Java集合框架简述
2015-12-19 16:16
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Java集合框架实现了线性表、链表和哈希表这几类数据结构,为我们在程序开发带来了许多便捷。Java集合框架分为两部分:1.集合,用于存数一个元素集合;2.图,用来存储键值对。该文主要对JDK中Collection和Map两个接口中进行简述。
附:
注:java集合框架中的所有具体类中都实现了Cloneable和Serializable接口,因此它们的实例都是可复制且可序列化的。
主要构造方法:
主要构造方法:
1.使用Comparable接口实现。当插入的对象为Comparable实例(如String,Date等)时,就可以通过接口中的compareTo对对象进行排序。此种排序方式为自然顺序。
2.使用比较器接口Comparator实现。有时我们可能需要自定义元素排序的顺序,或者说对象不是Comparable的实例,就可以通过比较器中的compare(object e1, object e2)方法来实现自定义的排序。此种排序方式为比较器顺序。
主要构造方法:
以下为实现比较器顺序的一个案例(以学生信息为例,可通过学号排序,也可通过成绩排序):
List接口中方法有:
构造方法:
在Java2之前引入了向量类Vector,其使用方式与ArrayList类似,但Vector实现了现成同步,以避免多线程访问数据时引起数组损坏。关于线程同步,会在后续文章中提及。
构造方法及其他方法:
Queue中有两个具体实现类:链表LinkedList和优先队列PriorityQueue。
构造方法:
Map----
|
|----SortMap----TreeMap
|
|----HashMap----LinkedHashMap
图是按照键值存储数据的容器,这一点与List有相似之处,键值类似于List中的下标,不同的是Map的键值可以是任意对象,同时键值不能重复。图中每个键值对应着一个值,键与值一起存储在图中。
Map接口中有如下方法:
上述三种具体类都可以通过构造方法从其他图中进行创建。以下为一些
由此可知,hashcode相等的两个元素未必相同,但两个相同的元素hashcode必定相同。
在Set接口的实例中如果不需要维护元素插入的顺序,则使用HashSet,因为HashSet更高效率。Map接口中的HashMap也是如此。
在List接口中,ArrayList在尾部提取和插入元素比较高效,LinkedList在任意位置删除和插入元素较高效。
如果在应用程序中不需要添加重复的元素,那么规则集会是最高效的集合。
一、Collection接口
Java集合框架中主要支持三种类型的集合:1.Set(规则集) 2.List(线性表) 3.Queue(队列),其层级关系如图:附:
Iterator接口
Iterator接口提供了为不同类型集合中的元素进行遍历的统一方法。通过Collection接口中的iterator方法可以返回一个Iterator接口的实例(迭代器)。该实例可以通过hasNext()方法检测迭代器中是否有更多的元素,next()方法顺序访问集合的元素等。注:java集合框架中的所有具体类中都实现了Cloneable和Serializable接口,因此它们的实例都是可复制且可序列化的。
1、规则集Set
Set接口扩展于Collection接口,在一个实现Set的类中必须确保该规则集没有相同的元素。Set接口中有三个具体类:散列集HashSet、链式散列集LinkedHashSet和树形集TreeSet。HashSet
HashSet扩展于Set接口,可以用来储存互不相同的元素。当程序向HashSet的实例中添加多个相同的元素时,只有一个元素会被存储,因为规则集中只能存储不同的元素。此外,HashSet实例中存储的元素没有特定的顺序,并不会按照插入顺序进行排序。主要构造方法:
+HashSet() //无参构造,创建一个HashSet实例 +HashSet(Collection<? extends E> c) //从集合c中创建HashSet实例 +HashSet(int size) //创建容量为size的HashSet实例
LinkedHashSet
LinkedHashSet用一个链表实现来扩展HashSet类,因此依旧无法添加重复的元素。在HashSet中,我们无法对其实例的元素进行排序,而当我们需要对元素插入的顺序进行排序时,LinkedHashSet是一个可用的选择。主要构造方法:
+LinkedHashSet() //创建一个无参实例 +LinkedHashSet(Collection<? extends E> c) //从集合c中创建LinkedHashSet实例 +LinkedHashset(int size) //创建一个容量为size的实例
TreeSet
TreeSet是SortSet接口中的一个具体子类,其中SortSet为Set的子接口。在LinkedHashSet中,可以通过元素插入的顺序对元素排序,但是有时候需要自定义元素排序的顺序,在TreeSet中,只要对象可比较,即可添加进树形集中,并且可通过以下两种方式进行排序:1.使用Comparable接口实现。当插入的对象为Comparable实例(如String,Date等)时,就可以通过接口中的compareTo对对象进行排序。此种排序方式为自然顺序。
2.使用比较器接口Comparator实现。有时我们可能需要自定义元素排序的顺序,或者说对象不是Comparable的实例,就可以通过比较器中的compare(object e1, object e2)方法来实现自定义的排序。此种排序方式为比较器顺序。
主要构造方法:
+TreeSet() //创建一个无参实例 +TreeSet( Collection<? extends E> c) //从集合c中创建LinkedHashSet实例 +TreeSet(int size) //创建一个容量为size的实例
