五、Java - 集合

一、集合

• Java 中的集合类存放于 java.util 包中，是一个存放对象的容器。
• 集合存放的是对对象的引用，对象本身还是存在于 JVM 堆内存中。
• 存放的是对象，即引用数据类型，对于基本数据类型采用自动装箱存储。
• 集合可以存放不同类型（一般情况下声明一个集合时会通过泛型进行约束），不限数量的数据类型。
• Java 中的集合主要分为两种，单列集合：Collection，双列集合 Map。

二、Collection

2.1、Iterable && Collection

1. Iterable

Iterable 接口是 JDK1.5 后引入的，支持 foreach 循环遍历，和返回一个迭代器。

Iterator<T> iterator();

default void forEach(Consumer<? super T> action) {
    Objects.requireNonNull(action);
    for (T t : this) {
        action.accept(t);
    }
}
default Spliterator<T> spliterator() {
    return Spliterators.spliteratorUnknownSize(iterator(), 0);
}

2. Collection

• Collection 接口是集合类的根接口，继承 Iterable 接口，Java 中没有提供这个接口的直接的实现类;
• 但是却让其被继承产生了两个接口,就是 List 和 Set;
  • List：是一个有序的集合，可以包含重复的元素，提供了按索引访问的方式;
  • Set：不能包含重复的元素;
• 提供了常用操作集合类的 API。
• 

2.2、List 接口及实现类

1. List 接口

特性：

• 有序
• 有索引
• 可以存储重复值

List 常用方法

// 增加元素的方法:
// 在列表的指定位置插入指定元素(可选操作)
void add(int index, E element) ;
// 将指定 collection 中的所有元素都插入到列表中的指定位置(可选操作)
boolean addAll (int index, Collection c);

// 获取元素的方法:
// 返回列表中指定位置的元素
Object get(int index);
// 返回列表中指定的 fromIndex(包括) 和 toIndex(不包括)之间的部分视图
// 从 fromIndex 开始,到 toIndex 结束,但不包括 toIndex 处的元素;注意索引,不要超出了size;
List<E> subList(int fromIndex, int toIndex);

// 查询元素的方法:
// 返回此列表中第一次出现的指定元素的索引;如果此列表不包含该元素,则返回 -1
int indexOf(Object o);
// 返回此列表中最后出现的指定元素的索引;如果列表不包含次元素,则返回 -1
int lastIndexOf(Object o);

// 删除元素的方法:
移除列表中指定位置的元素(可选操作);注意索引,不要超出size
E remove(int index);

// 改变元素的方法:
// 用指定元素替换列表中指定位置的元素(可选操作)
E set(int index, E element);

2. ArrayList && Vector

• 底层具体实现为数组，所以具有数组的一些特性：是一块连续的内存空间，支持按照下标随机访问，查找的时间复杂度低，增加和删除的时间复杂度较大。
• ArrayList 是线程不安全的，效率高。
• Vector 大部分方法被 synchronized 修饰，线程不安全，效率低。

3. LinkedList

• 底层实现为双向链表，所以具有链表的一些特性：不是一块连续的内存空间，查询效率低要一个一个去遍历，增加和删除效率高。
• 线程不安全。

2.3、 Set 接口及实现类

1. Set

特性：

• 无序：对应的实现类中有的不能保证读取和存入顺序一致，有的可以保证，有的按照自然顺序排序。
• 无索引，没有 get 方法。
• 不能存取重复值
• 底层为 Map，就是 Map 的 key。

2. HashSet

特性:

• 底层对应 HashMap，即哈希表。
• 完全的无序。
• 可以存 null。
• 整体效率快。
• 线程不安全。

3.LinkedHashSet

特性：

• 继承自 HashSet，底层结构是 LinkedHashMap，即 Hash表 + 链表。
• 底层更复杂，所以效率比 HashSet 低。
• 可以保证顺序。
• 可以存 null。
• 线程不安全。

4. TreeSet

特性：

• 底层对应 TreeMap，即红黑二叉树。
• 不能存 null。
• 元素保证自然顺序，没有遵守 hashCode 和 equals 协定，根据 CompareTo 方法来判断。

三、Map

特性:

• 存储的数据是成对存在的。
• key 唯一，key 只能映射到一个 value 上,Set 包含的元素 就是 Map 里的 key。
• 有的实现类的 key 可以为 null，但是只能有一个 null，有的实现类不允许 key 为 null。
• 协定：hashcode && equals。

底层结构：

• 初试大小为 16 个，0.75 时扩容，扩容要重新计算哈希值。
• JDK1.8 之前：
  • hash算法为 数组 + 链表；
  • 先调用 hashCode 方法运算出数组的索引值，如果索引位无值则存储，有值就会发生哈希碰撞，此时用 equals 方法比较，如果 equals 方法相等就覆盖原有值，不相等以链表的形式存储并且后加的值放在链表头部（头插法）。
  • 弊端：哈希碰撞后，如果链表过长，则调用 equals 方法次数就会很多，效率低，所以要尽量减少哈希碰撞；并且链表过长查找也会低下，链表的查找时间复杂度是 Q(n)。
• JDK1.8 之后
  • hash算法为 数组 + 链表 + 红黑树；当链表的长度超过一定范围（8），总大小超过64时链表变为红黑树。

Map 的常用的方法:

// 删除:
// 从此 map 对象中 移除所有映射关系
void clear();
// 如果存在一个键的映射关系(key -- value),则将其从此映射中移除
// 如果没有该 key,并不会移除映射关系,返回一个null
// 如果有该 key, 移除这个 key, 并把 value 返回
// 返回值是 null 的话,那么该 key 之前并不一定不存在，可能 key 之前对应的 value 是 null
V remove(Object key);

// 查找:
boolean containsKey(Object key);
boolean containsValue(Object value);

// 获取:
V get(Object key);

// 判断:
boolean isEmpty();

// 添加:
V  put(K key, V value);

Map 的遍历方式：

• Set keySet(); 把本 map 里的所有 key 全部拿出来装入 Set 集合中,作为返回值返回;
• Set<Map.Entry<K,V>> entrySet(); 返回此映射中包含的映射关系的 Set 视图;

3.1、HashMap && HashTable

特性：

• 底层: 哈希表实现。
• key 完全无序。
• HashMap 中 key 和 value 可以为 null，线程不安全，效率高。
• HashTable 中 key 和 value 不可以为 null，线程安全，效率低。
• 协定: hashcode && equals。

3.2、LinkedHashMap

• 底层: 哈希表 + 链表;
• 底层更加复杂，速度比父类慢。
• key 保证了 插入时顺序。
• key 和 value 可以为 null。
• 协定: hashcode equals 方法查重。

3.3、TreeMap

• 底层: 红黑二叉树。
• key 不可以为 null。
• value 可以为 null。
• 保证了 按照 key 的 自然顺序进行存储。