将下移以后集合位置上的元素返回
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }
    @Test
    public void test2(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry",20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);
        //错误方式一：
//        Iterator iterator = coll.iterator();
//        while((iterator.next()) != null){
//            System.out.println(iterator.next());//456 Tom//跳着输出
//        }//还会报异常：NoSuchElementException
        //错误方式二：
        //集合对象每次调用iterator()方法都得到一个全新的迭代器对象，默认游标都在集合的第一个元素之前。
//        while(coll.iterator().hasNext()){
//            System.out.println(coll.iterator().next());//123死循环
//        }
    }
    //测试Iterator中的remove()
    @Test
    public void test3(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry",20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);
        //删除集合中的"Tom"
        Iterator iterator = coll.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            Object obj = iterator.next();
            if("Tom".equals(obj)){
                iterator.remove();
            }
        }
        //遍历集合
        iterator = coll.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }
}

B. jdk5.0新增foreach循环，用于遍历集合、数组

 @Test//访问Collection
    public void test1(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry",20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);
        //for(集合元素的类型 局部变量：集合对象)
        //内部仍然调用了迭代器
        for(Object obj : coll){
            System.out.println(obj);
        }
    }
    @Test//访问数组
    public void test2(){
        int[] arr = new int[]{1,3,4,5,6};
        //for(数组元素的类型 局部变量：数组对象)
        for(int i : arr){
            System.out.println(i);
        }
    }

一道笔试题

//笔试题
    @Test
    public void test3(){
        String[] arr = new String[]{"MM","MM","MM"};
        //方式一：普通for赋值//输出：GG//拿着数组修改，数组存储在堆中，可修改
//        for(int i = 0;i < arr.length;i++){
//            arr[i] = "GG";
//        }
        //方式二：增强for循环//输出:MM//将数组中的元素一个个赋给字符型变量s，而s存储在常量区，不可被修改
        for(String s : arr){
            s = "GG";
        }
        for(int i = 0;i < arr.length;i++){
            System.out.println(arr[i]);
        }
    }

五、Collection子接口之一：List接口

简介：鉴于Java中数组用来存储数据的局限性，我们通过使用List代替数组

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。

List接口方法

 public void test1(){
        ArrayList list = new ArrayList();
        list.add(123);
        list.add(456);
        list.add("AA");
        list.add(new Person("Jerry",20));
        list.add(456);
        System.out.println(list);//[123, 456, AA, Person{name='Jerry', age=20}, 456]
 
        //void add(int index,Object ele):在index位置插入ele元素
        list.add(1,"BB");
        System.out.println(list);//[123, BB, 456, AA, Person{name='Jerry', age=20}, 456]
 
        //boolean addAll(int index,Collection eles):从index位置上开始将eles中的所有元素添加进来
        List list1 = Arrays.asList(1,2,3);
        list.addAll(list1);
        System.out.println(list.size());//9
 
        //Object get(int index):获取指定index位置的元素
        System.out.println(list.get(0));//123
 }
 public void test2(){
        ArrayList list = new ArrayList();
        list.add(123);
        list.add(456);
        list.add("AA");
        list.add(new Person("Jerry",20));
        list.add(456);
 
        //int indexOf(Object obj):返回obj在集合中首次出现的位置，如果不存在，返回-1
        int index = list.indexOf(4567);
        System.out.println(index);//-1
 
        //int LastIndexOf(Object obj):返回obj在当前集合中末次出现的位置
        System.out.println(list.lastIndexOf(456));//4
 
        //Object remove(int index):移除指定index位置的元素，并返回此元素
        Object obj = list.remove(0);//123
        System.out.println(list);//[456, AA, Person{name='Jerry', age=20}, 456]
 
        //Object set(int index,Object ele):设置指定index位置的元素为ele
        list.set(1,"CC");//[456, CC, Person{name='Jerry', age=20}, 456]
        System.out.println(list);
        //
        //List subList(int formIndex,int toIndex):返回从formIndex到toIndex位置的左闭右开的子集合
        List subList = list.subList(2,4);
        System.out.println(subList);//[Person{name='Jerry', age=20}, 456]
        System.out.println(list);//[456, AA, Person{name='Jerry', age=20}, 456]
 }

