Java集合

* 一、集合框架的概述
*
* 1.集合、数组都是对多个数据进行存储操作的结构，简称Java容器。
*  说明：此时的存储，主要指的是内存层面的存储，不涉及到持久化的
*  （.txt,.jpg,.avi，数据库中）
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* 2.1 数组在存储多个数据方面的特点：
*      > 一旦初始化以后，其长度就确定了。
*      > 数组一旦定义好，其元素的类型也就确定了。我们也就只能操作指定类型
*      的数据了。
*       比如：String[] arr;int[] arr1;Object[] arr2;
* 2.2 数组在存储多个数据方面的缺点：
*      > 一旦初始化以后，其长度就不可修改。
*      > 数组中提供的方法非常有限，对于添加、删除、插入数据等操作，非常不便，
*      同时效率不高。
*      > 获取数组中实际元素的个数的需求，数组没有现成的属性或方法可用
*      > 数组存储数据的特点：有序、可重复。对于无序、不可重复的需求，不能满足。
*
* 二、集合框架
*      |----Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象
*          |----List接口：存储有序的、可重复的数据。  -->“动态”数组
*              |----ArrayList、LinkedList、Vector
*
*          |----Set接口：存储无序的、不可重复的数据   -->高中讲的“集合”
*              |----HashSet、LinkedHashSet、TreeSet
*
*      |----Map接口：双列集合，用来存储一对(key - value)一对的数据   -->高中函数：
*      y = f(x)
*              |----HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、Hashtable、Properties
*
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* 三、Collection接口中的方法的使用
*   //add(Object e):将元素e添加到集合coll中
*   //size():获取添加的元素的个数
*   //addAll(Collection coll1):将coll1集合中的元素添加到当前的集合中
*   //clear():清空集合元素
*   //isEmpty():判断当前集合是否为空
*   //1.contains(Object obj):判断当前集合中是否包含obj
*   //我们在判断时会调用obj对象所在类的equals()。
*   //2.containsAll(Collection coll1):判断形参coll1中的所有元素是否都存在于当前 集合中。
*   //3.remove(Object obj):从当前集合中移除obj元素。
*   //4. removeAll(Collection coll1):差集：从当前集合中移除coll1中所有的元素。
*    结论：
* 向Collection接口的实现类的对象中添加数据obj时，要求obj所在类要重写equals().

* 1. List接口框架
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*    |----Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象
*          |----List接口：存储有序的、可重复的数据。  -->“动态”数组,替换原有的数组
*              |----ArrayList：作为List接口的主要实现类；线程不安全的，效率高；底层
*              使用Object[] elementData存储
*              |----LinkedList：对于频繁的插入、删除操作，使用此类效率比ArrayList高；
*              底层使用双向链表存储
*              |----Vector：作为List接口的古老实现类；线程安全的，效率低；底层
*              使用Object[] elementData存储
*
*
*   2. ArrayList的源码分析：
*   2.1 jdk 7情况下
*      ArrayList list = new ArrayList();//底层创建了长度是10的Object[]数组
*      elementData list.add(123);//elementData[0] = new Integer(123);
*      ...
*      list.add(11);//如果此次的添加导致底层elementData数组容量不够，则扩容。
*      默认情况下，扩容为原来的容量的1.5倍，同时需要将原有数组中的数据复制
*      到新的数组中。
*
*      结论：建议开发中使用带参的构造器：ArrayList list = new ArrayList(int capacity)
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*   2.2 jdk 8中ArrayList的变化：
*      ArrayList list = new ArrayList();//底层Object[] elementData初始化为{}.
*      并没有创建长度为10的数组
*
*      list.add(123);//第一次调用add()时，底层才创建了长度10的数组，并将数据
*      123添加到elementData[0]
*      ...
*      后续的添加和扩容操作与jdk 7 无异。
*   2.3 小结：jdk7中的ArrayList的对象的创建类似于单例的饿汉式，而jdk8中的
*   ArrayList的对象
*            的创建类似于单例的懒汉式，延迟了数组的创建，节省内存。
*
*  3. LinkedList的源码分析：
*      LinkedList list = new LinkedList(); 内部声明了Node类型的first和last属性，
*      默认值为null
*      list.add(123);//将123封装到Node中，创建了Node对象。
*
*      其中，Node定义为：体现了LinkedList的双向链表的说法
*      private static class Node<E> {
E item;
Node<E> next;
Node<E> prev;

Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
*
*   4. Vector的源码分析：jdk7和jdk8中通过Vector()构造器创建对象时，底层都创建
*   了长度为10的数组。
*      在扩容方面，默认扩容为原来的数组长度的2倍。
*
*  面试题：ArrayList、LinkedList、Vector三者的异同？
*  同：三个类都是实现了List接口，存储数据的特点相同：存储有序的、可重复的数据
*  不同：见上
*
*
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*   5. List接口中的常用方法
*
*void add(int index, Object ele):在index位置插入ele元素
boolean addAll(int index, Collection eles):从index位置开始将eles中的所有元素添加进来
Object get(int index):获取指定index位置的元素
int indexOf(Object obj):返回obj在集合中首次出现的位置
int lastIndexOf(Object obj):返回obj在当前集合中末次出现的位置
Object remove(int index):移除指定index位置的元素，并返回此元素
Object set(int index, Object ele):设置指定index位置的元素为ele
List subList(int fromIndex, int toIndex):返回从fromIndex到toIndex位置的子集合

