集合概述&集合之List接口

集合与数组存储概述

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。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：

• 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。

数组存储的弊端：

• 一旦初始化以后，其长度就不可修改，不便于扩展。

• 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。

• 数组中提供的方法非常有限，对于添加、删除、插入数据等操作，非常不便，同时效率不高。

解决数组存储数据方面的弊端。

集合框架概述

Java 集合可分为 Collection 和 Map 两种体系

• Collection接口：单列数据，定义了存取一组对象的方法的集合
  • List：元素有序、可重复的集合
    
    ArrayList、LinkedList、Vector
  • Set：元素无序、不可重复的集合
    
    HashSet、LinkedHashSet、TreeSet
• Map接口：双列数据，保存具有映射关系key-value键值对的集合

Collection接口

• Collection 接口是 List、Set 和 Queue 接口的父接口，该接口里定义的方法既可用于操作 Set 集合，也可用于操作 List 和 Queue 集合。

• JDK不提供此接口的任何直接实现，而是提供更具体的子接口(如：Set和List)实现。

• 在 Java5 之前，Java 集合会丢失容器中所有对象的数据类型，把所有对象都当成 Object 类型处理；从 JDK 5.0 增加了泛型以后，Java 集合可以记住容器中对象的数据类型

List实现类之一：ArrayList

该类是实现了List的接口，实现了可变大小的数组，随机访问和遍历元素时，提供更好的性能。该类也是非同步的,在多线程的情况下不要使用。ArrayList 增长当前长度的50%，插入删除需要移动后续元素，效率低。

import java.util.ArrayList; // 引入 ArrayList 类

ArrayList<E> objectName =new ArrayList<>();　 // 初始化

方法	描述
add()	将元素插入到指定位置的 arraylist 中
addAll()	添加集合中的所有元素到 arraylist 中
clear()	删除 arraylist 中的所有元素
clone()	复制一份 arraylist
contains()	判断元素是否在 arraylist
get()	通过索引值获取 arraylist 中的元素
indexOf()	返回 arraylist 中元素的索引值
removeAll()	删除存在于指定集合中的 arraylist 里的所有元素
remove()	删除 arraylist 里的单个元素
size()	返回 arraylist 里元素数量
isEmpty()	判断 arraylist 是否为空
subList()	截取部分 arraylist 的元素
set()	替换 arraylist 中指定索引的元素
sort()	对 arraylist 元素进行排序
toArray()	将 arraylist 转换为数组
toString()	将 arraylist 转换为字符串
ensureCapacity()	设置指定容量大小的 arraylist
lastIndexOf()	返回指定元素在 arraylist 中最后一次出现的位置
retainAll()	保留 arraylist 中在指定集合中也存在的那些元素
containsAll()	查看 arraylist 是否包含指定集合中的所有元素
trimToSize()	将 arraylist 中的容量调整为数组中的元素个数
removeRange()	删除 arraylist 中指定索引之间存在的元素
replaceAll()	将给定的操作内容替换掉数组中每一个元素
removeIf()	删除所有满足特定条件的 arraylist 元素
forEach()	遍历 arraylist 中每一个元素并执行特定操作

List实现类之二：LinkedList

前言

链表（Linked list）是一种常见的基础数据结构，是一种线性表，但是并不会按线性的顺序存储数据，而是在每一个节点里存到下一个节点的地址。

链表可分为单向链表和双向链表。

一个单向链表包含两个值: 当前节点的值和一个指向下一个节点的链接。

一个双向链表有三个整数值: 数值、向后的节点链接、向前的节点链接。

Java LinkedList（链表） 类似于 ArrayList，是一种常用的数据容器。

与 ArrayList 相比，LinkedList 的增加和删除对操作效率更高，而查找和修改的操作效率较低。对于频繁的插入或删除元素的操作，建议使用LinkedList类。

