Java集合

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1. 集合简介

Java集合大致可分为Set、List、Queue和Map
用于存储数量不等的对象

Java集合继承体系

2. 集合详解

2.1 Collection接口

方法名	作用
`boolean add(Object o)`	向集合中添加元素
`boolean addAll(Collection c)`	向集合中添加元素
`void clear()`	清除所有元素
`boolean contains(Object o)`	是否包含指定元素
`boolean containsAll(Collection c)`	是否包含c里面的所有元素
`boolean remove(Object o)`	移除指定元素
`Iterator iterator()`	返回一个迭代对象
`int size()`	集合元素的个数
`Object[] toArray()`	转化成一个数组
`removeIf(Predicate)`	转化成一个数组

Predicate的用法

ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("一本书");
        list.add("123");
        list.add("1455555555");
        System.out.println(calAll(list,el -> ((String)el).length()>3));

public static int calAll(Collection books, Predicate predicate){
        int total = 0;
        for(Object o: books){
            if(predicate.test(o)){
                total += 1;
            }
        }
        return total;
    }

2.2 Iterator接口

方法名	作用
`forEach()`	遍历集合
`hasNext()`	被迭代的元素是否还没被迭代完
`next()`	被迭代的下一个元素
`remove()`	删除集合里上一次next方法返回的元素
`forEachRemaining()`	删除集合里上一次next方法返回的元素

ArrayList a = new ArrayList();
a.add("123");
a.add("12345");
a.forEach(obj ->{
      System.out.println(obj);
});

2.3 Set集合

与Collection基本相同
区别：Set不允许有重复的元素

2.3.1 HashSet类

不能保证元素的排列顺序，有可能发生变化
不是同步的，如果多个线程同时访问一个HashSet，则必须保证其同步
集合元素值可以是null
两个对象相等的条件是equals方法和hashCode方法返回值相同

2.3.2 LinkedHashSet类

HashSet子类，也是根据元素的hashCode值来决定元素的存储位置
用链表维护元素的次序，访问顺序和插入顺序一致
需要维护次序，所以性能略低于HashSet

2.3.3 TreeSet类

SortedSet接口的实现类，可以保证集合元素处于排序状态
认定两个元素相同的条件是compareTo返回0
额外方法

方法名	作用
`first()`	集合第一个元素
`last()`	集合最后一个元素
`lower(Object o)`	指定元素之前的元素，o不需要是TreeSet之中的
`higher(Object o)`	指定元素之后的元素，o不需要是TreeSet之中的
`subSet(fromElement，toElement)`	Set的子集合

支持两种排序方法：自然排序和定制排序

1. 自然排序：
- Java提供了一个Comparable接口，定义了一个compareTo方法，来表示二者是否相等
- 被加入的元素必须已经实现了Comparable接口，否则会抛出异常
- 向TreeSet中加入的应该是同一种类型的对象
2. 定制排序：
- 使用lambda表达式来定制TreeSet的排序规则

        String str1 = "123";
        String str2 = "1234";
        TreeSet ts = new TreeSet((o1,o2)->{
            return ((String)o1).length() == ((String)o2).length()? 0:-1;
        });
        ts.add(str1);
        ts.add(str2);
        System.out.println(ts);

2.3.4 EnumSet类

专门为枚举类设计的集合类，所有的元素必须是指定枚举类型的枚举值
内部以位向量的形式储存，所以非常高效，紧凑，占用内存小，运行效率高
不允许加入null元素
没有构造器，需要通过类方法来创建

方法名	作用
`allOf(Class elementType)`	创建一个包含指定枚举类所有枚举值的EnumSet集合
`complementOf(EnumSet)`	EnumSet剩下的枚举类中有的
`copyOf(Collection c)`	用Collection创建EnumSet
`noneOf(Class elementType)`	创建一个空的EnumSet，集合元素是elementType类型

2.3.5 Set性能比较

HashSet总体性能比TreeSet好
LinkedHashSet在增删改操作上比HashSet慢，但遍历操作块
EnumSet性能最好，但只能保存同一个枚举类的枚举值

2.4 List集合

List集合代表一个元素有序，可重复的集合，每一个元素都有索引
默认按照添加的顺序设置元素的索引
equals返回true则两个对象相等

List接口新方法

方法名	作用
`add(int index, Object element)`	指定位置插入指定元素
`addAll(int index, Collection element)`	指定位置插入指定元素集合
`get(int index)`	index索引处的元素
`indexOf(Object o)`	对象o在List集合中第一次出现的位置
`lastIndexOf(Object o)`	对象o在List集合中最后一次出现的位置
`remove(int index)`	删除并返回index索引处的元素
`sort(Comparator c)`	排序