遍历List的方式

   public void test3(){
        ArrayList list = new ArrayList();
        list.add(123);
        list.add(456);
        list.add("AA");
        //方式一：Iterator迭代器的方式
        Iterator iterator = list.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
        }
        //方式二：增强for循环
        for(Object obj : list){
            System.out.println(obj);
        }
        //方式三：普通for循环
        for(int i = 0;i < list.size();i++){
            System.out.println(list.get(i));
   }

区分List中remove(int index)和remove(Object obj)

 @Test
    public void test4(){
        ArrayList list = new ArrayList();
        list.add(1);
        list.add(2);
        list.add(3);
        updateList(list);
        System.out.println(list);
    }
    public static void updateList(List list){
        list.remove(2);//[1, 2]//删掉角标为2的元素
        list.remove(new Integer(2));//删掉字符2
    }

面试题:ArrayList、LinkedList、Vector三者的异同？
同：三个类都是实现了List接口，存储数据的特点相同：存储有序的、可重复的数据
不同: |---ArrayList:作为List接口的主要实现类：线程不安全的,效率高;底层使用Object[] elementData存储
|---LinkedList：对于频繁的插入、删除操作,使用此类效率比ArrayList高;底层使用双向链表存储
|---Vector：作为List接口的古老的实现类；线程安全的，效率低；底层使用Object[] elementData存储

ArrayList的源码分析：

JDK 7情况下：

ArrayList list = new ArrayList();//底层创建了长度是10的Object[]数组elementData
list.add(123);//elementData[0] = new Integer(123);
...
List.add(11);//如果此次的添加导致底层elementData数组容量不够，则扩容。
默认情况下，扩容为原来的容量的1.5倍，同时需要将原有的数组中的数据复制到新的数组中。
结论：建议开发中使用带参的构造器：ArrayList list = new ArrayList(int capacity)

JDK 8中ArrayList的变化：

ArrayList list = new ArrayList();//底层Object[] elementData初始化为{}.并没有创建长度为10的数组
list.add(123);//第一次使用add()时，底层才创建了长度为10的数组，并将数据123添加到elementData[0]
后续的添加和扩容操作与JDK 7相同

小结：jdk7中的ArrayList的对象的创建类似于单例的饿汉式,而jdk8中的ArrayList的对象的创建类似于单例的懒汉式，延迟了数组的创建，节省内存

LinkedList的源码分析：

LinkedList list = new LinkedList();内部没有声明数组，而是声明了Node类型的first和last属性，默认值为null
list.add(123);//将123封装到Node中，创建了Node对象。

其中，Node定义为：体现了LinkedList的双向链表的说法

private static class Node<E>{
     E item;
     Node<E> next;//变量记录下一个元素的位置
     Node<E> prev;//变量记录前一个元素的位置
     Node(Node<E> prev,E element,Node<E> next){
        this.item = element;
        this.next = next;
        this.prev = prev;    
     }
}

Vector的源码分析：

jdk7和jdk8中通过Vector()构造器创建对象时，底层都创建了长度为10的数组在扩容方面，默认扩容为原来的数组长度的2倍。

六、Collection子接口之一：Set接口

一、Set接口概述

> 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

> 注意点：

1.Set接口中没有额外定义新的方法，使用的都是Collection中声明过的方法。
2.要求：向Set中添加的数据，其所在的类一定要重写hashCode()和equals()
要求：重写的hashCode()和equals()尽可能保持一致性：相等的对象必须是具有相等的数列码
重写两个方法的小技巧:对象中用作equals()方法比较的Field,都应该用来计算hashCode值

二、set接口的框架：

Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象
> Set接口：存储无序的、不可重复的数据 --->高中讲的"集合"
A.HashSet:作为Set接口的主要实现类：线程不安全的，可以存储null值
B.LinkedHashSet：作为HashSet的子类：遍历其内部数据时，可以按照添加的顺序遍历
对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet
C.TreeSet:可以按照添加对象的指定属性，进行排序