概述

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

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;
	}
}

常用方法

方法	描述
public boolean add(E e)	链表末尾添加元素，返回是否成功，成功为 true，失败为 false。
public void add(int index, E element)	向指定位置插入元素。
public boolean addAll(Collection c)	将一个集合的所有元素添加到链表后面，返回是否成功，成功为 true，失败为 false。
public boolean addAll(int index, Collection c)	将一个集合的所有元素添加到链表的指定位置后面，返回是否成功，成功为 true，失败为 false。
public void addFirst(E e)	元素添加到头部。
public void addLast(E e)	元素添加到尾部。
public boolean offer(E e)	向链表末尾添加元素，返回是否成功，成功为 true，失败为 false。
public boolean offerFirst(E e)	头部插入元素，返回是否成功，成功为 true，失败为 false。
public boolean offerLast(E e)	尾部插入元素，返回是否成功，成功为 true，失败为 false。
public void clear()	清空链表。
public E removeFirst()	删除并返回第一个元素。
public E removeLast()	删除并返回最后一个元素。
public boolean remove(Object o)	删除某一元素，返回是否成功，成功为 true，失败为 false。
public E remove(int index)	删除指定位置的元素。
public E poll()	删除并返回第一个元素。
public E remove()	删除并返回第一个元素。
public boolean contains(Object o)	判断是否含有某一元素。
public E get(int index)	返回指定位置的元素。
public E getFirst()	返回第一个元素。
public E getLast()	返回最后一个元素。
public int indexOf(Object o)	查找指定元素从前往后第一次出现的索引。
public int lastIndexOf(Object o)	查找指定元素最后一次出现的索引。
public E peek()	返回第一个元素。
public E element()	返回第一个元素。
public E peekFirst()	返回头部元素。
public E peekLast()	返回尾部元素。
public E set(int index, E element)	设置指定位置的元素。
public Object clone()	克隆该列表。
public Iterator descendingIterator()	返回倒序迭代器。
public int size()	返回链表元素个数。
public ListIterator listIterator(int index)	返回从指定位置开始到末尾的迭代器。
public Object[] toArray()	返回一个由链表元素组成的数组。
public T[] toArray(T[] a)	返回一个由链表元素转换类型而成的数组。

Set接口

存储的数据特点：无序的、不可重复的元素，且既有数组也有链表

• 无序性：不等于随机性。存储的数据在底层数组中并非按照数组索引的顺序添加，而是根据数据的哈希值决定的。
• 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。

Set接口是Collection的子接口，set接口没有提供额外的方法。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 判断两个对象是否相同不是使用 == 运算符，而是根据 equals() 方法

常用实现类

• Set接口：存储无序的、不可重复的数据 -->类似于高中讲的“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，可以照添加的顺序遍历。在添加数据的同时，每个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。

元素添加过程：(以HashSet为例)

1. 向HashSet中添加元素a，首先调用元素a所在类的hashCode()方法，计算出元素a的哈希值

2. 此哈希值接着通过某种散列函数计算出在HashSet底层数组中的存放位置（即索引位置)，然后判断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

3. 如果此位置上有其他元素b，则比较元素a与元素b的hash值，若有多个元素则挨个比较并以链表形式存储

• 如果hash值不相同，则元素a添加成功。--->情况2

1. 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表明该元素已存在，元素a添加失败；equals()返回false，则元素a添加成功。-->情况3

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指向原来的元素。

jdk 8 :原来的元素指向元素a

总结：七上八下

注意

• 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()
• 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

结论：重写equals方法的时候一般都需要同时重写hashCode方法。通常参与计算hashCode 的对象的属性也应该参与到equals() 中进行计算

Set实现类之一：HashSet

• HashSet 基于 HashMap 来实现的，是一个不允许有重复元素的集合。
• HashSet 允许有 null 值。
• HashSet 是无序的，即不会记录插入的顺序。
• HashSet 不是线程安全的， 如果多个线程尝试同时修改 HashSet，则最终结果是不确定的。 您必须在多线程访问时显式同步对 HashSet 的并发访问。
• HashSet 实现了 Set 接口。
• HashSet 中的元素实际上是对象，一些常见的基本类型可以使用它的包装类

变量和类型	方法	描述
boolean	add(E e)	如果指定的元素尚不存在，则将其添加到此集合中。
void	clear()	从该集中删除所有元素。
Object	clone()	返回此 HashSet实例的浅表副本：未克隆元素本身。
boolean	contains(Object o)	如果此set包含指定的元素，则返回 true 。
boolean	isEmpty()	如果此集合不包含任何元素，则返回 true 。
Iterator<E>	iterator()	返回此set中元素的迭代器。
boolean	remove(Object o)	如果存在，则从该集合中移除指定的元素。
int	size()	返回此集合中的元素数（基数）。
Spliterator<E>	spliterator()	在此集合中的元素上创建late-binding和失败快速 Spliterator

