新手了解java 集合基础知识

一、概述

集合是一种长度可变，存储数据的数据结构多样，存储对象多样的一种数据容器。Java中集合可分为：List集合、Set集合、HashMap集合，等。

Java集合体系结构：

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二、collection

collection是Java中所有值存储集合的顶级接口，因此它的所有直接或者间接实现类都有它的非私有方法，我们可以从它的方法开始了解这个体系的功能实现。

 boolean add(E e) 
          确保此 collection 包含指定的元素。 
 boolean addAll(Collection<? extends E> c) 
          将指定 collection 中的所有元素都添加到此 collection 中。 
 void clear() 
          移除此 collection 中的所有元素。 
 boolean contains(Object o) 
          如果此 collection 包含指定的元素，则返回 true。 
 boolean containsAll(Collection<?> c) 
          如果此 collection 包含指定 collection 中的所有元素，则返回 true。 
 boolean equals(Object o) 
          比较此 collection 与指定对象是否相等。 
 int hashCode() 
          返回此 collection 的哈希码值。 
 boolean isEmpty() 
          如果此 collection 不包含元素，则返回 true。 
 Iterator<E> iterator() 
          返回在此 collection 的元素上进行迭代的迭代器。 
 boolean remove(Object o) 
          从此 collection 中移除指定元素的单个实例，如果存在的话）。 
 boolean removeAll(Collection<?> c) 
          移除此 collection 中那些也包含在指定 collection 中的所有元素。 
 boolean retainAll(Collection<?> c) 
          仅保留此 collection 中那些也包含在指定 collection 的元素。 
 int size() 
          返回此 collection 中的元素数。 
 Object[] toArray() 
          返回包含此 collection 中所有元素的数组。 
<T> T[] 
 toArray(T[] a) 
          返回包含此 collection 中所有元素的数组；返回数组的运行时类型与指定数组的运行时类型相同。

1、List

List，是单列集合，存储的是一组插入有序的数据，并且数据可以重复。

List集合

LinkedList
ArrayList

1）ArrayList

示例：

public class CollectionTest {
    public static void main(String[] args) {
        List list = new ArrayList();
        //添加元素，boolean add(E e) 确保此 collection 包含指定的元素
        list.add("张三");
        list.add(1);
        list.add('A');
        System.out.println(list);//[张三, 1, A]
        //boolean addAll(Collection<? extends E> c)
        //          将指定 collection 中的所有元素都添加到此 collection 中
        List list1 = new ArrayList();
        list.add("java");
        list.add("MySQL");
        list.addAll(list1);
        System.out.println(list);//[张三, 1, A, java, MySQL]
        //boolean contains(Object o)
        //          如果此 collection 包含指定的元素，则返回 true。
        System.out.println(list.contains("java"));//true
        //boolean remove(Object o)
        //          从此 collection 中移除指定元素的单个实例，如果存在的话）。
        System.out.println(list.remove("java"));//true
        // int size()
        //          返回此 collection 中的元素数。
        System.out.println(list.size());//4
        //set(int index, E element)
        //          用指定的元素替代此列表中指定位置上的元素。
        //并返回被修改的值
        System.out.println(list.set(1, "李四"));
        //get(int index) 
        //          返回此列表中指定位置上的元素。
        System.out.println(list.get(1));
        // Iterator<E> iterator()
        //          返回在此 collection 的元素上进行迭代的迭代器。
        //集合的遍历
        Iterator iterator = list.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }

说明：ArrayList底层是使用数组的形式创建集合的，因此基于数组的特性，此集合对数据的查找很快速，但是在删除或移动大量数据操作上会显得缓慢。它适合用于快速查找，但不适合做删除多的操作。

