Java集合类（笔记）

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笔记

一、简介

1. Java标准库自带的java.util包提供了集合类：Collection。它是除Map外所有其他集合类的根接口。
2. Java主要包括以下三种集合：
   • List：一种有序列表的集合。
   • Set：一种保证没有重复元素的集合。
   • Map：一种通过键值（key-value）查找的映射表集合。
3. 存在一些历史遗留类，尽量不要去使用：
   • Hashtable：一种线程安全的Map实现；
   • Vector：一种线程安全的List实现；
   • Stack：基于Vector实现的LIFO的栈。
   • Enumeration<E>：已被Iterator取代。

二、List

1. List类就像数组一样，提供两个实现：

   • ArrayList（数组实现）
   • LinkedList（链表实现）

2. 具体区别：

   

3. LinkedList 即实现了 List 接口，又实现了 Queue 接口。

4. of()方法：jdk9之后才开始存在。

   List.of(1, 2, "1", true);
   

5. 我们应当坚持使用迭代器==iterator或者forEach==循环遍历 List，因为它俩总能根据不同的类型提供最快的遍历速度。

6. Iterator对象有两个方法：

   • boolean hasNext()判断是否有下一个元素
   • E next()返回下一个元素

7. 数组与 List 之间的相互转换：

   • 数组转 List （两种方法）：

   Integer[] num={ 
        1,2,3};
   
   // 1. asList()
   List<Integer> list = Arrays.asList(num);
   // 2. of()
   List<Integer> list = List.of(num);
   

   • List 转数组：

   List<Integer> list = List.of(1,2,3);
   // toArray()的参数标识：类型 + 大小
   Integer[]     array = list.toArray(new Integer[list.size()]);
   

三、Map

1. Map 跟 List一样，只是一个接口，最常用的实现类是 HashMap。

2. HashMap不保证数据存储的顺序，TreeMap保证。

3. 如果 key 不存在，将返回 null。

4. 简单遍历 Map

   • ==keySet()==遍历：

   Map<Integer,String > maps=new HashMap<>();
   maps.put(1,"a");maps.put(2,"b");maps.put(3,"c");
   
   for (Integer key:maps.keySet()){ 
        
       String value = maps.get(key);
       System.out.println(value);
   }
   

   • ==entrySet()==遍历

   Map<Integer,String > maps=new HashMap<>();
   maps.put(1,"a");maps.put(2,"b");maps.put(3,"c");
   
   for (Map.Entry<Integer, String > map : maps.entrySet()){ 
        
       System.out.println(map.getKey()+map.getValue());
   }
   

5. HashMap原理

   • 内部使用数组，数组长度总是 2ⁿ（初始大小为16。创建时可以手动指定，以免频繁扩容，但是当指定为1000时，容量并不是真正的1000，而是2¹⁰ = 1024 ），通过计算 key 的 hashCode( ) 直接定位 value 所在的索引。
   • 空间换时间
   • 如果key的值为”a”，计算得到的索引总是1，因此返回value为Person(“Xiao Ming”)，这样就不必遍历整个数组，即可直接读取key对应的value。（内部的一套指定算法）

   

6. EnumMap：一种基于枚举类的 Map。

7. TreeMap

   • 基于接口SortedMap，不使用equals()和hashCode()（因为有序无需此）。
   • 有序，会在内部对Key进行排序。（放入的Key必须实现 Comparable 接口，如果作为Key的class没有实现Comparable接口，那么必须在创建TreeMap时同时指定一个自定义排序算法）

   Map<Person, Integer> map = new TreeMap<>(new Comparator<Person>() { 
        
               public int compare(Person p1, Person p2) { 
        
                   return p1.name.compareTo(p2.name);
               }
   });
   

8. Properties

   • 一种特殊的 Map ，主要用来读写配置文件。
   • 内部本质上是一个Hashtable，它的设计实际上存在问题，但是为了保持兼容性，现在已经无法更改。

   last_open_file     =    /data/hello.txt
   auto_save_interval =    60
   

   • 读取步骤
     1. 创建实例；
     2. 调用load()读取文件；
     3. 调用getProperty()获取配置。

   String f = "setting.properties";
   Properties props = new Properties();
   // load()默认总是以ASCII编码读取字节流，所以会导致读到乱码
   props.load(new FileReader("settings.properties", StandardCharsets.UTF_8));
   
   String filepath = props.getProperty("last_open_file");
   String interval = props.getProperty("auto_save_interval", "120");
   