ListIterator新方法

方法名	作用
`hasPrevious`	是否有前项
`previous`	返回迭代器上一个元素
`add`	往迭代器加入一个元素

2.4.1 ArrayList

基于数组实现的List类，封装了一个动态的、允许再分配的Object[]数组
List的主要实现类
线程不安全的，当多个线程访问同一个ArrayList集合时，需要手动保证集合的同步性

2.5 Queue集合

用于模拟队列，“先进先出”
Queue接口方法

方法名	作用
`void add`	将元素放入队列的尾部
`boolean offer`	将元素放入队列的尾部
`element()`	获取队列头部的元素，但是不删除该元素
`Object peek()`	获取队列头部的元素，但是不删除该元素。如果此队列为空，则返回null
`Object poll()`	获取队列头部的元素，删除该元素。如果此队列为空，则返回null
`Object remove()`	获取队列头部的元素，删除该元素

Deque接口

方法名	作用
`void addFirst(Object o)`	将元素放入双端队列的开头
`void addLast(Object o)`	将元素放入双端队列的末尾
`Object peekFirst()`	获取队列头部的元素，但是不删除该元素。如果此队列为空，则返回null
`Object peekLast()`	获取队列尾部的元素，但是不删除该元素。如果此队列为空，则返回null
`Object pollFirst()`	获取队列头部的元素，删除该元素。如果此队列为空，则返回null
`Object pollLast()`	获取队列尾部的元素，删除该元素。如果此队列为空，则返回null
`...`	一系列上述Queue接口中方法加上First/Last的方法
`push(), pop(), peek()`	一系列栈方法

2.5.1 LinkedList集合

List集合，可以根据索引随机访问集合中的元素
实现了Deque接口，可以被当作双端队列来使用

2.6 Map集合

保存key和value，key的唯一条件是equals不返回true
Map接口

方法名	作用
`void clear()`	删除该Map对象中所有的key-value对
`void containsKey(Object key)`	是否包含指定key
`void containsValue(Object value)`	是否包含指定value
`Set entrySet()`	key，Value组成的Set集合
`Object put(Object key，Object value)`	添加一个key-value
`Object remove(Object key)`	删除一个key-value
`Collection values()`	所有value组成的Collection
`Collection keySet()`	键组成的Set

Entry内部类

2.6.1 HashMap

可以使用null作为key或value
线程不安全，性能较高

   HashMap map = new HashMap();
        map.put("1","一");
        map.put("2","二");
        for(Object o :map.entrySet()){
            System.out.println((((Map.Entry)o).getKey()));
        }

2.6.2 LinkedHashMap

需要维护元素的插入顺序，因此性能略低于HashMap的性能
用链表维护顺序，在迭代时性能较好

2.6.3 SortedMap接口和TreeMap

TreeMap是一个红黑树数据结构，每个key-value对即作为红黑树的一个节点
TreeMap可以保证所有的key-value对处于有序状态

排序方式

自然排序
定制排序

3 Collections工具类

Collections对List集合元素操作

3.1 排序操作

方法名	作用
`void reverse(List list)`	反转List
`void shuffle(List list)`	随机排序List
`void sort(List list)`	根据元素的自然顺序对指定List集合的元素按自然顺序排序
`void sort(List list, Comparator c)`	根据元素的定制顺序对指定List集合的元素按自然顺序排序
`void swap(List list, int i, int j)`	交换List中的i和j处的元素
`void rotate(List list, int distance)`	当distance为正数时，将list集合的后distance个元素整体移到前面；当distance为负数时，将list集合的前distance个元素整体移到后面

ArrayList al = new ArrayList();
        for(int i = 1; i<50;i++){
            al.add("number is " + i);
        }
        Collections.reverse(al);
        System.out.println(al); //翻转List
        Collections.shuffle(al); //List随机排序

3.2 查找、替换操作

方法名	作用
`int binarySearch(List list, Object key)`	使用二分搜索法搜索指定的List集合，以获得指定对象在List中的索引
`Object max(Collection coll)`	根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最大元素
`Object max(Collection coll, Comparator comp)`	根据comparator顺序，返回给定集合中的最大元素
`Object min(Collection coll)`	根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最小元素
`Object min(Collection coll, Comparator comp)`	根据comparator顺序，返回给定集合中的最小元素
`int frequency(Collection c, Object o)`	返回o在c中出现的次数

3.3 同步控制

Java集合中如HashSet、TreeSet、ArrayList、ArrayDeque、LinkedList、HashMap和TreeMap都是线程不安全的

 Collections.synchronizedList(al);

Set set = Set.of("Java","Kotlin","Go","Swift");
        System.out.println(set);
        //以下将导致错误
        set.add("123");