2）LinkedList

LinkedList：双向链表，内部没有声明数组，而是定义了Node类型的first 和last，用于记录首末元素。同时，定义内部类Node，作为LinkedList中保存数据的基本结构。Node除了保存数据，还定义了两个变量：

prev变量记录前一个元素的位置
next变量记录下一个元素的位置

特点：

数据有序
底层结构为链表

ArrayList比较：

LinkedList的添加元素速度比ArrayList快；
LinkedList的查询速度比ArrayList慢；
底层数据结构不同：LinkedList用的是链表结构，而ArrayList底层使用的是数组结构；

说明：LinkedList一般用于添加频繁的操作，ArrayList一般用于频繁查询的操作。

示例：

public class Stack {
    private LinkedList data = null;
    public Stack(){
        data = new LinkedList();
    }
    // 添加元素
    public boolean push(Object element) {
        data.addFirst(element);
        return true;
    }
    // 获取元素
    public Object pop() {
        return data.pollFirst();
    }
    // 判断集合是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return data.isEmpty();
    }
    // 迭代元素
    public void list() {
        Iterator it = data.iterator();
        while(it.hasNext()){
            System.out.println(it.next());
        }
    }
}
public class MyStack {
    public static void main(String[] args) {
        Stack stack = new Stack();
        stack.push("张三");
        stack.push("李四");
        stack.push("王五");
        stack.list();
        System.out.println("-------------");
        Object pop = stack.pop();
        System.out.println(pop);
    }
}

2、set

1）HashSet

HashSet 是 Set 接口的典型实现，大多数时候使用 Set 集合时都使用这个实现类。

HashSet 按 Hash 算法来存储集合中的元素，因此具有很好的存取、查找、删除性能。
- HashSet 具有以下特点：不能保证元素的排列顺序
- HashSet 不是线程安全的
- 集合元素可以是 null
- 不能添加重复元素
HashSet 集合判断两个元素相等的标准：两个对象通过 hashCode() 方法比较相等，并且两个对象的 equals() 方法返回值也相等。
对于存放在Set容器中的对象，对应的类一定要重写equals()和 hashCode(Object obj)方法，以实现对象相等规则。即：“相等的对象必须具有相等的散列码”。

示例：

 public static void main(String[] args) {
        Set set = new HashSet();
        // 添加
        // boolean add(E e) ：把指定的元素添加到集合中
        set.add("hello");
        set.add("world");
        set.add("world");
        set.add(null);
        System.out.println(set);
        // 注：Set集合中元素是无序，并且不能重复
        // boolean addAll(Collection<? extends E> c) ：把指定的集合添加到集合中
        Set set1 = new HashSet();
        set1.add("aaa");
        set1.add("linux");
        ;
        set.addAll(set1);
        System.out.println(set);
        // boolean remove(Object o) ：从集合中删除指定元素
        set.remove("hello");
        System.out.println(set);
        // boolean removeAll(Collection<?> c) ：从集合中删除指定集合中的所有元素
        set1.add("aaa");
        set1.add("linux");
        set.removeAll(set1);
        System.out.println(set);
        // void clear() ：清空集合中所有元素
        set.clear();
        System.out.println(set);
        // int size() ：获取集合的元素个数
        int size = set.size();
        System.out.println(size);
        // boolean contains(Object o) ：判断集合中是否包含指定元素，包含为true，否则为false;
        System.out.println(set.contains("aaa"));

        // boolean isEmpty() ：判断集合是否为空
        System.out.println(set.isEmpty());
    }

说明：在HashSet添加元素时，会首先比较两个元素的hashCode值是不相等，如果不相等则直接添加；如果相等再判断两个元素的equals的值是否相等，如果相等则不添加，如果不相等则添加。

