Java学习笔记（九）：容器

Java容器

一、容器概述

• 为了保存不确定的数据，以及具有映射关系的数据，Java提供了集合类。集合类也被称为容器类，所有的集合类都位于java.util包下，集合里只能保存对象的引用变量

• Java集合可分为Collection、Map两种体系

  • Collection接口：单列数据
    • List接口：有序、可重复的集合
    • Set接口：无序、不可重复的集合
  • Map接口：双列数据，保存具有映射关系的集合

• Collection接口继承树：
  

• Map接口继承树：
  

二、Collection接口

• Collection接口是List、Set和Queue接口的父接口，该接口里定义的方法既可以用于操作Set集合，又可以操作List和Queue集合

三、Iterator接口

• Iterator对象被称为迭代器，主要用于遍历Collection集合中的元素，不具有盛装对象的能力
• Iterator必须依附于Collection对象，若有一个Iterator对象，则必然有一个与之关联的Collection对象
• Collection继承了java.lang.Iterable接口，该接口有一个iterator()方法，所有实现了Cllection接口的集合类都有一个iterator()方法，用来返回一个Iterator接口的对象
• Iterator接口里定义了四个方法：
  • boolean hasNext()
  • Object next()
  • void remove()
  • void forEachRemaining(Consumer action)

四、Set集合

• Set是无序不可重复的集合
  • 无序：Set中的元素没有索引，只能遍历查找元素
  • 不可重复：Set中不能存在重复的元素，具体来说，同一个Set中不能同时存在两个通过equals()方法比较为true的方法

1.HashSet

• HashSet使用Hash算法来存储集合中的元素，因此具有很好的存取、查找、删除性能
• HashSet具有以下特点：
  • 不能保证元素的排列顺序
  • 不是线程安全的
  • 集合元素可以是null
• HashSet集合判断两个元素相等的标准是两个对象通过equals()方法比较相等，并且两个对象的hashCode()方法返回值也相等。当向HashSet集合中存入一个元素时，HashSet会调用该对象的hashCode()方法来得到该对象的hashCode值，然后根据该hashCode值决定该对象在HashSet中的存储位置
  • 若两个对象通过equals()方法比较返回为true，但它们的hashCode值不相等，HashSet会将它们保存在Hash表的不同位置
  • 若两个对象通过equals()方法比较返回为false，但它们的hashCode值相等，HashSet会在Hash表的对应位置用链式结构来保存多个对象
  • 如果要把某个类的对象保存到HashSet集合中，应该重写这个类的equals()方法和hashCode()方法，且保证equals()方法返回true时，hashCode()方法返回值也相等

2.LinkedHashSet

• LinkedHashSet是HashSet的子类，也是根据元素的hashCode值来决定元素的存储位置，但它同时使用双向链表维护元素的插入次序，当遍历LinkedHashSet集合里的元素时，将会按元素的添加顺序来访问集合里的元素
• LinkedHashSet需要维护元素的插入顺序，因此性能略低于HashSet的性能，但在迭代访问Set里的全部元素时将具有很好的性能

3.TreeSet

• TreeSet是SortedSet接口的实现类，TreeSet可以确保集合元素处于排序的状态
• TreeSet并不是根据元素的插入顺序进行排序的，而是根据元素的实际值大小来进行排序的。TreeSet支持两种排序算法，且TreeSet中只能添加同一种类型的对象
  • 自然排序：默认为自然排序，升序排序。集合元素必须实现Comparable接口，当把一个对象加入到TreeSet集合中时，TreeSet调用该对象的comparaTo(Object obj)方法于容器中的其他对象比较大小，然后根据红黑树找到它的存储位置，如果相等，新对象将无法添加到TreeSet集合中
  • 定制排序：在创建TreeSet集合对象时，需要将一个Comparator对象传递给TreeSet构造器，由该Comparator对象负责元素的排序逻辑，Comparator是一个函数式接口，可以使用Lambda表达式来代替Comparator对象
• HashSet、LinkedHashSet采用hash算法来存储集合中的元素，而TreeSet采用红黑树来存储集合中的元素

五、List集合

• List是有序可重复的容器
  • 有序：List中的元素都有索引标记，可以根据元素的索引标记访问元素，从而精确控制这些元素
  • 可重复：List允许加入重复的元素，具体来说，List允许满足e1.equals(e2)的元素重复加入容器
  • List判断两个元素相等的方法是通过equals()方法比较返回true
  • 与Set只提供一个iterator方法不同，List还额外提供了一个listIterator()方法，该方法返回一个ListIterator对象，ListIterator接口继承了Iterator接口，提供了专门操作List的方法：
    • boolean hasPrevious()
    • Object previous()
    • void add(Object o)