Set实现类之二：LinkedHashSet

• LinkedHashSet 是 HashSet 的子类，LinkedHashSet 根据元素的 hashCode 值来决定元素的存储位置，但它同时使用双向链表维护元素的次序，这使得元素看起来是以插入顺序保存的。

• LinkedHashSet插入性能略低于 HashSet，但在频繁的地遍历操作时有很好的性能。LinkedHashSet的存在就是为了频繁地遍历

Set实现类之三：TreeSet的使用

TreeSet和后面要讲的TreeMap，采用红黑树的存储结构

特点：有序，查询速度比List快

TreeSet 两种排序方法：自然排序和定制排序。默认情况下，TreeSet 采用自然排序

• 自然排序中，比较两个对象是否相同的标准为：重写的compareTo()返回0，不再是equals()

  • 如果试图把一个对象添加到 TreeSet 时，则该对象的类必须实现 Comparable 接口。

  • 向 TreeSet 中添加元素时，只有第一个元素无须比较compareTo()方法，后面添加的所有元素都会调用compareTo()方法进行比较。

  • 因为只有相同类的两个实例才会比较大小，所以向 TreeSet 中添加的应该是同

    一个类的对象。

  • 重写该对象对应的 equals() 方法时，应保证该方法与 compareTo(Object obj) 方法有一致的结果

• 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的自然排序要求元素所属的类实现Comparable接口，如果元素所属的类没有实现Comparable接口，或不希望按照升序(默认情况)的方式排列元素或希望按照其它属性大小进行排序，则考虑使用定制排序。

  • 利用int compare(T o1,T o2)方法，比较o1和o2的大小：如果方法返回正整数，则表

    示o1大于o2；如果返回0，表示相等；返回负整数，表示o1小于o2。

  • 要实现定制排序，需要将实现Comparator接口的实例作为形参传递给TreeSet的构

    造器

  • 仍然只能向TreeSet中添加类型相同的对象。否则发生ClassCastException异常

//方式一：自然排序
@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());
        }
    }

//方式二：定制排序
    @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());
        }
    }

遍历Collection的两种方式

Iterator迭代器

• 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。

Iterator iter = coll.iterator();//回到起点
//hasNext():判断是否还有下一个元素
while(iter.hasNext()){
    //next():①指针下移 ②获取指针所指位置的元素
	Object obj = iter.next();
	if(obj.equals("Tom")){
		iter.remove();
	}
}

Iterator接口中的remove()方法

• 可在遍历的时候删除集合中的元素
• 不同于集合直接调用remove()，collection返回的是boolean型，即是否删除成功
• 如果未调用next()或已经调用过remove()，再调用remove()则会报错IllegalStateException

foreach增强for循环

• Java 5.0 提供了 foreach 循环迭代访问 Collection和数组。
• 遍历操作不需获取Collection或数组的长度，无需使用索引访问元素。
• 遍历集合的底层调用Iterator完成操作。
• foreach还可以用来遍历数组。

面试题

@Test
public void testListRemove() {
    List list = new ArrayList();
    list.add(1);
    list.add(2);
    list.add(3);
    updateList(list);
    System.out.println(list);//	[1,2]
}
private static void updateList(List list) {
	list.remove(2);	//基本类型不会自动封装，当成索引
    list.romove(new Integer(2));	//[1,3]
}

//练习：在List内去除重复数字值，要求尽量简单
public static List duplicateList(List list) {
	HashSet set = new HashSet();
	set.addAll(list);
	return new ArrayList(set);
}
public static void main(String[] args) {
	List list = new ArrayList();
	list.add(new Integer(1));
    list.add(new Integer(2));
    list.add(new Integer(2));
    list.add(new Integer(4));
    list.add(new Integer(4));
    List list2 = duplicateList(list);
    for (Object integer : list2) {
		System.out.println(integer);
	}
}