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Java集合概述：

Java集合可分为Colltion和map两种体系：

Collection接口：

Iterator迭代器接口：

Collection子接口之一：List接口

List实现类之一：ArrayList：

List实现类之二：LinkedList：

List 实现类之三：Vector

Collection子接口之二：Set接口

Set实现类之一：HashSet

Set实现类之二：LinkedHashSet

Set实现类之三：TreeSet

Map接口：

Map实现类之一：HashMap

Map实现类之二：LinkedHashMap

 Map实现类之三：TreeMap

Map实现类之四：Hashtable

Map实现类之五：Properties

Collections工具类:

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Java集合概述：

   一方面，面向对象语言对事物的体现都是以对象的形式，为了方便对多个对象的操作，就要对对象进行存储。

   另一方面，使用Array（数组）存储对象方面具有一些弊端，而Java 集合就像一种容器，可以动态地把多个对象的引用放入容器中。
数组在内存存储方面的特点：
   数组初始化以后，长度就确定了。
   数组声明的类型，就决定了进行元素初始化时的类型
数组在存储数据方面的弊端：
   数组初始化以后，长度就不可变了，不便于扩展
   数组中提供的属性和方法少，不便于进行添加、删除、插入等操作，且效率不高。同时无法直接获取存储元素的个数
   数组存储的数据是有序的、可以重复的。---->存储数据的特点单一
   Java 集合类可以用于存储数量不等的多个对象，还可用于保存具有映射关系的关联数组。

Java集合可分为Colltion和map两种体系：

Collection接口：单列数据，定义了存取一组对象的方法的集合
   List：元素有序、可重复的集合
   Set：元素无序、不可重复的集合
Map接口：双列数据，保存具有映射关系“key-value对”的集合

Collection接口继承树：

 map继承结构：

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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用于操作Set 集合，也可用于操作List 和Queue 集合。
   JDK不提供此接口的任何直接实现，而是提供更具体的子接口(如：Set和List)实现。
   在Java5 之前，Java 集合会丢失容器中所有对象的数据类型，把所有对象都当成Object 类型处理；从JDK 5.0 增加了泛型以后，Java 集合可以记住容器中对象的数据类型。

方法：

Iterator迭代器接口：

使用Iterator 接口遍历集合元素：
   Iterator对象称为迭代器(设计模式的一种)，主要用于遍历Collection 集合中的元素。
   GOF给迭代器模式的定义为：提供一种方法访问一个容器(container)对象中各个元素，而又不需暴露该对象的内部细节。迭代器模式，就是为容器而生。
   Collection接口继承了java.lang.Iterable接口，该接口有一个iterator()方法，那么所有实现了Collection接口的集合类都有一个iterator()方法，用以返回一个实现了Iterator接口的对象。
   Iterator 仅用于遍历集合，Iterator 本身并不提供承装对象的能力。如果需要创建Iterator 对象，则必须有一个被迭代的集合。
   集合对象每次调用iterator()方法都得到一个全新的迭代器对象，默认游标都在集合的第一个元素之前。

方法：

 

 注：在调用it.next()方法之前必须要调用it.hasNext()进行检测。若不调用，且下一条记录无效，直接调用it.next()会抛出NoSuchElementException异常。

//hasNext():判断是否还有下一个元素
while(iterator.hasNext()){
   //next():①指针下移②将下移以后集合位置上的元素返回
   System.out.println(iterator.next());
}
 
//删除元素
Iterator iter = coll.iterator();//回到起点
while(iter.hasNext()){
   Object obj = iter.next();
   if(obj.equals("Tom")){
      iter.remove();
   }
}

注意：
   Iterator可以删除集合的元素，但是是遍历过程中通过迭代器对象的remove方法，不是集合对象的remove方法。
   如果还未调用next()或在上一次调用next 方法之后已经调用了remove 方法，再调用remove都会报IllegalStateException。

使用foreach 循环遍历集合元素
   Java 5.0 提供了foreach 循环迭代访问Collection和数组。
   遍历操作不需获取Collection或数组的长度，无需使用索引访问元素。
   遍历集合的底层调用Iterator完成操作。
   foreach还可以用来遍历数组。

Collection子接口之一：List接口

List接口概述
   鉴于Java中数组用来存储数据的局限性，我们通常使用List替代数组
   List集合类中元素有序、且可重复，集合中的每个元素都有其对应的顺序索引
   List容器中的元素都对应一个整数型的序号记载其在容器中的位置，可以根据序号存取容器中的元素。这个下表是从0开始的到lenght-1结束
   JDK API中List接口的实现类常用的有：ArrayList、LinkedList和Vector。

List接口方法
   List除了从Collection集合继承的方法外，List 集合里添加了一些根据索引来操作集合元素的方法。

List实现类之一：ArrayList：

ArrayList 是List 接口的典型实现类、主要实现类本质上，ArrayList是对象引用的一个”变长”数组
ArrayList的JDK1.8之前与之后的实现区别？
   JDK1.7：ArrayList像饿汉式，直接创建一个初始容量为10的数组
   JDK1.8：ArrayList像懒汉式，一开始创建一个长度为0的数组，当添加第一个元素时再创建一个始容量为10的数组
   Arrays.asList(…) 方法返回的List 集合，既不是ArrayList 实例，也不是Vector 实例 Arrays.asList(…)  返回值是一个固定长度的List 集合

List实现类之二：LinkedList：

对于频繁的插入或删除元素的操作，建议使用LinkedList类，效率较高，因为他是双向链表，内部没有声明数组，而是定义了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中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变量记录前一个元素的位置
   next变量记录下一个元素的位置

List 实现类之三：Vector

   Vector 是一个古老的集合，JDK1.0就有了。大多数操作与ArrayList相同，区别之处在于Vector是线程安全的。
   在各种list中，最好把ArrayList作为缺省选择。当插入、删除频繁时，使用LinkedList；Vector总是比ArrayList慢，所以尽量避免使用。

新增方法：

面试题：
请问ArrayList/LinkedList/Vector的异同？谈谈你的理解？ArrayList底层
是什么？扩容机制？Vector和ArrayList的最大区别?

