Java基础-->集合框架

第一节   集合框架的概述

一、概述：

1、简述：

      所谓集合，就是为方便对多个对象的操作，对对象进行存储。集合就是存储对象最常用的一种方式。

2、集合与数组的区别：

      数组：可存储同种类型的数据，但长度固定，也可存储基本类型的数据

      集合：只可存储对象，长度可变，类型可以不同。

3、集合的特点：

      只用于存储对象，长度可变，也可存不同类型的对象。

      集合是一个接口，将每种容器的共性提取，形成的一个体系。

4、数据结构：

      由于每种容器对数据的存储方式都各不相同，所以出现了不同的容器。此种存储方式称之为数据结构。



二、集合体系如图：



三、集合中的共性方法：

下面从增删改查等方面对这些共性发方法进行简单介绍：

说明：

   a.add方法中的参数类型是Object，以便于接收任意类型的对象

    b.集合中存储的都是对象的引用（即地址）。

1、增加：

   add(Object obj);   ----->  添加元素

2、删除：

   remove();      ----->  删除集合中指定参数的元素

   removeAll();   ----->  删除当前集合中与另一集合相同的元素，即只保留与另一集合不同的元素

   clear();       ----->  清空集合中的元素，集合还存在

3、获取集合长度：

   size();        ----->  获取集合长度，即集合元素的个数

4、修改：

   set(int index,e);  ----->  将指定位置（index）上的元素修改为给定的参数e

5、判断：

   boolean contains(e); ----->  判断给定元素e是否存在于集合中

6、迭代器：iterator()   ----->  集合取出元素的方式

   boolean hasNext();   ----->  判断是否还有下一个元素

   next();              ----->  取出下一个元素



示例：







四、Collection接口包含的子类

Collection接口包含List与Set等子类

List：元素是有序的，元素可重复，因该集合体系有索引

Set：元素是无序的，元素不可重复

第二节   List集合

一、概述：

List集合包含三个子类：ArrayList、LinkedList以及Vector等。

具体区别如下：

1、ArrayList：底层的数据结构时数组结构

      特点：查询速度很快，因为有索引（角标），但增删速度稍慢。是线程不同步的。

2、LinkedList：底层使用的是链表数据结构

      特点：增删速度很快，但查询速度稍慢，因为每一个元素都链接到前一元素。

3、Vector：底层是数组结构，JDK1.0出现，比较老。

      特点：增删查询都很慢，被ArrayList替代了，线程是同步的。



二、对于List集合特有的方法：

凡是可操作角标的方法都是该体系特有的方法，基本方法和Collection中的一样。

1、增加：
   add(int index,e);               ----->  在指定位置增加给定的元素
   addAll(int index,Collection);   ----->  在指定位置增加给定集合中的所有元素，若省略位置参数，则在当前集合的后面依次添加元素

2、删除：
   remove(int index); ----->  删除集合中指定位置上的元素

   
3、修改：
   set(int index,e);  ----->  将指定位置（index）上的元素修改为给定的参数e

4、查询：
   get(int index);    ----->  获取指定位置上的元素

   indexOf(e);        ----->  通过指定元素获取其在集合中的位置

   subList(int from,int to);    ----->  获取从from到to位置上的元素

   Iterator listIterator();     ----->  返回Iterator接口类型值





注：
1、listIterator是List特有的迭代器，是Iterator子接口。在迭代时，不可通过集合对象的方法操作集合中的元素，因为会发生ConcurrentModficationException异常。所以，在迭代时，只能用迭代器的方法操作，可Iterator方法是有限的，若想要其他操作如增删改写等，就需要使用子接口，即ListIterator，该接口只能通过List集合的listIerator方法获取。
2、在迭代时，循环中的next()调用一次，就要对hasNext判断一次，不可判断一次调用两次。
3、List集合判断元素是否相同，一句的是元素的equals方法，其中，contains中就是调用的equals方法。

arraylist实现iterator原码解释：



三、Vector类：

Vector中有种特殊的取出方式，即为枚举

1、枚举和迭代器十分相似，其实两者是一样的，由于枚举的名称以及方法名都过长，因此，就被迭代器取代了。这里就不过多的介绍了。



四、LinkedList类特有方法：

一）JDK1.6之前的方法

1、增加：

   addFirst(obj);   ----->  在集合头部添加给定的元素

   addLast(obj);    ----->  在集合尾部添加给定的元素

2、获取：

   getFirst();   ----->  获取集合第一个元素，若集合中没有元素，则出现NoSuchElementException

   getLast();    ----->  获取集合最后一个元素，若集合中没有元素，则出现NoSuchElementException

   

