Java集合框架体系JCF

2018-09-18 06:36:08来源:博客园 阅读 ()

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  Java 集合框架体系作为Java 中十分重要的一环, 在我们的日常开发中扮演者十分重要的角色, 那么什么是Java集合框架体系呢?

  • 在Java语言中,Java语言的设计者对常用的数据结构和算法做了一些规范(接口)和实现(具体实现接口的类)。所有抽象出来的数据结构和操作(算法)统称为Java集合框架(Java CollectionFramework)。
  • Java程序员在具体应用时,不必考虑数据结构和算法实现细节,只需要用这些类创建出来一些对象,然后直接应用就可以了,这样就大大提高了编程效率。

 

├List
 
│├LinkedList
 
│├ArrayList
 
│└Vector
 
│ └Stack
 
└Set
 
Map
 
├Hashtable
 
├HashMap
 
└WeakHashMap
 
Collection是最基本的集合接口,一个Collection代表一组Object,即Collection的元素(Elements)
 
Map提供key到value的映射 。

  我们来看个Java 的集合体系框架图 : 

  加粗的部分是我们常用的比较重要的集合类型。 集合体系我们常常有一个大的层次 叫Collection 。

  Collection 为层次结构中的根接口。Collection 表示一组对象,这些对象也称为 collection 的元素。一些 collection 允许有重复的元素,而另一些则不允许。一些 collection 是有序的,而另一些则是无序的。JDK 不提供此接口的任何直接 实现:它提供更具体的子接口(如 Set 和 List)实现。此接口通常用来传递 collection,并在需要最大普遍性的地方操作这些 collection。

Colltction 为根接口 其下有四个常用子接口 分别为 List ,Set ,Map,Collections。

  • List

    API 上 是这样表示的

 

 

特征:

  list 是一种有序的(存储顺序和取出顺序一致)允许重复的集合类,有序的 collection(也称为序列)。此接口的用户可以对列表中每个元素的插入位置进行精确地控制。用户可以根据元素的整数索引(在列表中的位置)访问元素,并搜索列表中的元素。  

 List的常用实现类可分为:

  1. ArrayList  

  其底层是基于动态数组的序列。基于线程不安全的,底层使用数组实现,所以查询快(下标直接定位),增删慢(数组特性,所以要挨个修改下标)。效率高。每次容量不足时,自增长度的一半。初始长度java6为10,java7更改为0。 底层增长方式源码为:

1 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

    ArrayList是一个基于数组的可变长度的容器,实现了所有可选列表操作,并允许包括 null 在内的所有元素。除了实现 List 接口外,此类还提供一些方法来操作内部用来存储列表的数组的大小。(此类大致上等同于 Vector 类,除了此类是不同步的)。

  2. LinkedList

     线程不安全,底层使用双向链表实现,所以查询慢(挨个一层一层的查找),增删快(只需要修改指针)。效率高。

 我们来看一个双向链表结构图 :

  3. Vector 
  Vrctor  和 ArrayList实现一样,只是是一个线程安全的序列 其初始长度为10。
 底层使用数组实现,查询快,增删慢。效率低,每次容量不足时,默认自增长度的一倍(如果不指定增量的话),如果增长因子大于0则增加元素个数为增长因子的数量,如果小于0则增长为原长度的2倍。
源码中是这样写的:
1 int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ?
2 capacityIncrement : oldCapacity);
  •   Set

  还是看看API 的表述;

特征:

  核心 是 : 集

  无序,去重,允许一个null  。

  SET 是元素唯一的 ,不包含重复元素的 Collection类 。更确切地讲,Set不包含满足 e1.equals(e2) 的元素对 e1 和 e2,并且最多包含一个 null 元素。

  Set 常用实现类可分为:

   1. HashSet

  底层是HashMap的key,所以特点是:

              1  . 不会按照存放顺序排序,但会按照自己的算法排序,

      2 . 去重

              3 .  允许一个null  。

    其增长方式,默认大小,最大长度和HashMap一致。

       元素无下标。

   

HashSet 的去重问题:

我们知道HashSet在存放对象的时候会判断对象时候是同一对象。
默认引用类型比较的是地址值,如果地址值相同,那么这是一模一样的对象,那么判断肯定是同一对象,就不再重复的往里放。
如果对象重写了hashcode和equals方法,就比较这二者是否相等。
如果hashcode相等,那么比较equals方法,如果equals再相等,那么证明这是同一个对象;如果equals不相等,那么及时hashcode相等,也是两个对象。
所以得证:
如果equals不相等,那么hashcode可能相等;
如果equals相等,那么hashcode一定相等。
如果hashcode相等,那么equals可能相等;
如果hashcode不相等,那么equals一定不相等。

  去重条件: 1. 两个对象的HashCode一致。  2 .两个对象的equals方法返回true 。

  Set里的元素是不能重复的,所以我们 用iterator()方法来区分重复与否。equals()是判读两个Set是否相等。
  =是用来判断两者是否是同一对象(同一事物),而equals是用来判断是否引用同一个对象。
equals()和==方法决定引用值是否指向同一对象 equals()在类中被覆盖,为的是当两个分离的对象的内容和类型相配的话,返回真值。

  ==号在比较基本数据类型时比较的是,而用==号比较两个对象(引用)时比较的是两个对象的地址值:  

equals()方法存在于Object类中,因为Object类是所有类的直接或间接父类,也就是说所有的类中的equals()方法都继承自Object类,而通过源码我们发现,Object类中equals()方法底层依赖的是==号,那么,在所有没有重写equals()方法的类中,调用equals()方法其实和使用==号的效果一样,也是比较的地址值,然而,Java提供的所有类中,绝大多数类都重写了equals()方法,重写后的equals()方法一般都是比较两个对象的值。
判断两个对象在逻辑上是否相等,如根据类的成员变量来判断两个类的实例是否相等,而继承Object中的equals方法只能判断两个引用变量是否是同一个对象。这样我们往往需要重写equals()方法。我们向一个没有重复对象的集合中添加元素时,集合中存放的往往是对象,我们需要先判断集合中是否存在已知对象,这样就必须重写equals方法。


  值相同,指的应该是equals()方法返回的是true ,可以说,值相同决定不了hashcode相同;但hashcode相同则可以决定值相同。


  当向集合Set中增加对象时,首先集合计算要增加对象的hashCode码,根据该值来得到 一个位置用来存放当前对象。 如果在该位置没有一个对象存在的话,那么集合Set认为该对象在集合中不存在,直接 增加进去。 如果在该位置有一个对象存在的话,接着将准备增加到集合中的对象与该位置上的对象 进行equals方法比较。 如果该equals方法返回false,那么集合认为集合中不存在该对象,再进行一次散列, 将该对象放到散列后计算出来的地址中。 如果equals方法返回true,那么集合认为集合中已经存在该对象了,不再将该对象增加到集合中。 2 重写equals方法的时候必须重写hashCode方法。如果一个类的两个对象,使用equals 方法比较时,结果为true,那么这两个对象具有相同的hashCode。原因是equals方法为true,表明是同一个对象,它们的hashCode当然相同。(Object类的equals方法比较的是地址) 3 Object类的hashCode方法返回的是Object对象的内存地址。我们可以通过Integer.toHexString(newObject().hashCode());来得到。

  所以Java里面的hashSet中,如何判断两个对象是否相等?

a. 判断两个对象的hashCode是否相等。 如果不相等,认为两个对象不相等。完毕 如果相等,转入下面一步

b. 判断两个对象是否equals 如果不相等,认为两个对象不相等。 如果相等,认为两个对象相等hashcode 相同 一定值相同,一定是同一个对象, 值相同(equals方法为true) ,不一定对象相同,指向的不一定是同一个对象。

    2 .TreeSet 

    底层实现二叉树,由于二叉树的特性,所以TreeSet 是一个有序的集。

   特征:

     1 .  按照字典排序,

     2.  去重

     3.  元素无下标 

   

  •  Map

  1. 将键映射到值的对象。一个映射不能包含重复的键;每个键最多只能映射一个值。
  2. 此接口代替 Dictionary 类,后者完全是一个抽象类,而不是一个接口。
  3. Map 接口提供三种collection 视图,允许以键集、值集合或键-值映射关系集的形式查看某个映射的内容。映射的顺序 定义为迭代器在映射的 collection 视图中返回其元素的顺序。某些映射实现可明确保证其顺序,如 TreeMap 类;某些映射实现则不保证顺序,如 HashMap类。