2）TreeSet

TreeSet和TreeMap采用红黑树的存储结构
特点：有序，查询速度比List快

使用TreeSet集合是，对象必须具有可比较性。而要让对象具有可比较性有两种方式：

第一种：实现Comparable接口，并重写compareTo()方法：

第二种：写一个比较器类，让该类去实现Comparator接口，并重写 comare()方法。

示例：

1.实体类

public class Student implements Comparable<Student>{
    private String name;
    private int age;
    private String sex;
    private int height;

    public Student() {
    }
    public Student(String name, int age, String sex, int height) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.sex = sex;
        this.height = height;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    public String getSex() {
        return sex;
    }
    public void setSex(String sex) {
        this.sex = sex;
    }
    public int getHeight() {
        return height;
    }
    public void setHeight(int height) {
        this.height = height;
    }
    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        Student student = (Student) o;
        return age == student.age &&
                height == student.height &&
                Objects.equals(name, student.name) &&
                Objects.equals(sex, student.sex);
    }
    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age, sex, height);
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", sex='" + sex + '\'' +
                ", height=" + height +
                '}';
    }

    @Override
    public int compareTo(Student stu) {
        if (stu.getAge() > this.getAge()){
            return 1;
        }
        if (stu.getAge() < this.getAge()){
            return -1;
        }
        return stu.getName().compareTo(this.getName());
    }
}

2.测试类：

public class TreeSetTest {
    public static void main(String[] args) {

        TreeSet treeSet = new TreeSet();
        Student student1 = new Student("张三", 20, "男", 165);
        Student student2 = new Student("李四", 21, "男", 170);
        Student student3 = new Student("王五", 19, "女", 160);
        Student student4 = new Student("赵六", 18, "女", 165);
        Student student5 = new Student("田七", 20, "男", 175);
        treeSet.add(student1);
        treeSet.add(student2);
        treeSet.add(student3);
        treeSet.add(student4);
        treeSet.add(student5);
        System.out.println(treeSet);
    }
}

3.实体类

public class Teacher {
    private String name;
    public Teacher(){}
    public Teacher(String name){
        this.name = name;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Teacher{" +
                "name='" + name + '\'' +
                '}';
    }
}

4.测试类

public class TreeSetTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        Teacher teacher1 = new Teacher("11");
        Teacher teacher2 = new Teacher("12");
        Teacher teacher3 = new Teacher("13");
        Teacher teacher4 = new Teacher("14");
        Teacher teacher5 = new Teacher("15");
        TreeSet treeSet1 = new TreeSet(new  Comparator() {
            @Override
            public int compare(Object o1, Object o2) {
                return o1.hashCode() - o2.hashCode();
            }
        });
        treeSet1.add(teacher1);
        treeSet1.add(teacher2);
        treeSet1.add(teacher3);
        treeSet1.add(teacher4);
        treeSet1.add(teacher5);
        System.out.println(treeSet1);
    }
}

