集合框架
集合框架被设计成要满足以下几个目标。
- 该框架必须是高性能的。基本集合（动态数组，链表，树，哈希表）的实现也必须是高效的。
- 该框架允许不同类型的集合，以类似的方式工作，具有高度的互操作性。
- 对一个集合的扩展和适应必须是简单的。
为此，整个集合框架就围绕一组标准接口而设计。你可以直接使用这些接口的标准实现，诸如： LinkedList, HashSet, 和 TreeSet 等,除此之外你也可以通过这些接口实现自己的集合。
从上面的集合框架图可以看到，Java 集合框架主要包括两种类型的容器，一种是集合（Collection），存储一个元素集合，另一种是图（Map），存储键/值对映射。Collection 接口又有 3 种子类型，List、Set 和 Queue，再下面是一些抽象类，最后是具体实现类。
集合框架是一个用来代表和操纵集合的统一架构。所有的集合框架都包含如下内容：
-
接口： 是代表集合的抽象数据类型。例如 Collection、List、Set、Map 等。之所以定义多个接口，是为了以不同的方式操作集合对象
-
实现（类）： 是集合接口的具体实现。从本质上讲，它们是可重复使用的数据结构，例如：ArrayList、LinkedList、HashSet、HashMap。
-
算法： 是实现集合接口的对象里的方法执行的一些有用的计算，例如：搜索和排序。这些算法被称为多态，那是因为相同的方法可以在相似的接口上有着不同的实现。
除了集合，该框架也定义了几个 Map 接口和类。Map 里存储的是键/值对。尽管 Map 不是集合，但是它们完全整合在集合中。
集合接口
集合框架定义了一些接口。本节提供了每个接口的概述：
| 序号 | 接口描述 |
|---|---|
| 1 | Collection 接口 Collection 是最基本的集合接口，一个 Collection 代表一组 Object，即 Collection 的元素, Java不提供直接继承自Collection的类，只提供继承于的子接口(如List和set)。Collection 接口存储一组不唯一，无序的对象。 |
| 2 | List 接口 List接口是一个有序的 Collection，使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置，能够通过索引(元素在List中位置，类似于数组的下标)来访问List中的元素，第一个元素的索引为 0，而且允许有相同的元素。List 接口存储一组不唯一，有序（插入顺序）的对象。 |
| 3 | Set Set 具有与 Collection 完全一样的接口，只是行为上不同，Set 不保存重复的元素。Set 接口存储一组唯一，无序的对象。 |
| 4 | SortedSet 继承于Set保存有序的集合。 |
| 5 | Map Map 接口存储一组键值对象，提供key（键）到value（值）的映射。 |
| 6 | Map.Entry 描述在一个Map中的一个元素（键/值对）。是一个 Map 的内部接口。 |
| 7 | SortedMap 继承于 Map，使 Key 保持在升序排列。 |
| 8 | Enumeration 这是一个传统的接口和定义的方法，通过它可以枚举（一次获得一个）对象集合中的元素。这个传统接口已被迭代器取代。 |
Set和List的区别
- Set 接口实例存储的是无序的，不重复的数据。List 接口实例存储的是有序的，可以重复的元素。
- Set检索效率低下，删除和插入效率高，插入和删除不会引起元素位置改变 。
- List和数组类似，可以动态增长，根据实际存储的数据的长度自动增长List的长度。查找元素效率高，插入删除效率低，因为会引起其他元素位置改变 。
Iterator（迭代器）
Java Iterator（迭代器）不是一个集合，它是一种用于访问集合的方法，可用于迭代 ArrayList和 HashSet等集合。
Iterator 是 Java 迭代器最简单的实现，ListIterator 是 Collection API 中的接口， 它扩展了 Iterator 接口。
迭代器 it 的两个基本操作是 next 、hasNext 和 remove。
调用 it.next() 会返回迭代器的下一个元素，并且更新迭代器的状态。
调用 it.hasNext() 用于检测集合中是否还有元素。
调用 it.remove() 将迭代器返回的元素删除。
获取一个迭代器
集合想获取一个迭代器可以使用 iterator() 方法:
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Iterator;
public class IteratorTest {
public static void main(String[] args) {
// 创建集合
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Google");
list.add("Runoob");
list.add("Taobao");
list.add("Zhihu");
// 获取迭代器
Iterator<String> it = list.iterator();
// 输出集合中的第一个元素
System.out.println(it.next());
}
}
执行以上代码，输出结果如下：
Google
循环集合元素
让迭代器 it 逐个返回集合中所有元素最简单的方法是使用 while 循环：
while(it.hasNext()) {
System.out.println(it.next());
}
例子：
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Iterator;
public class IteratorTest {
public static void main(String[] args) {
// 创建集合
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Google");
list.add("Runoob");
list.add("Taobao");
list.add("Zhihu");
// 获取迭代器
Iterator<String> it = list.iterator();
// 输出集合中的所有元素
while(it.hasNext()) {
System.out.println(it.next());
}
}
}
执行以上代码，输出结果如下：
Google
Runoob
Taobao
Zhihu
删除元素
要删除集合中的元素可以使用 remove() 方法。
例子：
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Iterator;
public class IteratorTest {
public static void main(String[] args) {
// 创建集合
List<Integer> numbers = new ArrayList<>();
numbers.add(18);
numbers.add(9);
numbers.add(5);
numbers.add(20);
Iterator<Integer> it = numbers.iterator();
while(it.hasNext()) {
Integer i = it.next();
if(i < 15) {
it.remove(); // 删除小于 15 的元素
}
}
System.out.println(numbers);
}
}
执行以上代码，输出结果如下：
[18, 20]
遍历 ArrayList
例子：
import java.util.*;
public class Test{
public static void main(String[] args) {
List<String> list=new ArrayList<String>();
list.add("Hello");