总结：常用方法
增：add(Object obj)
删：remove(int index) / remove(Object obj)
改：set(int index, Object ele)
查：get(int index)
插：add(int index, Object ele)
长度：size()
遍历：① Iterator迭代器方式
② 增强for循环
③ 普通的循环

* 1. Set接口的框架：
*
* |----Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象
*          |----Set接口：存储无序的、不可重复的数据   -->高中讲的“集合”
*              |----HashSet：作为Set接口的主要实现类；线程不安全的；可以存储null值
*                  |----LinkedHashSet：作为HashSet的子类；遍历其内部数据时，可以按
*                  照添加的顺序遍历
*                                      对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet.
*              |----TreeSet：可以按照添加对象的指定属性，进行排序。
*
*
*  1. Set接口中没有额外定义新的方法，使用的都是Collection中声明过的方法。
*
*  2. 要求：向Set(主要指：HashSet、LinkedHashSet)中添加的数据，其所在的
*            类一定要重写hashCode()和equals()
*  要求：重写的hashCode()和equals()尽可 能保持一致性：相等的对象必须具有
*             相等的散列码
*    重写两个方法的小技巧：对象中用作 equals() 方法比较的 Field，都应该用来
*            计算 hashCode 值
一、Set：存储无序的、不可重复的数据

以HashSet为例说明：
1. 无序性：不等于随机性。存储的数据在底层数组中并非按照数组索引的顺序添加，
而是根据数据的哈希值决定的。

2. 不可重复性：保证添加的元素按照equals()判断时，不能返回true.即：相同的元素
只能添加一个。

二、添加元素的过程：以HashSet为例：
我们向HashSet中添加元素a,首先调用元素a所在类的hashCode()方法，计算元素
a的哈希值，
此哈希值接着通过某种算法计算出在HashSet底层数组中的存放位置（即为：索引
位置），判断
数组此位置上是否已经有元素：
如果此位置上没有其他元素，则元素a添加成功。 --->情况1
如果此位置上有其他元素b(或以链表形式存在的多个元素），则比较元素a与元素
b的hash值：
如果hash值不相同，则元素a添加成功。--->情况2
如果hash值相同，进而需要调用元素a所在类的equals()方法：
equals()返回true,元素a添加失败
equals()返回false,则元素a添加成功。--->情况2

对于添加成功的情况2和情况3而言：元素a 与已经存在指定索引位置上数据以链表
的方式存储。
jdk 7 :元素a放到数组中，指向原来的元素。
jdk 8 :原来的元素在数组中，指向元素a
总结：七上八下

HashSet底层：数组+链表的结构。
//LinkedHashSet的使用
//LinkedHashSet作为HashSet的子类，在添加数据的同时，每个数据还维护了两个
引用，记录此数据前一个
//数据和后一个数据。
//优点：对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet

TreeSet
1.向TreeSet中添加的数据，要求是相同类的对象。
2.两种排序方式：自然排序（实现Comparable接口） 和 定制排序（Comparator）
3.自然排序中，比较两个对象是否相同的标准为：compareTo()返回0.不再是equals().
4.定制排序中，比较两个对象是否相同的标准为：compare()返回0.不再是equals().