说明：HashSet去重是依靠hashCode和equals()方法，而TreeSet去重则依靠的是比较器。

三、Map

存储的双列元素，Key是无序的，不可重复，而Value是无序，可重复的。

1、HashMap

public class HashMapDemo {
    private Map map = null;
    public void init() {
        map = new HashMap();
        map.put("a", "aaa");
        map.put("b", "bbb");
        map.put("c", "ccc");
        System.out.println(map);
    }
    // 添加元素
    public void testPut() {
        // V put(K key, V value) ：把指定的key和value添加到集合中
        map.put("a1", "aaa");
        map.put("b1", "bbb");
        map.put("c1", "ccc");
        System.out.println(map);
        // void putAll(Map<? extends K,? extends V>m) ：把指定集合添加集合中
        Map map1 = new HashMap();
        map1.put("e", "eee");
        map1.put("f", "fff");
        map.putAll(map1);
        System.out.println(map);
        // default V putIfAbsent(K key, V value) ：如果key不存在就添加
        map.putIfAbsent("a", "hello");
        System.out.println(map);
        map.putIfAbsent("g", "ggg");
        System.out.println(map);
    }
    // 修改元素
    public void testModify() {
        // V put(K key, V value) ：把集合中指定key的值修改为指定的值
        map.put("a", "hello");
        map.put("a", "world");
        System.out.println(map);
        // 说明，当key相同时，后面的值会覆盖前面的值。
        // default V replace(K key, V value) ：根据key来替换值，而不做增加操作
        Object replace = map.replace("b1", "java");
        System.out.println(replace);
        System.out.println(map);
        //default boolean replace(K key, V oldValue,V newValue)
    }
    // 删除元素
    public void testRemove() {
        // V remove(Object key) ：根据指定key删除集合中对应的值
        Object c = map.remove("c");
        System.out.println(c);
        System.out.println(map);
        // default boolean remove(Object key, Objectvalue) ：根据key和value进行删除
        map.remove("b", "bbb1");
        System.out.println(map);
        // void clear() ：清空集合中所有元素
        map.clear();
        System.out.println(map);
    }
    // 判断元素
    public void testJudge() {
        // boolean isEmpty() ：判断集合是否为空，如果是返回true，否则返回false
        System.out.println(map.isEmpty());
        // boolean containsKey(Object key) ：判断集合中是否包含指定的key，包含返回true，否则返回false
        boolean flag = map.containsKey("a");
        System.out.println(flag); // true
        flag = map.containsKey("a1");
        System.out.println(flag); // false
        // boolean containsValue(Object value) ：判断集合中是否包含指定的value，包含返回true，否则返回false
        flag = map.containsValue("aaa");
        System.out.println(flag); // true
        flag = map.containsValue("aaa1");
        System.out.println(flag); // false
    }
    // 获取元素
    public void testGet() {
        // int size() ：返回集合的元素个数
        int size = map.size();
        System.out.println(size);
        // V get(Object key) ：根据Key获取值，如果找到就返回对应的值，否则返回null
        Object val = map.get("a");
        System.out.println(val);
        val = map.get("a1");
        System.out.println(val); // null
        // default V getOrDefault(Object key, VdefaultValue) ：根据Key获取值，如果key不存在，则返回默认值
        val = map.getOrDefault("a1", "hello");
        System.out.println(val);
        // Collection<V> values() ：返回集合中所有的Value
        Collection values = map.values();
        for (Object value : values) {
            System.out.println(value);
        }
        // Set<K> keySet() ：返回集合中所有的Key
        Set set = map.keySet();
        for (Object o : set) {
            System.out.println(o);
        }
    }
    // 迭代元素
    public void testIterator() {
        // 第一种：通过key获取值的方式
        Set keySet = map.keySet();
        Iterator it = keySet.iterator();
        while (it.hasNext()) {
            Object key = it.next();
            Object val = map.get(key);
            System.out.println(key + "=" + val);
        }
        System.out.println("------------------------ ");
        // 第二种：使用for循环
        for (Object key : map.keySet()) {
            System.out.println(key + "=" +
                               map.get(key));
        }
        System.out.println("------------------------ ");
        // 第三种：使用Map接口中的内部类来完成，在框架中大量使用
        Set entrySet = map.entrySet();
        for (Object obj : entrySet) {
            Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
            System.out.println(entry.getKey() + "=" +
                               entry.getValue());
        }
    }
}

说明：在HashMap中键-值允许为空，但键唯一，值可重复。hashMap不是线程安全的。

2、TreeMap

是一个有序的集合，默认使用的是自然排序方式。

public class Person implements Comparable {
    private String name;
    private int age;
    @Override
    public int compareTo(Object o) {
    if (o instanceof Person) {
    Person p = (Person) o;
    return this.age - p.age;
    }
    return 0;
}
    public Person() {}
    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
            "name='" + name + '\'' +
            ", age=" + age +
            '}';
    }
}

测试

public class TeeMapDemo {
    @Test
    public void testInteger() {
        TreeMap tm = new TreeMap();
        tm.put(3, 333);
        tm.put(2, 222);
        tm.put(11, 111);
        tm.put(2, 222);
        System.out.println(tm);
    }
    @Test
    public void testString() {
        TreeMap tm = new TreeMap();
        tm.put("hello", "hello");
        tm.put("world", "world");
        tm.put("about", "");
        tm.put("abstract", "");
        System.out.println(tm);
    }
    @Test
    public void testPerson() {
        TreeMap tm = new TreeMap(new Comparator(){
            @Override
            public int compare(Object o1, Object o2) {
                if (o1 instanceof Person && o2
                    instanceof Person) {
                    Person p1 = (Person) o1;
                    Person p2 = (Person) o2;
                    return p1.getAge() - p2.getAge();
                }
                return 0;
            }
        });
        tm.put(new Person("张三",18), null);
        tm.put(new Person("李四",17), null);
        System.out.println(tm);
    }
}