list.add("World");
list.add("HAHAHAHA");
//第一种遍历方法使用 For-Each 遍历 List
for (String str : list) {
//也可以改写 for(int i=0;i<list.size();i++) 这种形式
System.out.println(str);
}
//第二种遍历，把链表变为数组相关的内容进行遍历
String[] strArray=new String[list.size()];
list.toArray(strArray);
for(int i=0;i<strArray.length;i++) //这里也可以改写为 for(String str:strArray) 这种形式
{
System.out.println(strArray[i]);
}
//第三种遍历 使用迭代器进行相关遍历
Iterator<String> ite=list.iterator();
while(ite.hasNext())//判断下一个元素之后有值
{
System.out.println(ite.next());
}
}
}
三种方法都是用来遍历ArrayList集合，第三种方法是采用迭代器的方法，该方法可以不用担心在遍历的过程中会超出集合的长度。
遍历 Map
例子：
import java.util.*;
public class Test{
public static void main(String[] args) {
Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
map.put("1", "value1");
map.put("2", "value2");
map.put("3", "value3");
//第一种：普遍使用，二次取值
System.out.println("通过Map.keySet遍历key和value：");
for (String key : map.keySet()) {
System.out.println("key= "+ key + " and value= " + map.get(key));
}
//第二种
System.out.println("通过Map.entrySet使用iterator遍历key和value：");
Iterator<Map.Entry<String, String>> it = map.entrySet().iterator();
while (it.hasNext()) {
Map.Entry<String, String> entry = it.next();
System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue());
}
//第三种：推荐，尤其是容量大时
System.out.println("通过Map.entrySet遍历key和value");
for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue());
}
//第四种
System.out.println("通过Map.values()遍历所有的value，但不能遍历key");
for (String v : map.values()) {
System.out.println("value= " + v);
}
}
}
ArrayList
ArrayList 类是一个可以动态修改的数组，与普通数组的区别就是它是没有固定大小的限制，我们可以添加或删除元素。
ArrayList 继承了 AbstractList ，并实现了 List 接口。
ArrayList 类位于 java.util 包中，使用前需要引入它.
语法：
import java.util.ArrayList; // 引入 ArrayList 类
ArrayList<E> objectName =new ArrayList<>(); // 初始化
- E: 泛型数据类型，用于设置 objectName 的数据类型，只能为引用数据类型。
- objectName: 对象名。
ArrayList 是一个数组队列，提供了相关的添加、删除、修改、遍历等功能。
ArrayList可以实现所有可选择的列表操作，允许所有的元素，包括空值。 Array List还提供了内部存储Iist的方法，它能够完全替代 Vector,只有一点例外， Array List不是线程安全的容器。
ArrayList有一个容量的概念，这个数组的容量就是List用来存储元素的容量。
ArrayList不是线程安全的容器，如果多个线程中至少有两个线程修改了 ArrayList的结构的话就会导致线程安全问题，作为替代条件可以使用线程安全的List,应使用
List list = Collections. synchronizedList(new Arraylist(...))
ArrayList具有fail-fast快速失败机制，能够对 ArrayList作出失败检测。当在迭代集合的过程中该集合在结构上发生改变的时候，就有可能会发生fail-fast,即抛出
ConcurrentModificationException异常。
常用方法
Java ArrayList 常用方法列表如下：
| 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 |
ArrayList 排序
Collections 类也是一个非常有用的类，位于 java.util 包中，提供的 sort() 方法可以对字符或数字列表进行排序。
例子：
public class ArrayListTest {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Google");
list.add("Runoob");
list.add("Taobao");
list.add("Zhihu");
// 字母排序
Collections.sort(list);
for (String i : list) {
System.out.println(i);
}
}
}
以上实例，执行输出结果为：
Google
Runoob
Taobao
Zhihu
例子：
public class ArrayListTest {
public static void main(String[] args) {
List<Integer> numbers = new ArrayList<>();
numbers.add(18);
numbers.add(9);
numbers.add(5);
numbers.add(20);
//数字排序
Collections.sort(numbers);
for (Integer number : numbers) {
System.out.println(number);
}
}
}
以上实例，执行输出结果为：
5
9
18
20
LinkedList
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。
以下情况使用 ArrayList :
- 频繁访问列表中的某一个元素。
- 只需要在列表末尾进行添加和删除元素操作。
以下情况使用 LinkedList :
- 你需要通过循环迭代来访问列表中的某些元素。
- 需要频繁的在列表开头、中间、末尾等位置进行添加和删除元素操作。
LinkedList 继承了 AbstractSequentialList 类。
LinkedList 实现了 Queue 接口，可作为队列使用。
LinkedList 实现了 List 接口，可进行列表的相关操作。
LinkedList 实现了 Deque 接口，可作为队列使用。
LinkedList 实现了 Cloneable 接口，可实现克隆。
LinkedList 实现了 java.io.Serializable 接口，即可支持序列化，能通过序列化去传输。
LinkedList 类位于 java.util 包中，使用前需要引入它.
