包子学系列——Java基础第十一章_Java集合

想用包子换论文 2020-11-07 20:19:16
java 基础 系列 包子 学系


第十一章 Java集合

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数组与集合

集合与数组存储数据概述

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)

数组存储的特点

  • 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

数组存储的弊端

  1. 一旦初始化以后,其长度就不可修改。
  2. 数组中提供的方法非常限,对于添加、删除、插入数据等操作,非常不便,同时效率不高。
  3. 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
  4. 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。

集合存储的优点

解决数组存储数据方面的弊端。

Collection接口

单列集合框架结构

image-20201107171007934.png

Collection接口常用方法

add(Object obj),addAll(Collection coll),size(),isEmpty(),clear();
contains(Object obj),containsAll(Collection coll),remove(Object obj),removeAll(Collection coll),retainsAll(Collection coll),equals(Object obj);
hasCode(),toArray(),iterator();

Collection集合与数组间的转换

//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(T ... t)
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

使用Collection集合存储对象,要求对象所属的类满足

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().

Iterator接口和foreach接口

遍历Collection的两种方式

① 使用迭代器Iterator ② foreach循环(或增强for循环)

java.utils包下定义的迭代器接口:Iterator

  • Iterator对象称为迭代器(设计模式的一种),主要用于遍历 Collection 集合中的元素。
  • GOF给迭代器模式的定义为:提供一种方法访问一个容器(container)对象中各个元素,而又不需暴露该对象的内部细节。迭代器模式,就是为容器而生。

作用:遍历集合Collectiton元素

Iterator iterator = coll.iterator();
//hasNext():判断是否还下一个元素
while(iterator.hasNext()){
//next():①指针下移 ②将下移以后集合位置上的元素返回
System.out.println(iterator.next());
}

图书说明

image-20201107171535449.png

remove()的使用

//测试Iterator中的remove()
//如果还未调用next()或在上一次调用 next 方法之后已经调用了 remove 方法,再调用remove都会报IllegalStateException。
//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()
@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"Tom"
Iterator iterator = coll.iterator();
while (iterator.hasNext()){
// iterator.remove();
Object obj = iterator.next();
if("Tom".equals(obj)){
iterator.remove();
// iterator.remove();
}
}
//遍历集合
iterator = coll.iterator();
while (iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}
}

jdk5.0新特性--增强for循环:(foreach循环)

@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);
//for(集合元素的类型 局部变量 : 集合对象)
for(Object obj : coll){
System.out.println(obj);
}
}
说明:
内部仍然调用了迭代器。
遍历数组举例:
@Test
public void test2(){
int[] arr = new int[]{1,2,3,4,5,6};
//for(数组元素的类型 局部变量 : 数组对象)
for(int i : arr){
System.out.println(i);
}
}

Collection子接口:List接口

存储的数据特点:存储序的、可重复的数据。

常用方法

增:add(Object obj)
删:remove(int index) / remove(Object obj)
改:set(int index, Object ele)
查:get(int index)
插:add(int index, Object ele)
长度:size()
遍历:① Iterator迭代器方式
② 增强for循环
③ 普通的循环

常用实现类

|----Collection接口:单列集合,用来存储一个一个的对象
* |----List接口:存储序的、可重复的数据。 -->“动态”数组,替换原的数组
* |----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接口的古老实现类;线程安全的,效率低;底层使用Object[] elementData存储
  • ArrayList是最常用的,但是线程不安

一些源码分析

ArrayList的源码分析

//jdk 7
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{}.并没创建长度为10的数组
list.add(123);//第一次调用add()时,底层才创建了长度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 无异。
//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;
Node<E> prev;
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。

存储的元素的要求

添加的对象,所在的类要重写equals()方法

* 面试题:ArrayList、LinkedList、Vector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:存储序的、可重复的数据
* 不同:见上(第3部分+第4部分)

Collection子接口:Set接口

存储的数据特点:无序的、不可重复的元素

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:保证添加的元素照equals()判断时,不能返回true.即:相同的元素只能添加一个。

元素添加过程:(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
数组此位置上是否已经元素:
如果此位置上没其他元素,则元素a添加成功。 --->情况1
如果此位置上其他元素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hash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2
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。
jdk 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:jdk7)

常用方法

Set接口中没额外定义新的方法,使用的都是Collection中声明过的方法。

常用实现类

|----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”
* |----HashSet:作为Set接口的主要实现类;线程不安全的;可以存储null值
* |----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
* 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。 对于频繁的遍历操作,LinkedHashSet效率高于HashSet.
* |----TreeSet:可以照添加对象的指定属性,进行排序。
  • HashSet用的最多

存储对象所在类的要求

HashSet/LinkedHashSet:

要求:向Set(主要指:HashSet、LinkedHashSet)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:相等的对象必须具有相等的散列码
* 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。

TreeSet:

  1. 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().
  2. 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().

