java-集合学习-底层实现

集合分为两大类:

Collection集合: 单个存储

Map集合: 按<键,值>对的形式存储,  <员工姓名,工资>

Collection类关系图

Collection常见方法

boolean	add(E e) 在当前集合中添加元素e
boolean	addAll(Collection<? extends E> c) 把参数集合c中的所有元素都添加到当前集合中
void	clear() 清空集合中所有的元素.
boolean	contains(Object o) 判断当前集合中是否包含元素o
boolean	isEmpty() 判断集合是否为空
Iterator<E>	iterator() 返回集合的迭代器
boolean	remove(Object o) 在当前集合中删除第一个与o匹配的元素
boolean	removeAll(Collection<?> c) 在当前集合中删除在参数集合c中存在的元素
int	size() 返回元素的个数.
Object[]	toArray() 转换为数组
<T> T[]	toArray(T[] a)

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List接口继承了Collection接口. Collection的所有操作List都可以继承到

List存储特点:

有序,可重复

List集合为每个元素指定一个索引值,增加了针对索引值的操作

add(index, o)                     remove(index)                    get(index)         set(index, o)

sort( Comparator )

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ArrayList与Vector

1)       底层是数组, 访问快,添加删除慢

2)       ArrayList不是线程安全的,Vector是线程安全的

3)       ArrayList初始化容量: 10 ,  Vector初始化容量: 10

4)       扩容ArrayList按1.5倍, Vector按2倍大小扩容

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Set集合

无序, 存储顺序可能与添加顺序不一样

不能存储重复的数据

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单向链表

由若干个节点组成，每个节点除了数据域之外还保存一个指向下个节点的指针域。

优点：

插入/删除元素时，不需要像数组一样还得扩容、复制/移动元素，只需要修改一下next指针域即可。

缺点：

访问时，总是从第一个结点依次向后访问，只能向后访问，不能向前访问。

双向链表

LinkedList底层采用双向链表

使用LinkedList模拟栈结构。栈结构特点：后进先出。

Push()

Pop()

使用LinkedList,模拟队列。队列：先进先出。

Offer()

Poll();

单项链表示例图：

双向链表示例图：

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HashSet

* 1)底层是HashMap
* 2)向HashSet添加元素就是把该元素作为键添加到底层的HashMap中
* 3) HasetSet就是HashMap键的集合
* 4) 存储在HashSet中的元素, 需要重写equals()/hashCode()方法

2 TreeSet

TreeSet实现了SortedSet接口,可以对集合中的元素自然排序, 要求元素必须是可比较的

1)       在TreeSet构造方法中指定Comparator比较器

2)       如果没有Comparator比较器,元素的类实现Comparable接口

* TreeSet
*  1)TreeSet集合可以对元素排序, 要求元素必须是可比较的
*         (1)在构造方法中指定Comparator比较器
*         (2)如果没有Comparator,元素的类需要实现Comparable接口
*      TreeSet是先选择Comparator,
在没有Comparator的情况下,再找Comaprable
* 2)TreeSet底层是TreeMap    
* 3)向TreeSet添加元素就是把元素作为键添加到底层的TreeMap中       
* 4)TreeSet就是TreeMap键的集合

TreeSet

可以对元素排序，要求元素必须是可以比较的。

TreeSet是先选择Comparator,没有Comparator再选择

Comparable。

TreeSet的底层是TreeMap

TreeSet如果比较两个元素相同，只能存在一个。

要非常注意，比较方法。TreeSet集合根据Comparator/Comparable的比较结果是否为0，来判断元素是否为同一个元素的。

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3.5 Collection小结

Collection单个存储

基本操作:

add(o),   remove(o),  contains(o),  size(),

iterator()    hasNext(),  next(), remove()

----List

特点:

有序,存储顺序与添加顺序一样

可重复,可以存储重复的数据

为每个元素指定一个索引值

新增的操作:

add(inex, o ), remove(index), get(index), set(index, newValue)

sort(Comparator)

--------ArrayList

底层是数组, 访问快,添加删除慢

初始化容量:10

扩容: 1.5 倍

--------Vector

底层是数组,  它是线程安全的, ArrayList不是线程安全的

初始化容量: 10

扩容: 2倍

--------LinkedList

底层是双向链表, 添加/删除效率高,访问慢

新增的操作:

addFirst(o) / addLast(o)removeFirst()/removeLast()

getFirst()/getLast()

push(o)/pop()

offer(o)/poll()

*******应用场景***************************************************

存储可以重复的数据选择List集合

如果以查询访问为主,选择ArrayList

如果频繁的进行添加/删除操作,选LinkedList

如果开发多线程程序,选择juc包中的CopyOnWriterArrayList

-------注意------------------------------------------------------------------------------------------------

List集合,在contains(o), remove(o)操作时,需要比较元素,调用equals()方法

如果在List存储自定义类型数据,需要重写equals()/hashCode()

----Set

特点:

无序:存储顺序与添加顺序可能不一样

不可重复,存储的数据不允许重复

--------HashSet

底层是HashMap

向HashSet添加元素就是把该元素作为键添加到底层的HashMap中

HashSet就是HashMap键的集合

--------TreeSet

TreeSet实现了SortedSet接口,可以对元素自然排序,要求元素必须 是可比较的

(1)在构造方法中指定Comaparator比较器

(2)没有Comaprator,需要让元素的类实现Comaparable接口

TreeSet是先选择Comparator,在没有Comparator的情况下,再选择Comparable

TreeSet底层是TreeMap

向TreeSet添加元素就是把该元素作为键添加到底层的TreeMap中

TreeSet就是TreeMap键的集合

******应用场景*******************************************************

如果存储不重复的元素使用Set集合

如果不需要排序就使用HashSet

如果需要排序就选择TreeSet

-----注意--------------------------------------------------------------------------------------------------