3、删除：

   removeFirst();  ----->  获取并删除集合第一个元素，若集合中没有元素，则出现NoSuchElementException

   removeLast();   ----->  获取并删除集合最后一个元素，若集合中没有元素，则出现NoSuchElementException

二）JDK1.6出现的替代方法：

1、增加：
   offerFirst(obj);   ----->  在集合头部添加给定的元素

   offerLast(obj);    ----->  在集合尾部添加给定的元素

2、获取：
   peekFirst();   ----->  获取集合第一个元素，若集合中没有元素，则返回null
   peekLast();    ----->  获取集合最后一个元素，若集合中没有元素，则返回null
   
3、删除：
   pollFirst();  ----->  获取并删除集合第一个元素 ，若集合中没有元素，则返回null
   pollLast();   ----->  获取并删除集合最后一个元素，若集合中没有元素，则返回nul

arraylist实现iterator原码解释

三、Vector类：

Vector中有种特殊的取出方式，即为枚举

1、枚举和迭代器十分相似，其实两者是一样的，由于枚举的名称以及方法名都过长，因此，就被迭代器取代了。这里就不过多的介绍了。

四、LinkedList类特有方法：

一）JDK1.6之前的方法

1、增加：

   addFirst(obj);   ----->  在集合头部添加给定的元素

   addLast(obj);    ----->  在集合尾部添加给定的元素

2、获取：

   getFirst();   ----->  获取集合第一个元素，若集合中没有元素，则出现NoSuchElementException

   getLast();    ----->  获取集合最后一个元素，若集合中没有元素，则出现NoSuchElementException

   

3、删除：

   removeFirst();  ----->  获取并删除集合第一个元素，若集合中没有元素，则出现NoSuchElementException

   removeLast();   ----->  获取并删除集合最后一个元素，若集合中没有元素，则出现NoSuchElementException

二）JDK1.6出现的替代方法：

1、增加：
   offerFirst(obj);   ----->  在集合头部添加给定的元素

   offerLast(obj);    ----->  在集合尾部添加给定的元素

2、获取：
   peekFirst();   ----->  获取集合第一个元素，若集合中没有元素，则返回null
   peekLast();    ----->  获取集合最后一个元素，若集合中没有元素，则返回null
   
3、删除：
   pollFirst();  ----->  获取并删除集合第一个元素 ，若集合中没有元素，则返回null
   pollLast();   ----->  获取并删除集合最后一个元素，若集合中没有元素，则返回nul



第三节  Set 集合

一、概述：

1、Set集合的特点：

1）集合中的元素师无需的（存入和取出的顺序不一定一致），且元素不可重复。

2）Set集合的功能和Collection集合的是一样的，并没有什么特别的方法。

这里主要说一下关于HashSet和TreeSet两种集合的方法和特点：

二、HashSet类

1、特点：

   底层数据结构时哈希表，且元素取出方式只有迭代器方法

2、哈希表简介：

1）哈希表是按照哈希值的大小进行排列的，如果两个哈希值不同，则大的值放后面；如果两个哈希值相同，则再用equals方法比较两个元素的对象是否相同，如果不同，则将第二个值顺延，两个值串起来，放在同一个位置上。