TreeSet的使用

  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)
@Test
public void test1(){
TreeSet set = new TreeSet();
//失败: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",33));
set.add(new User("Jack",56));
Iterator iterator = set.iterator();
while(iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}
}
 @Test
public void test2(){
Comparator com = new Comparator() {
//照年龄从小到大排列
@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("输入的数据类型不匹配");
}
}
};
TreeSet set = new TreeSet(com);
set.add(new User("Tom",12));
set.add(new User("Jerry",32));
set.add(new User("Jim",2));
set.add(new User("Mike",65));
set.add(new User("Mary",33));
set.add(new User("Jack",33));
set.add(new User("Jack",56));
Iterator iterator = set.iterator();
while(iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}
}

Map接口

常用实现类结构

|----Map:双列数据,存储key-value对的数据 ---类似于高中的函数:y = f(x)
* |----HashMap:作为Map的主要实现类;线程不安全的,效率高;存储null的key和value
* |----LinkedHashMap:保证在遍历map元素时,可以照添加的顺序实现遍历。
* 原因:在原的HashMap底层结构基础上,添加了一对指针,指向前一个和后一个元素。
* 对于频繁的遍历操作,此类执行效率高于HashMap。
* |----TreeMap:保证照添加的key-value对进行排序,实现排序遍历。此时考虑key的自然排序或定制排序
* 底层使用红黑树
* |----Hashtable:作为古老的实现类;线程安全的,效率低;不能存储null的key和value
* |----Properties:常用来处理配置文件。key和value都是String类型
*
*
* HashMap的底层:数组+链表 (jdk7及之前)
* 数组+链表+红黑树 (jdk 8)

存储结构的理解

>Map中的key:无序的、不可重复的,使用Set存储所的key ---> key所在的类要重写equals()和hashCode() (以HashMap为例)
>Map中的value:无序的、可重复的,使用Collection存储所的value --->value所在的类要重写equals()
> 一个键值对:key-value构成了一个Entry对象。
>Map中的entry:无序的、不可重复的,使用Set存储所的entry

image-20201107173409360.png

常用方法

* 添加:put(Object key,Object value)
* 删除:remove(Object key)
* 修改:put(Object key,Object value)
* 查询:get(Object key)
* 长度:size()
* 遍历:keySet() / values() / entrySet()

内存结构说明

HashMap在jdk7中实现原理

HashMap map = new HashMap():
* 在实例化以后,底层创建了长度是16的一维数组Entry[] table。
* ...可能已经执行过多次put...
* map.put(key1,value1):
* 首先,调用key1所在类的hashCode()计算key1哈希值,此哈希值经过某种算法计算以后,得到在Entry数组中的存放位置。
* 如果此位置上的数据为空,此时的key1-value1添加成功。 ----情况1
* 如果此位置上的数据不为空,(意味着此位置上存在一个或多个数据(以链表形式存在)),比较key1和已经存在的一个或多个数据的哈希值:
* 如果key1的哈希值与已经存在的数据的哈希值都不相同,此时key1-value1添加成功。----情况2
* 如果key1的哈希值和已经存在的某一个数据(key2-value2)的哈希值相同,继续比较:调用key1所在类的equals(key2)方法,比较:
* 如果equals()返回false:此时key1-value1添加成功。----情况3
* 如果equals()返回true:使用value1替换value2。
*
* 补充:关于情况2和情况3:此时key1-value1和原来的数据以链表的方式存储。
*
* 在不断的添加过程中,会涉及到扩容问题,当超出临界值(且要存放的位置非空)时,扩容。默认的扩容方式:扩容为原来容量的2倍,并将原的数据复制过来。

HashMap在jdk8中相较于jdk7在底层实现方面的不同

1. new HashMap():底层没创建一个长度为16的数组
2. jdk 8底层的数组是:Node[],而非Entry[]
3. 首次调用put()方法时,底层创建长度为16的数组
4. jdk7底层结构只:数组+链表。jdk8中底层结构:数组+链表+红黑树。
4.1 形成链表时,七上八下(jdk7:新的元素指向旧的元素。jdk8:旧的元素指向新的元素)
4.2 当数组的某一个索引位置上的元素以链表形式存在的数据个数 > 8 且当前数组的长度 > 64时,此时此索引位置上的所数据改为使用红黑树存储。

TreeMap的使用

  • 向TreeMap中添加key-value,要求key必须是由同一个类创建的对象
  • 因为要照key进行排序:自然排序 、定制排序

使用Properties读取配置文件

//Properties:常用来处理配置文件。key和value都是String类型
public static void main(String[] args) {
FileInputStream fis = null;
try {
Properties pros = new Properties();
fis = new FileInputStream("jdbc.properties");
pros.load(fis);//加载流对应的文件
String name = pros.getProperty("name");
String password = pros.getProperty("password");
System.out.println("name = " + name + ", password = " + password);
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if(fis != null){
try {
fis.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

Collections工具类

常用方法

reverse(List):反转 List 中元素的顺序
shuffle(List):对 List 集合元素进行随机排序
sort(List):根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素升序排序
sort(List,Comparator):根据指定的 Comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序
swap(List,int, int):将指定 list 集合中的 i 处元素和 j 处元素进行交换
Object max(Collection):根据元素的自然顺序,返回给定集合中的最大元素
Object max(Collection,Comparator):根据 Comparator 指定的顺序,返回给定集合中的最大元素
Object min(Collection)
Object min(Collection,Comparator)
int frequency(Collection,Object):返回指定集合中指定元素的出现次数
void copy(List dest,List src):将src中的内容复制到dest中
boolean replaceAll(List list,Object oldVal,Object newVal):使用新值替换 List 对象的所旧值

说明:ArrayList和HashMap都是线程不安全的,如果程序要求线程安全,我们可以将ArrayList、HashMap转换为线程的。使用synchronizedList(List list) 和 synchronizedMap(Map map)

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