HashSet中的元素需要重写equals()/hashCode()方法

TreeSet集合中判断是否相同的元素, 根据Comparator/Comparable比较结果是否为0来判断

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Map是以键值对存储数据

如<员工姓名,工资>,  <学生姓名,成绩>…

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void	clear() 清空Map中所有的键值对.
boolean	containsKey(Object key) 判断Map中的键是否包含指定的key
boolean	containsValue(Object value) 判断Map中的值是否包含指定的value
Set<Map.Entry<K,V>>	entrySet() 返回所有Entry的集合, 一个<键,值>对就是一个Entry
boolean	equals(Object o)
default void	forEach(BiConsumer<? super K,? super V> action)
V	get(Object key) 返回键key对应的value值
boolean	isEmpty() 判断Map是否为空
Set<K>	keySet() 返回所有键的集合
V	put(K key, V value) 向Map中添加<key,value>键值对
void	putAll(Map<? extends K,? extends V> m) 把参数集合m中的键值对都添加到当前Map中
V	remove(Object key) 删除键与key匹配的键值对
default boolean	remove(Object key, Object value)
default V	replace(K key, V value) 把key的值使用value替换
int	size() 返回键值对的数量.
Collection<V>	values() 返回所有值的集合

HashMap工作原理图：

获取元素图：

HashMap

*  1)底层是哈希表,哈希表是一个数组,数组的每个元素是一个单向链表,数组元素实际存储的是单向链表第一个结点的引用
*  2)默认初始化容量: 16
*  3)默认加载因子: 0.75, 当键值对的数量大于   容量 * 加载因子时, 数组扩容
*  4)扩容:2倍
*  5)HashMap的键与值都可以为null
*  6)在定义Hashmap时,可以指定初始化容量,系统会自动调整为2的幂次方,即把17~31之间的数调整为32, 把33~63之间的数调整为64
*      为了能够快速计算数组的下标

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HashTable

*  1)底层是哈希表, 哈希表就是一个数组,数组的元素是一个单向链表,数组元素实际存储的是单向链表第一个结点的引用
*  2)默认初始化容量: 11
*  3)加载因子: 0.75
*  4)扩容:2倍 + 1
*  5)HashTable的键与值都不能为null
*  6)在定义时可以指定初始化容量, 不会调整大小
*  7) HashTable是线程安全的,
HashMap不是线程安全的

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Properties

Properties继承了HashTable

键与值都是String字符串

经常用于设置/读取系统属性值

常用 方法:

setProperty(属性名, 属性值)

getProperty(属性名)

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TreeMap

* TreeMap实现了SortedMap接口,可以根据键自然排序, 要求键必须是可比较的
*      1)在构造方法中指定Comparator比较器
*      2)没有Comparator时,键要实现Comparable接口
* 对于TreeMap来说,先判断是否有Comparator,有的话就按Comparator比较; 如果没有Comaparator,系统要查看键是否实现了Comparable接口
* 对于程序员来说,一般情况下通过Comparable定义一个默认的比较规则(绝大多数使用的排序规则), 通过Comparator可以定义很多不同的排序规则

TreeMap是根据二叉树原理实现排序的

二叉树原理图示例：

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Map小结

Map是按<键,值>对的形式存储数据

基本操作:

put(k,v)              remove(k)         remove(k,v)

containsKey(k)          containsValue(v)                get(k)        size()

keySet()             values()             entrySet()

replace( k , v)

---- HashMap

底层是哈希表(散列表), 哈希表是一个数组,数组的每个元素是一个单向链表,数组元素其实存储的是单向链表的第一个结点的引用

初始化容量: 16

扩容: 2倍

键与值可以为null

指定初始化容量,系统会调整为2的幂次方

----HashTable

底层是哈希表(散列表), 它是线程安全的,HashMap不是线程安全的

初始化容量: 11

扩容: 2倍+1

键与值 不 可以为null

指定初始化容量,系统不调整

-------- Properties

继承了HashTable,

键与值都是String字符串

经常用来设置/读取系统属性

一般把属性保存在配置文件中, 可以通过Properties读取

----TreeMap

实现了SortedMap接口,可以根据键自然排序, 要求键必须是可比较的

1)       在构造方法中指定Comparator比较器

2)       没有Comparator时, 键要实现Comparable接口

对于 TreeMap来说,先选择Comparator,

对于 开发人员来说,一般让键实现Comparable接口定义一个默认的比较规则,通过Comparator可以定义其他不同的比较规则

TreeMap的键是根据红黑树排序的,红黑树是一种自平衡二叉树

*****应用场景**********************************************************

如果不需要根据键排序选择HashMap

如果需要键排序,选择TreeMap

开发多线程程序,一般不使用HashTable, 使用juc包中的ConcurrentHashMap,如果要根据键排序就使用juc包中的ConcurrentSkipListMap.  ConcurrentHashMap采用分段锁协议,默认分为16段锁,并发效率高.

--------注意------------------------------------------------------------------------------------

HashMap,HashTable的键需要重写equals()/hashCode()

TreeMap的键是根据Comparator/Comparable的比较结果是否为0来判断是否相同的键