说明：从上面的代码可以发现，TreeMap的使用和TreeSet的使用非常相似，观察HashSet集合的源代码可以看出，当创建 HashSet集合时，其实是底层使用的是HashMap。

public HashSet() {
	map = new HashMap<>();
}

HashSet实际上存的是HashMap的Key。

3.ConcurrentHashMap

在Map集合中我们介绍了HashMap，TreeMap，在多线程的情况下这些集合都不是线程安全的，因此可能出现线程安全的问题。

在Java中Hashtable是一种线程安全的HashMap，Hashtable在方法上与HashMap并无区别，仅仅只是在方法使用了synchronized以此来达到线程安全的目的，我们观察Hashtable的源码。

    public synchronized V get(Object key) {
        Entry<?,?> tab[] = table;
        int hash = key.hashCode();
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        for (Entry<?,?> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
            if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
                return (V)e.value;
            }
        }
        return null;
    }

以上是Hashtable的get源码，可以看出它仅仅只是在方法上添加了锁，这大大降低了线程的执行效率，以牺牲效率的形式来达到目的，这显然不是我们在实际中想要的，因此我们需要一种既能在线程安全方面有保障，在效率上还可以的方法。

ConcurrentHashMap采用的是分段锁的原理，我们观察源码。

 public V put(K key, V value) {
        return putVal(key, value, false);
    }
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
        if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
        int hash = spread(key.hashCode());
        int binCount = 0;
        for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
            Node<K,V> f; int n, i, fh;
            if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
                tab = initTable();
            else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
                if (casTabAt(tab, i, null,
                             new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
                    break;                   // no lock when adding to empty bin
            }
            else if ((fh = f.hash) == MOVED)
                tab = helpTransfer(tab, f);
            else {
                V oldVal = null;
                synchronized (f) {
                    if (tabAt(tab, i) == f) {
                        if (fh >= 0) {
                            binCount = 1;
                            for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {
                                K ek;
                                if (e.hash == hash &&
                                    ((ek = e.key) == key ||
                                     (ek != null && key.equals(ek)))) {
                                    oldVal = e.val;
                                    if (!onlyIfAbsent)
                                        e.val = value;
                                    break;
                                }
                                Node<K,V> pred = e;
                                if ((e = e.next) == null) {
                                    pred.next = new Node<K,V>(hash, key,
                                                              value, null);
                                    break;
                                }
                            }
                        }
                        else if (f instanceof TreeBin) {
                            Node<K,V> p;
                            binCount = 2;
                            if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,
                                                           value)) != null) {
                                oldVal = p.val;
                                if (!onlyIfAbsent)
                                    p.val = value;
                            }
                        }
                    }
                }
                if (binCount != 0) {
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
                        treeifyBin(tab, i);
                    if (oldVal != null)
                        return oldVal;
                    break;
                }
            }
        }
        addCount(1L, binCount);
        return null;
    }

从源码中可以看出ConcurrentHashMap仅仅是在当有线程去操作当前数据的时候添加了锁，因此效率大大提高了。

在线程安全的情况下提高了效率。

总结

本篇文章就到这里了，希望能对你有所帮助，也希望您能够多多关注自学编程网的更多内容！

编程技巧

目录

一、概述

Java集合体系结构：

二、collection

1、List

1）ArrayList

2）LinkedList

2、set

1）HashSet

2）TreeSet

1.实体类

2.测试类：

3.实体类

4.测试类

三、Map

1、HashMap

2、TreeMap

3.ConcurrentHashMap

总结