2）取值时是按照哈希值取出来的。

3）哈希值的取值方式：哈希值存入哈希表中，哈希表也称散列表。散列表是存放记录的数组。具体来说，散列表是根据散列函数H(Key)和处理冲突的方法将一组关键字映象到一个有限的连续的地址集（区间）上，并以关键字在地址集中的“象”，作为这条记录在表中的存储位置，这种表表称为散列表，这一映象过程就称为散列造表或散列，所存储位置称为散列地址（这是百度百科上的内容）。我的理解是：存入的对象的地址是通过提取其信息摘要，通过散列函数计算而获得的一个关键码（Key）即哈希值，然后将这个值存入哈希表，而哈希表的存值方式是按照哈希值的大小顺序存储的，并且在这个哈希表中有自己的索引，但是哈希表的取值方式并不是按照索引的方式取出的。取出方式是按照哈希表中特有的算法取出的哈希值（注意，现在说的是哈希值，不是元素的取出），这些算法有直接寻址法、折叠法、平方取中法以及其他的一些方法等等。具体是按哪种算法查找的，我并不太清楚，所以，取出的哈希值可能就不是按照哈希值的大小顺序取出的了。

3、HashSet如何保证元素的唯一性：

通过元素的两个方法hasCode和equals方法来完成的。

如果元素的hashCode的值相同，才会判断equals是否为true。如果元素的hashCode值不相同，就不会调用equals方法了。

注：对于判断元素是否存在和删除（或添加）。依赖的方法是元素的hashcode和equals方法。



HashSet常见方法：



三、TreeSet类：

1、特点：

1）底层的数据结构为二叉树结构（红黑树结构）

2）可对Set集合中的元素进行排序，是因为：TreeSet类实现了Comparable接口，该接口强制让增加到集合中的对象进行了比较，需要复写compareTo方法，才能让对象按指定需求（如人的年龄大小比较等）进行排序，并加入集合。

java中的很多类都具备比较性，其实就是实现了Comparable接口。

注意：排序时，当主要条件相同时，按次要条件排序。

3）二叉树示意图：



2、保证元素唯一性的依据：

实现的compareTo方法的返回值，是正整数、负整数或零，则两个对象较大、较小或相同。相等时则不会存入。

3、两种比较方式：

      排序有两个要素：元素和集合

1）第一种排序方式：自然排序

      让元素自身具备比较性。元素需要实现Comparable接口，覆盖compareTo方法，这种方式也称为元素的自然排序或默认排序方式。





2）第二种排序方式：比较器

      当元素自身不具备比较性是，或者具备比较性，却不是所需要的，这时就需要让集合自身具备比较性。在集合初始化时就有了比较方式（即参阅构造函数）。

当两种排序方式都存在时，以比较器为主。

      如何构造比较器：定义一个类，实现Comparator接口，覆盖compare方法。

注：字符串本身具备比较性，但是它的比较方式可能不是所需要的，这时，就只能使用比较器了。





第四节  Map 集合

一、概述：

1、简述：

      Map<K,V>集合是一个接口，和List集合及Set集合不同的是，它是双列集合，并且可以给对象加上名字，即键（Key）

2、特点：

1）该集合存储键值对，一对一对往里存

2）要保证键的唯一性。

二、方法简介：

Map集合中的方法和上面集合的方法是很相似的，这里不一一都具体说明了，用示例的形式体现一下：

1、添加：      添加单个元素：put(k key,V value)； 添加一个集合：putAll(Map<? extends K,? extends V> m)

2、删除：      获取并移除：remove(Object key)； 清空集合中元素：clear (Object key)

3、判断：      判断集合是否为空： isEmpty()  ； 键对应的值是否存在：containsKey(Object key)； 值对应的键是否存在：containsValue(Object obj)  ---->     返回boolean类型

4、获取：      获取单个元素：get(Object key)； 获取长度：size()；    获取Map集合中的所有值（value），返回Conllection集合。

注：

a.也可以通过get()方法的返回值来判断一个键是否存在，通过返回null来判断。

b.其中put方法：如果出现添加相同的键，那么后添加的值会覆盖原有键对应的值，并且该方法返回被覆盖的值即原值。

示例：



三、Map集合中的子类：

1、HashTable：特点 -- > 底层是哈希表数据结构，不可存入null键和null值。该集合是线程同步的，效率较低

2、HashMap：特点   -- >  底层是哈希表数据结构，允许使用null值和null键。该集合是线程同步的，效率较高

3、TreeMap：特点     -- > 底层是二叉树数据结构，线程不同步，可以用于给Map集合中的键值进行排序，和Set很像，其实，Set集合的底层就是使用了Map集合。