以下为实现比较器顺序的一个案例(以学生信息为例,可通过学号排序,也可通过成绩排序):
import java.io.Serializable; import java.util.Comparator; public class StudentComparator implements Comparator<Student>, Serializable{ //Java所有集合中都实现了序列化,为了能成功排序,必须实现该接口 @Override public int compare(Student o1, Student o2) { if (o1.getGrade() > o2.getGrade()) return 1; else if (o1.getGrade() == o2.getGrade()) return 0; else return -1; } }
<pre name="code" class="java">import java.util.Iterator; import java.util.TreeSet; public class TestTreeSet { public static void main(String[] args) { TreeSet<Student> set = new TreeSet<>(new StudentComparator()); set.add(new Student(1, 80)); set.add(new Student(2, 50)); set.add(new Student(3, 78)); Iterator<Student> iterator = set.iterator(); //使用迭代器遍历元素 while (iterator.hasNext()) { Student student = (Student) iterator.next(); System.out.println(student.getId() + " " + student.getGrade()); } } } /*以下为输出结果 2 50 3 78 1 80*/
2、线性表List
在程序开发中,往往我们需要向集合中添加相同的元素,线性表实现了添加重复元素的功能,此外,线性表也允许通过下标访问集合中指定位置的元素。线性表是一个有序允许重复的集合。List接口中方法有:
+add(int index) //指定下标添加元素 +addAll(int index, Collection<? extends E> c) //指定下标处添加c中所有元素 +get(int index) //返回指定下标元素 +lastIndexOf(Object o) //返回相同元素的下标 +listIterator() //返回遍历列表的迭代器 +listIterator(int startIndex) //返回从startIndex开始的所有元素的迭代器 +remove(int index) //删除指定下标的元素 +set(int index, E element) //设置指定下标的元素 +subList(int fromIndex, int toIndex) //返回从fromIndex到toIndex元素子列表List接口中有两个具体实现类:数组线性表ArrayList和链表LinkedList。
ArrayList
ArrayList使用数组来存储元素,这个数组是动态创建的,当插入的元素超过数组的长度时,就会创建更大的数组,并把当前数组的元素复制到新的数组当中。因此相对于数组来说ArrayList更具有灵活性。构造方法:
+ArrayList() //创建一个空列表 +ArrayList(Collection<? extends E> c) //从集合c中创建实例 +ArrayList(int size) //创建一个大小为size的空列表此外,ArrayList中有trimToSize()方法可以将ArrayList的容量缩小到当前列表大小。
在Java2之前引入了向量类Vector,其使用方式与ArrayList类似,但Vector实现了现成同步,以避免多线程访问数据时引起数组损坏。关于线程同步,会在后续文章中提及。
LinkedList
LinkedList是一个双向链表,除了实现List接口的方法还实现了添加和删除表头表尾元素的方法。构造方法及其他方法:
+LinkedList() //创建一个空链表 +LinkedList(int size) //创建一个容量为size的空链表 +addFirst(E e) //添加表头元素 +addLast(E e) //添加表尾元素 +getFirst() //返回表头元素 +getLast() //返回表尾元素 +removeFirst() //移除表头元素 +removeLast() //移除表尾元素
3、队列Queue
Queue,队列,是一种先进先出的数据结构。新增的元素会插在队列的末尾。在优先队列中,优先级高的元素会首先出队。Queue接口中主要有以下方法:+offer(E e) //添加元素 +poll() // 返回并删除队头元素,否则返回null +remove() //返回并删除队头元素,否则抛出异常 +peek() // 返回队头元素,否则返回null +element() //返回队头元素,否则抛出异常
Queue中有两个具体实现类:链表LinkedList和优先队列PriorityQueue。
LinkedList
在上述的List接口中也提到过LinkedList,它同时扩展自List接口和Deque接口。双向队列Deque接口扩展自Queue接口,支持在队列的两端在两端插入或删除数据。具体方法可参考上述内容。PriorityQueue
此类实现了优先队列,在默认情况下,该队列的初始容量为11。其实例所存储的元素默认以自然顺序排列,因此自然顺序下最小的元素会优先出队。队列中可能出现对个优先级相同的元素,那么拥有相同优先级的元素会有其中任意一个优先出队。在讲述TreeSet时提到过使用Comparator接口来实现比较器顺序,在优先队列中依然可行。构造方法:
+PriorityQueue() //创建一个默认的优先队列 +PriorityQueue(int size) //创建一个容量为size的优先队列 +PriorityQueue(Collection<? extends E> c) //从集合c中创建优先队列 +PriorityQueue(int size, Comparator<? super E>) //创建一个容量为size且拥有比较器顺序的优先队列
二、Map接口
Java集合框架中支持三种类型的图:散列图HashMap,链式散列图LinkedHashMap和树形图TreeMap。其层级关系与规则集Set类似。Map----
|
|----SortMap----TreeMap
|
|----HashMap----LinkedHashMap
图是按照键值存储数据的容器,这一点与List有相似之处,键值类似于List中的下标,不同的是Map的键值可以是任意对象,同时键值不能重复。图中每个键值对应着一个值,键与值一起存储在图中。
Map接口中有如下方法:
+clear(); //删除图中所有条目 +containsKey(Object key) //图中如果包含指定键值返回true +containsValue(Object value) //图中如果包含指定值返回true +get(Object key) //获得指定键值对应的值 +entrySet() //返回包含图中条目的规则集 +isEmpty() //判断是否空 +keySet() //返回图中包含键值的一个规则集 +put(Object key, Object value) //添加键值对 +putAll( ) //将指定实例中的键值对添加到当前实例中 +remove(Object key) //删除指定键值对应的值 +size() //键值对个数 +values() //返回图中包含的集合
HashMap
与HashSet相类似,HashMap实例存储的键值对是无序的,不会根据插入的顺序将键值对进行排序,并且存储顺序是随机的。LinkedHashMap
该类扩展自HashMap,实现了插入的键值对的排序。其排序方式有两种,一种根据插入顺序排序(插入顺序),一种根据最后一次被访问的顺序排序(访问顺序)。通过以下构造方法说明:+LinkedHashMap(int size, float loadFactor, boolean Order) //创建一个容量为size的图,客座率为loadFactor(即存储的键值对超过该值,会自动增加图的容量,一般为0.75f),true代表访问顺序,false代表插入顺序
TreeMap
与TreeSet类似,可通过两种方式来实现对图中的键值进行排序。上述三种具体类都可以通过构造方法从其他图中进行创建。以下为一些
import java.util.HashMap; import java.util.LinkedHashMap; import java.util.Map; import java.util.TreeMap; public class TestMap { public static void main(String[] args) { Map<String, Integer> hashmap = new HashMap<>(); hashmap.put("s1", 10); hashmap.put("s2", 6); hashmap.put("s3", 7); System.out.println("HashMap:"); System.out.println(hashmap); Map<String, Integer> linkedHashMap = new LinkedHashMap<>(3, 0.75f, true); linkedHashMap.put("s1", 10); linkedHashMap.put("s2", 6); linkedHashMap.put("s3", 7); System.out.println("LinkedHashMap:"); System.out.println(linkedHashMap); Map<String, Integer> treeMap = new TreeMap<>(); treeMap.put("s1", 10); treeMap.put("s2", 6); treeMap.put("s3", 7); System.out.println("TreeMap:"); System.out.println(treeMap); } } /*输出结果 HashMap: {s3=7, s1=10, s2=6} LinkedHashMap: {s1=10, s2=6, s3=7} TreeMap: {s1=10, s2=6, s3=7}*/
总结
HashSet与HashMap都不能存储相同的元素。其判断是否存在相同元素通过hashcode()和equals()两个方法来实现,当插入一个新元素或键值时,会先判断集合或图中是否存在hashcode()值相同的元素,伪代码如下:if (两个元素hashcode值相等) { if (两个元素相等) return true; //不添加 else return false; //添加 }
由此可知,hashcode相等的两个元素未必相同,但两个相同的元素hashcode必定相同。
在Set接口的实例中如果不需要维护元素插入的顺序,则使用HashSet,因为HashSet更高效率。Map接口中的HashMap也是如此。
在List接口中,ArrayList在尾部提取和插入元素比较高效,LinkedList在任意位置删除和插入元素较高效。
如果在应用程序中不需要添加重复的元素,那么规则集会是最高效的集合。
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