语法：
// 引入 LinkedList 类
import java.util.LinkedList;
LinkedList<E> list = new LinkedList<E>(); // 普通创建方法
或者
LinkedList<E> list = new LinkedList(Collection<? extends E> c); // 使用集合创建链表
LinkedList所有的操作都可以表现为双向性的，索引到链表的操作将遍历从头到尾，视哪个距离近为遍历顺序。
注意这个实现也不是线程安全的，如果多个线程并发访问链表，并且至少其中的一个线程修改了链表的结构，那么这个链表必须进行外部加锁。或者使用
List list =Collections. synchronizedList(new Linkedlist(...))
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。 |
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。
创建一个HashSet对象。
语法：
HashSet<E> sites = new HashSet<>();
常用方法
Java HashSet 常用方法列表如下：
| 方法 | 描述 |
|---|---|
add(E e) |
如果指定的元素尚不存在，则将其添加到此集合中。 |
clear() |
从该集中删除所有元素。 |
clone() |
返回此 HashSet实例的浅表副本：未克隆元素本身。 |
contains(Object o) |
如果此set包含指定的元素，则返回 true 。 |
isEmpty() |
如果此集合不包含任何元素，则返回 true 。 |
iterator() |
返回此set中元素的迭代器。 |
remove(Object o) |
如果存在，则从该集合中移除指定的元素。 |
size() |
返回此集合中的元素数（基数）。 |
spliterator() |
在此集合中的元素上创建*late-binding和失败快速* Spliterator 。 |
HashMap
HashMap 是一个散列表，它存储的内容是键值对(key-value)映射。
HashMap 实现了 Map 接口，根据键的 HashCode 值存储数据，具有很快的访问速度，最多允许一条记录的键为 null，不支持线程同步。
HashMap 是无序的，即不会记录插入的顺序。
HashMap 继承于AbstractMap，实现了 Map、Cloneable、java.io.Serializable 接口。
HashMap 的 key 与 value 类型可以相同也可以不同。
HashMap 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。
创建一个HashMap对象。
语法：
HashMap<K, V> Sites = new HashMap<>();
常用方法
Java HashMap 常用方法列表如下：
| 方法 | 描述 |
|---|---|
| clear() | 删除 hashMap 中的所有键/值对 |
| clone() | 复制一份 hashMap |
| isEmpty() | 判断 hashMap 是否为空 |
| size() | 计算 hashMap 中键/值对的数量 |
| put() | 将键/值对添加到 hashMap 中 |
| putAll() | 将所有键/值对添加到 hashMap 中 |
| putIfAbsent() | 如果 hashMap 中不存在指定的键，则将指定的键/值对插入到 hashMap 中。 |
| remove() | 删除 hashMap 中指定键 key 的映射关系 |
| containsKey() | 检查 hashMap 中是否存在指定的 key 对应的映射关系。 |
| containsValue() | 检查 hashMap 中是否存在指定的 value 对应的映射关系。 |
| replace() | 替换 hashMap 中是指定的 key 对应的 value。 |
| replaceAll() | 将 hashMap 中的所有映射关系替换成给定的函数所执行的结果。 |
| get() | 获取指定 key 对应对 value |
| getOrDefault() | 获取指定 key 对应对 value，如果找不到 key ，则返回设置的默认值 |
| forEach() | 对 hashMap 中的每个映射执行指定的操作。 |
| entrySet() | 返回 hashMap 中所有映射项的集合集合视图。 |
| keySet() | 返回 hashMap 中所有 key 组成的集合视图。 |
| values() | 返回 hashMap 中存在的所有 value 值。 |
| merge() | 添加键值对到 hashMap 中 |
| compute() | 对 hashMap 中指定 key 的值进行重新计算 |
| computeIfAbsent() | 对 hashMap 中指定 key 的值进行重新计算，如果不存在这个 key，则添加到 hasMap 中 |
| computeIfPresent() | 对 hashMap 中指定 key 的值进行重新计算，前提是该 key 存在于 hashMap 中。 |
总结
Java集合框架为程序员提供了预先包装的数据结构和算法来操纵他们。
集合是一个对象，可容纳其他对象的引用。集合接口声明对每一种类型的集合可以执行的操作。
集合框架的类和接口均在java.util包中。
任何对象加入集合类后，自动转变为Object类型，所以在取出的时候，需要进行强制类型转换。
发布者：全栈程序员-用户IM，转载请注明出处：https://javaforall.cn/114430.html原文链接：https://javaforall.cn
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