   Map核心实现为接口中的接口 :
  

   Entry方法摘要

 

 

 Map 中的常用实现类:

  1 .HashMap

底层实现:依赖于实现了Map.Entry接口的节点

特征:允许一个空键和多个空值,非线程同步,默认大小16

增长方式:取决于增长因子,默认增长因子为0.75F,增长方式: newThr = oldThr << 1;

最大长度:MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30

    2. HashTable

特征: 不允许空键和空值,线程同步, 默认大小11
增长方式: 增长方式:old*2+1;
最大长度: MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30

  • Collections

此类完全由在 collection 上进行操作或返回 collection 的静态方法组成。它包含在 collection 上操作的多态算法,即“包装器”,包装器返回由指定 collection 支持的新 collection,以及少数其他内容。

换个说法:Collections是个java.util下的类,它包含有各种有关集合操作的静态方法。 Collection是个java.util下的接口,它是各种集合结构的父接口。

 

下面演示一下Map集合的遍历:

因为Map 的特性使得我们不能像数组那样进行for 循环遍历, 那么Map 集合我们如何遍历呢?

举个栗子:

public class collectionMap {
            public static void main(String[] args) {
                Map<String,Student> studentmap = new HashMap<String,Student>();
                System.out.println("添加元素前长度: "+studentmap.size());
                studentmap.put("001", new Student("张三", 22, "man"));
                studentmap.put("002", new Student("李四", 21, "man"));
                studentmap.put("003", new Student("王五", 23, "woman"));
                System.out.println("添加元素后长度: "+studentmap.size());
                // 遍历 key
                for(String key:studentmap.keySet()){
                    System.out.println(key);
                }
                // 遍历map的value
                for(Student stu:studentmap.values()){
                    System.out.println(stu);
                }
                // 遍历键值对  entry 是map的方法 ,是一个key,对应一个value 数组
                Set<Map.Entry<String, Student>>entries =studentmap.entrySet();
                for(Entry<String, Student> stu:entries){
                    System.out.println(stu.getKey()+"\t"+stu.getValue());
                }
            } 

 

Map遍历的集中方式:

 1  public class TestMap {
 2  public static void main(String[] args) {
 3  Map<Integer, String> map = new HashMap<Integer, String>();
 4  map.put(1, "a");
 5  map.put(2, "b");
 6  map.put(3, "ab");
 7  map.put(4, "ab");
 8  map.put(4, "ab");
 9 // 和上面相同 , 会自己筛选 System.out.println(map.size());
10  
11 // 第一种: 
12   Set<Integer> set = map.keySet(); //得到所有key的集合
13    for (Integer in : set) {
14     String str = map.get(in);
15    System.out.println(in + " " + str); 
16 }
17  System.out.println("第一种:通过Map.keySet遍历key和value:");  
18     for (Integer in : map.keySet()) {
19    //map.keySet()返回的是所有key的值 
20     String str = map.get(in);//得到每个key多对用value的值
21     System.out.println(in + " " + str);
22  }
23 
24 
25  // 第二种:
26   System.out.println("第二种:通过Map.entrySet使用iterator遍历key和value:");
27     Iterator<Map.Entry<Integer, String>> it =map.entrySet().iterator();           
28    while (it.hasNext()) {
29    Map.Entry<Integer, String> entry = it.next();
30    System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue());
31  }
32    // 第三种:推荐,尤其是容量大时35 
33    System.out.println("第三种:通过Map.entrySet遍历key和value");
34         for (Map.Entry<Integer, String> entry : map.entrySet()) {
35  //Map.entry<Integer,String> 映射项(键-值对) 有几个方法:用上面的名字entry
36  //entry.getKey() ;entry.getValue(); entry.setValue();
37  //map.entrySet() 返回此映射中包含的映射关系的 Set视图。
38       System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= "+ entry.getValue());
39 }
40  // 第四种: System.out.println("第四种:通过Map.values()遍历所有的value,但不能遍历key");
41   for (String v : map.values()) {
42    System.out.println("value= " + v);
43    }
44  }
45}     

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