* 一、Map的实现类的结构：
*  |----Map:双列数据，存储key-value对的数据   ---类似于高中的函数：y = f(x)
*         |----HashMap:作为Map的主要实现类；线程不安全的，效率高；存储null的
*          key和value
*              |----LinkedHashMap:保证在遍历map元素时，可以按照添加的顺序实现遍历。
*                      原因：在原有的HashMap底层结构基础上，添加了一对指针，指向前
*                      一个和后一个元素。
*                      对于频繁的遍历操作，此类执行效率高于HashMap。
*         |----TreeMap:保证按照添加的key-value对进行排序，实现排序遍历。此时考虑
*         key的自然排序或定制排序
*                      底层使用红黑树
*         |----Hashtable:作为古老的实现类；线程安全的，效率低；不能存储null的key
*         和value
*              |----Properties:常用来处理配置文件。key和value都是String类型
*
*
*      HashMap的底层：数组+链表  （jdk7及之前）
*                    数组+链表+红黑树 （jdk 8）
*  面试题：
*  1. HashMap的底层实现原理？
*  2. HashMap 和 Hashtable的异同？
*  3. CurrentHashMap 与 Hashtable的异同？（暂时不讲）
*
*  二、Map结构的理解：
*    Map中的key:无序的、不可重复的，使用Set存储所有的key  ---> key所在的类要重
*    写equals()和hashCode() （以HashMap为例）
*    Map中的value:无序的、可重复的，使用Collection存储所有的value --->value所在的
*    类要重写equals()
*    一个键值对：key-value构成了一个Entry对象。
*    Map中的entry:无序的、不可重复的，使用Set存储所有的entry
*
*  三、HashMap的底层实现原理？以jdk7为例说明：
*      HashMap map = new HashMap():
*      在实例化以后，底层创建了长度是16的一维数组Entry[] table。
*      ...可能已经执行过多次put...
*      map.put(key1,value1):
*      首先，调用key1所在类的hashCode()计算key1哈希值，此哈希值经过某种算法
*      计算以后，得到在Entry数组中的存放位置。
*      如果此位置上的数据为空，此时的key1-value1添加成功。 ----情况1
*      如果此位置上的数据不为空，(意味着此位置上存在一个或多个数据(以链表形式
*      存在)),比较key1和已经存在的一个或多个数据 的哈希值：
*              如果key1的哈希值与已经存在的数据的哈希值都不相同，此时key1-value1
*              添加成功。----情况2
*              如果key1的哈希值和已经存在的某一个数据(key2-value2)的哈希值相同，
*              继续比较：调用key1所在类的equals(key2)方法，比较：
*                      如果equals()返回false:此时key1-value1添加成功。----情况3
*                      如果equals()返回true:使用value1替换value2。
*
*       补充：关于情况2和情况3：此时key1-value1和原来的数据以链表的方式存储。
*
*      在不断的添加过程中，会涉及到扩容问题，当超出临界值(且要存放的位置非空)
*      时，扩容。默认的扩容方式：扩容为原来容量的2倍，并将原有的数据复制过来。
*
*      jdk8 相较于jdk7在底层实现方面的不同：
*      1. new HashMap():底层没有创建一个长度为16的数组
*      2. jdk 8底层的数组是：Node[],而非Entry[]
*      3. 首次调用put()方法时，底层创建长度为16的数组
*      4. jdk7底层结构只有：数组+链表。jdk8中底层结构：数组+链表+红黑树。
*         4.1 形成链表时，七上八下（jdk7:新的元素指向旧的元素。jdk8：旧的元素指
*         向新的元素）
*                   4.2 当数组的某一个索引位置上的元素以链表形式存在的数据个数 > 8 且当前数
*               组的长度 > 64时，此时此索引位置上的所数据改为使用红黑树存储。
*
*      DEFAULT_INITIAL_CAPACITY : HashMap的默认容量，16
*      DEFAULT_LOAD_FACTOR：HashMap的默认加载因子：0.75
*      threshold：扩容的临界值，=容量*填充因子：16 * 0.75 => 12
*      TREEIFY_THRESHOLD：Bucket中链表长度大于该默认值，转化为红黑树:8
*      MIN_TREEIFY_CAPACITY：桶中的Node被树化时最小的hash表容量:64
*
*  四、LinkedHashMap的底层实现原理（了解）
*      源码中：
*      static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
Entry<K,V> before, after;//能够记录添加的元素的先后顺序
Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
super(hash, key, value, next);
}
}
*
*
*   五、Map中定义的方法：
添加、删除、修改操作：
Object put(Object key,Object value)： 将指定key-value添加到(或修改)当前map对象中
void putAll(Map m): 将m中的所有key-value对存放到当前map中
Object remove(Object key)： 移除指定key的key-value对，并返回value
void clear()： 清空当前map中的所有数据
元素查询的操作：
Object get(Object key)： 获取指定key对应的value
boolean containsKey(Object key)： 是否包含指定的key
boolean containsValue(Object value)： 是否包含指定的value
int size()： 返回map中key-value对的个数
boolean isEmpty()： 判断当前map是否为空
boolean equals(Object obj)： 判断当前map和参数对象obj是否相等
元视图操作的方法：
Set keySet()： 返回所有key构成的Set集合
Collection values()： 返回所有value构成的Collection集合
Set entrySet()： 返回所有key-value对构成的Set集合

*总结：常用方法：
* 添加：put(Object key,Object value)
* 删除：remove(Object key)
* 修改：put(Object key,Object value)
* 查询：get(Object key)
* 长度：size()
* 遍历：keySet() / values() / entrySet()
* Collections:操作Collection、Map的工具类
* 面试题：Collection 和 Collections的区别？
reverse(List)：反转 List 中元素的顺序
shuffle(List)：对 List 集合元素进行随机排序
sort(List)：根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素按升序排序
sort(List，Comparator)：根据指定的 Comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序
swap(List，int， int)：将指定 list 集合中的 i 处元素和 j 处元素进行交换
Object max(Collection)：根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最大元素
Object max(Collection，Comparator)：根据 Comparator 指定的顺序，返回给定集合
中的最大元素
Object min(Collection)
Object min(Collection，Comparator)
int frequency(Collection，Object)：返回指定集合中指定元素的出现次数
void copy(List dest,List src)：将src中的内容复制到dest中
boolean replaceAll(List list，Object oldVal，Object newVal)：使用新值替换 List
对象的所有旧值

Collections 类中提供了多个 synchronizedXxx() 方法，
该方法可使将指定集合包装成线程同步的集合，从而可以解决
多线程并发访问集合时的线程安全问题