三、Set的三个实现类

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。

public void test1(){
        HashSet set = new HashSet();
        set.add(456);
        set.add(123);
        set.add(123);
        set.add("AA");
        set.add("CC");
        set.add(new User("Tom",12));
        set.add(new User("Tom",12));
        set.add(129);
        Iterator iterator = set.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
//            AA
//            CC
//            129
//            456
//            123
//            User{name='Tom', age=12}
}

Set：存储无序的、不可重复的数据

以HashSet为例说明：
1.无序性：不等于随机性。存储的数据在底层数组中并非按照数组索引的顺序添加，而是根据数据的哈希值决定的
2.不可重复性：保证添加的元素按照equals()判断时，不能返回true.即：相同的元素只添加一个
二、添加元素的过程：以HashSet为例：
我们向HashSet中添加元素a,首先调用元素a所在类的hashCode()方法，计算元素a的哈希值，此哈希值接着通过
某种算法计算出在HashSet底层数组中的存放位置(即为：索引位置)，判断此位置上是否已经有元素：
如果此位置上没有其他元素，则元素a添加成功。--->情况1
如果此位置上有其他元素b(或以链表形式存在的多个元素),则比较元素a与元素b的has值。
如果hash值不相同，则元素a添加成功。---->情况2
如果hash值相同，进而需要调用元素a所在类的equals()方法：
equals()返回true,元素a添加失败
equals()返回false,则元素a添加成功。----情况3
对于添加成功的情况2和情况3而言：元素a与已经存在指定索引位置上数据以链表的方式存储。
JDK 7:元素a放到数组中，指向原来的元素。
LDK 8:原来的元素在数组中，指向元素a
总结:七上八下
HashSet底层：数组 + 链表的结构(前提：JDK 7之前)

LinkedHashSet的使用
linkedHashSet作为HashSet的子类，在添加数据的同时，每个数据还维护了两个引用，记录此数据前一个数据和后一个数据
优点：对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet

public void test2(){
        HashSet set = new LinkedHashSet();
        set.add(456);
        set.add(123);
        set.add(123);
        set.add("AA");
        set.add("CC");
        set.add(new User("Tom",12));
        set.add(new User("Tom",12));
        set.add(129);
        Iterator iterator = set.iterator();
        while(iterator.hasNext()) {
            System.out.println(iterator.next());
        }
}

注意点：

1.向TreeSet中添加的数据，要求是相同类的对象。
2.两种排序方式：自然排序(实现Comparable接口) 和定制排序(Comparator)
3.自然排序中，比较两个对象是否相同的标准为：compareTo()返回0.不再是equals().
定制排序中，比较两个对象是否相同的标准为：compare()返回0.不再是equals().

4.TreeSet和后面要讲的TreeMap采用红黑树的存储结构；特点：有序，查询速度比List快

 public void test1(){
        TreeSet set = new TreeSet();
        //报错：ClassCastException 不能添加不同类的对象
//        set.add(123);
//        set.add(456);
//        set.add("AA");
//        set.add(new User("Tom",12));
        //举例一：
//        set.add(34);
//        set.add(-34);
//        set.add(43);
//        set.add(11);
//        set.add(8);
        //举例二：
        set.add(new User("Tom",12));
        set.add(new User("Jerry",32));
        set.add(new User("Jim",2));
        set.add(new User("Mike",65));
        set.add(new User("Jack",22));
        set.add(new User("Jack",62));
        Iterator iterator = set.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }
    @Test
    public void test2(){
        Comparator com = new Comparator() {
            @Override
            public int compare(Object o1, Object o2) {
                if(o1 instanceof User && o2 instanceof User){
                    User u1 = (User)o1;
                    User u2 = (User)o2;
                    return Integer.compare(u1.getAge(),u2.getAge());
                }else{
                    throw new RuntimeException("输入的类型不匹配");
                }
            }
        };
        TreeSet set = new TreeSet(com);
        set.add(new User("Tom",12));
        set.add(new User("Jerry",32));
        set.add(new User("Jim",22));
        set.add(new User("Mike",65));
        set.add(new User("Jack",22));
        set.add(new User("Jack",62));
        Iterator iterator = set.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }