Java语法进阶12-集合

集合

集合：是一种容器，用来装对象的容器，不能装基本数据类型。

数组也是容器，可以用来装基本数据类型，也可以用来装对象。

本质上，集合需要用对应的数据结构实现，是多个类实现接口Collection系列和Map接口的统称

Collection

Collection 表示一组对象，这些对象也称为 collection 的元素。一些 collection 允许有重复的元素，而另一些则不允许。一些 collection 是有序的，而另一些则是无序的。

Collection<E>是所有单列集合的父接口，因此在Collection中定义了单列集合(List和Set)通用的一些方法，这些方法可用于操作所有的单列集合。

Collection方法：

序号	归类	方法签名	方法描述
1	添加	add(E e)	添加一个元素对象到当前集合中
2	添加	addAll(Collection<? extends E> other)	添加多个元素，把other集合的所有元素都添加到当前集合中，this = this ∪ other；
3	删除	clear()	清空集合
4	删除	remove(Object obj)	删除一个元素，根据元素的equals()来判断是否是要被删除的元素，如果元素的类型没有重写equals方法，那么等价于==，如果重写了equals，那么就按照equals的规则来比较，一般比较内容。
5	删除	removeAll(Collection<?> coll)	删除多个元素，把当前集合中和c共同的元素删除，即this = this - this ∩ coll;子集
6	删除	retainAll(Collection<?>  coll)	删除多个元素，在当前集合中保留和c的共同的元素，即this = this ∩ coll；交集
7	查	int size()	获取元素的个数
8	查	boolean contains(Object obj)	是否包含某个元素。根据元素的equals()来判断是否是要被删除的元素，如果元素的类型没有重写equals方法，那么等价于==，如果重写了equals，那么就按照equals的规则来比较，一般比较内容。
9	查	boolean containsAll(Collection<?> coll)	是否包含多个元素。判断当前集合中是否包含coll集合的所有元素，即coll是否是this的子集。
10	查	boolean isEmpty()	集合是否为空
11	遍历	Object[] toArray()	将集合中的元素用数组返回
12	遍历	Iterator iterator()	返回一个迭代器对象，专门用于遍历集合

Iterator迭代器

即Collection集合元素的通用获取方式。每一种实现了Iterable接口的集合内部，都会有一个内部类实现了Iterator接口

• public boolean hasNext()   【如果仍有元素可以迭代，则返回 true。】

• public E next() 　                  【返回迭代的下一个元素。】

• void remove()                        　　【使用Iterator迭代器删除元素】

在调用Iterator的next方法之前，迭代器的索引位于第一个元素之前，指向第一个元素，当第一次调用迭代器的next方法时，返回第一个元素，然后迭代器的索引会向后移动一位，指向第二个元素，依此类推，直到hasNext方法返回false，表示到达了集合的末尾，终止对元素的遍历。

在进行集合元素取出时，如果集合中已经没有元素了，还继续使用迭代器的next方法，将会发生java.util.NoSuchElementException没有集合元素的错误

注意：不要在使用Iterator迭代器进行迭代时，调用Collection的remove(xx)方法，否则会报异常java.util.ConcurrentModificationException，或出现不确定行为。

增强for

增强for循环(也称for each循环)是JDK1.5以后出来的一个高级for循环，专门用来遍历数组和集合的，或者说实现了Iterable接口的其他容器名。

for(元素的数据类型  变量 : Collection集合or数组){
　　//写操作代码
}

Iterable接口

java.lang.Iterable接口，实现这个接口允许对象成为 "foreach" 语句的目标。

java.lang.Iterable接口的抽象方法：

• public Iterator iterator():                        【获取对应的迭代器】

foreach本质上就是使用Iterator迭代器进行遍历的。

所以也不要在foreach遍历的过程使用Collection的remove()方法。

modCount

如果在Iterator、ListIterator迭代器创建后的任意时间从结构上修改了集合（通过迭代器自身的 remove 或 add 方法之外的任何其他方式），则迭代器将抛出 ConcurrentModificationException。这就是Iterator迭代器的快速失败（fail-fast）机制。

结构性修改是指：改变list的size大小，或者，以其他方式改变他导致正在进行迭代时出现错误的结果。

那么如何实现快速失败（fail-fast）机制的呢？

• 在ArrayList等集合类中都有一个modCount变量。它用来记录集合的结构被修改的次数。

• 当我们给集合添加和删除操作时，会导致modCount++。

• 然后当我们用Iterator迭代器遍历集合时，创建集合迭代器的对象时，用一个变量记录当前集合的modCount。例如：int expectedModCount = modCount;，并且在迭代器每次next()迭代元素时，都要检查 expectedModCount != modCount

注意，迭代器的快速失败行为不能得到保证，因此，编写依赖于此异常的程序的方式是错误的，正确做法是：迭代器的快速失败行为应该仅用于检测 bug。

自定义类时如果一个实现类不希望提供fail-fast迭代器，则可以忽略这个字段。

List

List接口特点：

1. 它是一个元素存取有序的集合。即元素的存入顺序和取出顺序有保证。

2. 它是一个带有索引的集合，通过索引就可以精确的操作集合中的元素（与数组的索引是一个道理）。

3. 集合中可以有重复的元素，通过元素的equals方法，来比较是否为重复的元素。

List集合关心元素是否有序，而不关心是否重复

List接口的实现类有很多，常见的有：

ArrayList：动态数组　　Vector：动态数组　　LinkedList：双向链表　　Stack：栈

List除了从Collection集合继承的方法外，List 集合里添加了一些根据索引来操作集合元素的方法。

1、添加元素

• void add(int index, E ele)　                                                   【在[index]位置添加一个元素】　

• boolean addAll(int index, Collection<? extends E> eles) 　  【在[index]位置添加多个元素】

2、获取元素

• E get(int index)                                                                      【返回[index]位置的元素】

• List subList(int fromIndex, int toIndex)                                  【截取[fromIndex,toIndex)部分的元素】

3、获取元素索引

• int indexOf(Object obj)                                                          【返回obj在当前集合中第一次出现的下标】

• int lastIndexOf(Object obj)                                                    【返回obj在当前集合中最后一次出现的下标】

4、删除和替换元素

• E remove(int index)                                                               【删除[index]位置的元素，返回被删除的元素】

• E set(int index, E ele)                                                            【替换[index]位置的元素，返回被替换的元素】

5、遍历

在原来Iterator和foreach遍历的基础上增加了：

ListIterator listIterator()                                                                   【默认游标在[0]开始】

ListIterator listIterator(int index)                                                      【默认游标在[index]位置】

ListIterator

List 集合额外提供了一个 listIterator() 方法，该方法返回一个 ListIterator 对象， ListIterator 接口继承了 Iterator 接口，提供了专门操作 List 的方法：

• void add()：                                                                         【通过迭代器添加元素到对应集合】

• void set(E e)：                                                                     【用指定元素替换 next 或 previous 返回的最后一个元素】

• void remove()：                                                                   【从列表中移除由 next 或 previous 返回的最后一个元素】

• boolean hasPrevious()：                                                     【如果以逆向遍历列表，往前是否还有元素。则返回 true】

• E  previous()：                                                                    【返回列表中的前一个元素。】

• int previousIndex()：                                                           【返回列表中的前一个元素的索引】

• boolean hasNext()                                                               【以正向遍历列表时，如果列表迭代器有多个元素，则返回 true】

• E  next()                                                                               【返回列表中的下一个元素。】

• int nextIndex()                                                                      【返回对 next 的后续调用所返回元素的索引。】

Set

set接口没有提供额外的方法。但是比Collection接口更加严格了。

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集合支持的遍历方式和Collection集合一样：foreach和Iterator。

Set集合的实现类：TreeSet：按大小顺序，LinkedHashSet：按照添加的顺序，HashSet：无序

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。

java.util.HashSet底层的实现其实是一个java.util.HashMap支持，然后HashMap的底层物理实现是一个Hash表。

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。因此，存储到HashSet的元素要重写hashCode和equals方法。

LinkedHashSet

LinkedHashSet是HashSet的子类，它在HashSet的基础上，在结点中增加两个属性before和after维护了结点的前后添加顺序。java.util.LinkedHashSet，它是链表和哈希表组合的一个数据存储结构。LinkedHashSet插入性能略低于 HashSet，但在迭代访问 Set 里的全部元素时有很好的性能。

HashSet/LinkedHashSet：如何区别元素的不可重复。依赖于元素的hashCode和equals方法

TreeSet

底层结构：里面维护了一个TreeMap，都是基于红黑树实现的！

特点： 1、不允许重复        2、实现排序， 自然排序或定制排序

如果使用的是自然排序（Comparable），则通过调用实现的compareTo方法

自然排序：它判断两个对象是否相等的唯一标准是：两个对象通过 compareTo(T o) 方法比较返回值为0。

如果使用的是定制排序（Comparator），则通过调用比较器的compare方法

定制排序：使用定制排序判断两个元素相等的标准是：通过compare(T o1,T o2)比较两个元素返回了0。

如果希望保持一致性，在重写compareTo时，一般也会重写equals方法。不是语法要求，而且逻辑意义问题。

Collection系列的集合框架图

Map

Collection中的集合称为单列集合，Map中的集合称为双列集合。java.util.Map<K,V>

1、存储键值对(key,value)，也称为映射关系，键值对是Map.Entry接口的实现类对象。

2、所有存储到Map中的key不能重复， 每个键只能对应一个值（这个值可以是单个值，也可以是个数组或集合值）。

3、所有存储到Map中的value可以重复

Map接口的API

1、添加

V put(K key, V value)：                                    【将一对键值对添加到当前map中，同一个key如果put两次，第二次会覆盖上次的value】

void putAll(Map m)：                                        【将另一个map中的所有键值对添加到当前map中】

2、删除

void clear()：                                                    【清空所有映射关系】

V remove(Object key)：                                   【根据key删除一整对键值对(key,value)】

3、查询

int size()：                                                         【返回键值对的数量】

boolean containsKey(Object key)：                 【是否包含某个key】

boolean containsValue(Object value)：            【是否包含某个value】

V get(Object key)：                                          【根据key获取value值，如果此映射不包含该键的映射关系，则返回 null。】

boolean isEmpty()　                                     　【如果此映射未包含键-值映射关系，则返回 true。】

4、遍历

Set<Entry<K,V>>  entrySet()                            【遍历所有的键值对，映射关系的 Set 视图 】

Set<K>  keySet()                                              【遍历所有的key，键的 Set 视图】

Collection<V>  values()                                    【遍历所有的value，值的 Collection 视图】

使用put方法时，若指定的键(key)在集合中没有，则没有这个键对应的值，返回null，并把指定的键值添加到集合中；

若指定的键(key)在集合中存在，则返回值为集合中键对应的值（该值为替换前的值），并把指定键所对应的值，替换成指定的新值。

Map集合的遍历

Map的遍历，不能支持foreach

（1）分开遍历：

• 单独遍历所有key

• 单独遍历所有value

（2）成对遍历：

• 遍历的是映射关系Map.Entry类型的对象，Map.Entry是Map接口的内部接口。每一种Map内部有自己的Map.Entry的实现类。在Map中存储数据，实际上是将Key---->value的数据存储在Map.Entry接口的实例中，再在Map集合中插入Map.Entry的实例化对象

Map接口的常用实现类：HashMap、TreeMap、LinkedHashMap和Properties。其中HashMap是 Map 接口使用频率最高的实现类。

HashMap和Hashtable的区别与联系

• HashMap和Hashtable都是哈希表。

• HashMap和Hashtable判断两个 key 相等的标准是：两个 key 的hashCode 值相等，并且 equals() 方法也返回 true。因此，为了成功地在哈希表中存储和获取对象，用作键的对象必须实现 hashCode 方法和 equals 方法。

• Hashtable是线程安全的，任何非 null 对象都可以用作键或值。不允许null键

• HashMap是线程不安全的，并允许使用 null 值和 null 键。

LinkedHashMap

LinkedHashMap 是 HashMap 的子类。LinkedHashMap实现与 HashMap 的不同之处在于，LinkedHashMap维护着一个运行于所有条目的双重链接列表。此链接列表定义了迭代顺序，该迭代顺序通常就是将键插入到映射中的顺序（插入顺序）。

TreeMap

基于红黑树（Red-Black tree）的 NavigableMap 实现。该映射根据其键的自然顺序进行排序，或者根据创建映射时提供的 Comparator 进行排序，具体取决于使用的构造方法。

Properties

Properties 类是 Hashtable 的子类，Properties 可保存在流中或从流中加载。属性列表中每个键及其对应值都是一个字符串。

存取数据时，建议使用setProperty(String key,String value)方法和getProperty(String key)方法。

更多方法请见API文档

Set集合与Map集合的关系

Set的内部实现其实是一个Map。即HashSet的内部实现是一个HashMap，TreeSet的内部实现是一个TreeMap，LinkedHashSet的内部实现是一个LinkedHashMap。

咱们存到Set中只有一个元素，又是怎么变成(key,value)的呢？

原来是，把添加到Set中的元素作为内部实现map的key，然后用一个常量对象PRESENT对象，作为value。

集合框架图

Collections工具类