四、两种获取集合元素的方法：

        重点说一下获取方法中的两个：keySet()和entrySet()方法

1、keySet()方法获取元素

原理：将Map集合中的所有键存入到Set集合中，因为Set集合具备迭代器，所以可以用迭代方式取出所有的键，再根据get方法获取每一个键对应的值。简单说就是：Map集合---->Set集合 ---->迭代器取出

示例：



2、entrySet()方法获取元素：

原理：将Map集合中的映射关系存入到了Set集合中，而这个映射关系的数据类型是Map.Entry，在通过迭代器将映射关系存入到Map.Entry集合中，并通过其中的getKey()和getValue()放取出键值。

示例：



补充：关于Map.Entry

Map是一个接口，其实，Entry也是一个接口，它是Map的子接口中的一个内部接口，就相当于是类中有内部类一样。为何要定义在其内部呢？

原因：a.Map集合中村的是映射关系这样的两个数据，是先有Map这个集合，才可有映射关系的存在，而且此类关系是集合的内部事务。

            b.并且这个映射关系可以直接访问Map集合中的内部成员，所以定义在内部。

五、Map集合的应用及扩展：

1、何时使用Map集合：当量数据之间存在着映射关系的时候，就应该想到使用Map集合。

2、示例：

获取该字符串中的字母出现的次数，如："sjokafjoilnvoaxllvkasjdfns"；希望打印的结果是：a(3)c(0).....

通过结果发现，每个字母都有对应的次数，说明字母和次数之间有映射关系。测试如下：





第二节   List集合

一、概述：

List集合包含三个子类：ArrayList、LinkedList以及Vector等。

具体区别如下：

1、ArrayList：底层的数据结构时数组结构

      特点：查询速度很快，因为有索引（角标），但增删速度稍慢。是线程不同步的。

2、LinkedList：底层使用的是链表数据结构

      特点：增删速度很快，但查询速度稍慢，因为每一个元素都链接到前一元素。

3、Vector：底层是数组结构，JDK1.0出现，比较老。

      特点：增删查询都很慢，被ArrayList替代了，线程是同步的。

二、对于List集合特有的方法：

三、Vector类：

Vector中有种特殊的取出方式，即为枚举

1、枚举和迭代器十分相似，其实两者是一样的，由于枚举的名称以及方法名都过长，因此，就被迭代器取代了。这里就不过多的介绍了。

四、LinkedList类特有方法：

一）JDK1.6之前的方法

1、增加：

   addFirst(obj);   ----->  在集合头部添加给定的元素

   addLast(obj);    ----->  在集合尾部添加给定的元素

2、获取：

   getFirst();   ----->  获取集合第一个元素，若集合中没有元素，则出现NoSuchElementException

   getLast();    ----->  获取集合最后一个元素，若集合中没有元素，则出现NoSuchElementException

   

3、删除：

   removeFirst();  ----->  获取并删除集合第一个元素，若集合中没有元素，则出现NoSuchElementException

   removeLast();   ----->  获取并删除集合最后一个元素，若集合中没有元素，则出现NoSuchElementException

二）JDK1.6出现的替代方法：

1、增加：
   offerFirst(obj);   ----->  在集合头部添加给定的元素

   offerLast(obj);    ----->  在集合尾部添加给定的元素

2、获取：
   peekFirst();   ----->  获取集合第一个元素，若集合中没有元素，则返回null
   peekLast();    ----->  获取集合最后一个元素，若集合中没有元素，则返回null
   
3、删除：
   pollFirst();  ----->  获取并删除集合第一个元素 ，若集合中没有元素，则返回null
   pollLast();   ----->  获取并删除集合最后一个元素，若集合中没有元素，则返回nul