   • 写入步骤

   Properties props = new Properties();
   
   props.setProperty("url", "http://www.liaoxuefeng.com");
   props.setProperty("language", "Java");
   
   props.store(new FileOutputStream("./setting.properties"), "这是写入的注释");
   

四、Set

1. Set只是接口，具体实现有hashSet、TreeSet（前者不保证顺序）。

2. Set用于存储不重复的元素集合，实际上相当于只存储key、不存储value的Map

3. HashSet仅仅是对HashMap的一个简单封装。

4. LinkedHashSet 继承自 HashSet ，具有 HashSet 的优点，内部使用链表维护了元素插入顺序。

   

五、Queue

1. Queue只是一个接口，具体的实现有PriorityQueue、Deque、Stack。

2. Queue接口定义了几个方法，分别为：

   • int size()：获取队列长度
   • add() 或 offer()：添加元素到队列：
   • remove() / poll()：获取队首元素并删除
   • element() / peek() ：获取队首元素但不删除

   （注意到三次存在两种方法，不同之处在于）

   	throw Exception	返回false或null
   添加元素到队尾	add(E e)	boolean offer(E e)
   取队首元素并删除	E remove()	E poll()
   取队首元素但不删除	E element()	E peek()

   使用 remove()之类的操作需要编写 try语句，而 poll()则需要编写if语句。

3. PriorityQueue

   • 对PriorityQueue类每次调用remove()或者poll()方法总是返回优先级最高的元素。
   • 放入PriorityQueue的元素，必须实现Comparable接口。例如我们存放String类型的元素，不管当初我是怎么放进去的，到最后弹出的时候只按照Comparable中定义的规则（这里是字母表的顺序）输出。(这点需要十分的重要)
   • 如果不实现Comparable接口，则要编写Comparator（比较器）。

   PriorityQueue<String> queue = new PriorityQueue<>();
   queue.offer("C");
   queue.offer("B");
   queue.offer("A");
   System.out.print(queue.poll() + queue.poll() + queue.poll());
   
   // 输出：ABC
   

4. Deque

   • Deque也是一个接口，并不能直接使用。
   • 相应的实现类有==ArrayDeque和LinkedList==。
   • Deque是双端队列，允许两头都进，两头都出（Queue只允许单头进出）。
   • 没有优先队列的优先级概念。
   • 实际上扩展自Queu，但是使用Deque最好不要调用offer()，而是调用offerLast()。

   

5. LinkedList全能选手，既可以作链表List，也可以作Queue、Deque、Stack。

6. Stack

   • 栈只有入栈和出栈两种操作。
     • 压栈：push(E)；
     • 出栈 + 删除：pop()；
     • 出栈 + 不删除：peek()。
   • 栈有容量限制，超出将触发StackOverflowError（栈溢出）异常。
   • 栈可以用来进行进制之间的转换。
   • 计算机在执行表达式的时候，并不是直接计算中缀表达式（例如 1 + 2 +3），而是把中缀表达式转为后缀表达式之后才开始计算（例如：123++），用到了栈。

六、Iterator

1. Java的集合类都可以使用for each循环。

2. List、Set和Queue会迭代每个元素，Map会迭代每个key。

3. forEach循环和iterator是同源的：

   • 编译前

   List<String> list = List.of("Apple", "Orange", "Pear");
   for (String s : list) { 
        
       System.out.println(s);
   }
   

   • 编译后

   List<String> list = List.of("Apple", "Orange", "Pear");
   for (Iterator<String> it = list.iterator(); it.hasNext(); ) { 
        
        String s = it.next();
        System.out.println(s);
   }
   

4. 自定义iterator迭代器

   // 总是倒序输出
   class ReverseIterator implements Iterator<T> { 
        
           int index;
   
           ReverseIterator(int index) { 
        
               this.index = index;
           }
   
           @Override
           public boolean hasNext() { 
        
               return index > 0;
           }
   
           @Override
           public T next() { 
        
               index--;
               return ReverseList.this.list.get(index);
           }
       }
   

七、Collections

1. 注意是Collections，而不是Collection。

2. JDK提供的工具类

3. 常用方法

   • 排序：Collections.sort(list);

   • 洗牌：Collections.shuffle(list);

   • 封装成不可变集合：Collections.unmodifiableList/Map/Set(mutable);

     但是，继续对原始的可变List进行增删是可以的，并且，会直接影响到封装后的“不可变”List。所以在转换过后，我们最好立刻扔掉原始的List引用（赋值为 null ）。