1.ArrayList

• ArrayList是基于数组实现的List类，所以ArrayList封装了一个动态的、允许再分配的Object[]数组，ArrayList对象使用initialCapacity参数来设置数组的长度，当向ArrayList添加元素超出了该数组的长度时，它们的initialCapacity会自动增加，默认的数组长度为10

2.LinkedList

• LinkedList时基于双向链表实现的List类，内部没有声明数组，而是定义了一个Node类型的first和last用于记录首末元素，同时，定义内部类Node，作为LinkedList保存数据的基本结构。Node除了保存数据，还定义了两个变量：
  • prev：记录前一个元素的位置
  • next：记录下一个元素的位置

3.Vector

• 与ArrayList类似，唯一的区别在于Vector是线程安全的
• 默认情况下，选择使用ArrayList，当插入、删除操作频繁时，使用LinkedList，Vector总比ArrayList慢，应尽量避免使用

4.固定长度的List

• 操作数组的工具类Arrays提供了asList(Object... a)方法，该方法可以把一个数组或指定个数的对象转换成一个List集合，这个List集合既不是ArrayList实现类的实例，也不是Vector实现类的实例，而是Arrays的内部类ArrayList的实例。
• ArrayList是一个固定长度的List集合，程序只能遍历访问集合里的元素，不能增加、删除集合里的元素

六、Map集合

• Map用于保存具有映射关系的数据，因此Map集合里保存着两组值，一组用于保存Map里的key，另一组用于保存Map里的value，key和value都可以是任何引用类型的数据
• Map中的key用Set来存放，不允许重复
• key和value之间存在单向一对一的关系，即通过指定的key，总能找到唯一确定的value
• Map提供了一个Entry内部类来封装key-value对，而计算Entry存储时只考虑Entry封装的key。Java先实现了Map，然后通过包装一个所有value都为null的Map就实现了Set集合

1.HashMap与Hashtable

• HashMap和Hashtable都是Map接口的实现类，它们十分类似，区别在于：
  • HashMap是线程不安全的，Hashtable是线程安全的，所以HashMap比Hashtable的性能高一点，不推荐使用Hashtable
  • Hashtable不允许使用null作为key和value，但HashMap允许使用null作为key和value
• 在HashMap、Hashtable中，用作key的对象必须实现hashCode()和equals()方法；HashMap、Hashtable判断两个key相等的标准是两个key通过equals()方法比较相等，并且它们的hashCode()方法返回值也相等；HashMap、Hashtable判断两个value相等的标准是通过equals()方法比较返回true;HashMap、Hashtable不能保证元素的顺序
• 与HashSet类似的是，尽量不要使用可变对象作为HashMap、Hashtable的key，如果确实需要使用可变对象，则尽量不要在程序中修改作为key的可变对象

2.LinkedHashMap

• LinkedHashMap是HashMap的子类，LinkedHashMap也使用双向链表来维护key-value对的次序，该链表负责维护Map的迭代顺序，迭代顺序与key-value对的插入顺序一致
• LinkedHashMap需要维护元素的插入顺序，因此性能略低于HashMap的性能，但在迭代访问Map里的全部元素时将有较好的性能

3.TreeMap

• TreeMap也是一个红黑树数据结构，每个key-value对作为红黑树的一个节点，TreeMap存储key-value对时，需要根据key对节点进行排序。TreeMap可以保证所有的key-value对处于有序状态。TreeMap也有两种排序方式
  • 自然排序：TreeMap的所有key必须实现comparable接口，且所有的key应该是同一个类型的对象
  • 定制排序：创建TreeMap对象时传入一个Comparator对象，该对象负责对TreeMap中的所有key进行排序，采用定制排序时不要求Map的key实现Comparable接口

4.Properties

• Properties是Hashtable类的子类，用于处理属性文件
• 由于属性文件里的key、value都是字符串类型，所以Properties里的key和value都是字符串类型

七、Collections

• Collections是一个操作Set、List、Map等集合的工具类
• Collections中提供了大量方法对集合元素进行排序、查询和修改等操作，还提供了将集合对象设置为不可变、对集合对象实现同步控制等方法