ArrayList和LinkedList的异同
   二者都线程不安全，相对线程安全的Vector，执行效率高。
   此外，ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构，LinkedList基于链表的数据结构。对于随机访问get和set，ArrayList觉得优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针。对于新增和删除操作add(特指插入)和remove，LinkedList比较占优势，因为ArrayList要移动数据。
ArrayList和Vector的区别
   Vector和ArrayList几乎是完全相同的,唯一的区别在于Vector是同步类(synchronized)，属于强同步类。因此开销就比ArrayList要大，访问要慢。正常情况下,大多数的Java程序员使用ArrayList而不是Vector,因为同步完全可以由程序员自己来控制。Vector每次扩容请求其大小的2倍空间，而ArrayList是1.5倍。Vector还有一个子类Stack。

Collection子接口之二：Set接口

Set 接口概述
   Set接口是Collection的子接口，set接口没有提供额外的方法
   Set 集合不允许包含相同的元素，如果试把两个相同的元素加入同一个Set 集合中，则添加操作失败。
   Set 判断两个对象是否相同不是使用== 运算符，而是根据equals() 方法

Set实现类之一：HashSet

   HashSet 是Set 接口的典型实现，大多数时候使用Set 集合时都使用这个实现类。
   HashSet 按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
   HashSet 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：两个对象通过hashCode() 方法比较相等，并且两个对象的equals() 方法返回值也相等。
   对于存放在Set容器中的对象，对应的类一定要重写equals()和hashCode(Object obj)方法，以实现对象相等规则。即：“相等的对象必须具有相等的散列码”。

向HashSet中添加元素的过程：
   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hashCode 值，通过某种散列函数决定该对象在HashSet 底层数组中的存储位置。（这个散列函数会与底层数组的长度相计算得到在数组中的下标，并且这种散列函数计算还尽可能保证能均匀存储元素，越是散列分布，该散列函数设计的越好）
   如果两个元素的hashCode()值相等，会再继续调用equals方法，如果equals方法结果为true，添加失败；如果为false，那么会保存该元素，但是该数组的位置已经有元素了，那么会通过链表的方式继续链接。
   如果两个元素的equals() 方法返回true，但它们的hashCode() 返回值不相等，hashSet 将会把它们存储在不同的位置，但依然可以添加成功。

注：底层也是数组，初始容量为16，当如果使用率超过0.75，（16*0.75=12）就会扩大容量为原来的2倍。（16扩容为32，依次为64,128....等）

重写hashCode() 方法的基本原则：

   在程序运行时，同一个对象多次调用hashCode() 方法应该返回相同的值。
   当两个对象的equals() 方法比较返回true 时，这两个对象的hashCode() 方法的返回值也应相等。
   对象中用作equals() 方法比较的Field，都应该用来计算hashCode 值。

重写equals() 方法的基本原则；

   当一个类有自己特有的“逻辑相等”概念,当改写equals()的时候，总是要改写hashCode()，根据一个类的equals方法（改写后），两个截然不同的实例有可能在逻辑上是相等的，但是，根据Object.hashCode()方法，它们仅仅是两个对象。

   因此，违反了“相等的对象必须具有相等的散列码”。
   结论：复写equals方法的时候一般都需要同时复写hashCode方法。通常参与计算hashCode的对象的属性也应该参与到equals()中进行计算。

Eclipse/IDEA工具里hashCode()的重写

以Eclipse/IDEA为例，在自定义类中可以调用工具自动重写equals和hashCode。
问题：为什么用Eclipse/IDEA复写hashCode方法，有31这个数字？

   选择系数的时候要选择尽量大的系数。因为如果计算出来的hash地址越大，所谓的“冲突”就越少，查找起来效率也会提高。（减少冲突）
   并且31只占用5bits,相乘造成数据溢出的概率较小。
   31可以由i*31== (i<<5)-1来表示,现在很多虚拟机里面都有做相关优化。（提高算法效率）
   31是一个素数，素数作用就是如果我用一个数字来乘以这个素数，那么最终出来的结果只能被素数本身和被乘数还有1来整除！(减少冲突)

Set实现类之二：LinkedHashSet

   LinkedHashSet 是HashSet 的子类、LinkedHashSet 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次序，这使得元素看起来是以插入顺序保存的。
   LinkedHashSet插入性能略低于HashSet，但在迭代访问Set 里的全部元素时有很好的性能。
   LinkedHashSet 不允许集合元素重复。

Set实现类之三：TreeSet

   TreeSet 是SortedSet 接口的实现类，TreeSet 可以确保集合元素处于排序状态。
   TreeSet底层使用红黑树结构存储数据
新增的方法如下：(了解)

TreeSet和后面要讲的TreeMap采用红黑树的存储结构特点：有序，查询速度比List快

 排 序—自然排序

自然排序：TreeSet 会调用集合元素的compareTo(Object obj) 方法来比较元素之间的大小关系，然后将集合元素按升序(默认情况)排列
   如果试图把一个对象添加到TreeSet 时，则该对象的类必须实现Comparable 接口。
   实现Comparable 的类必须实现compareTo(Object obj) 方法，两个对象即通过compareTo(Object obj) 方法的返回值来比较大小。
Comparable 的典型实现：
   BigDecimal、BigInteger 以及所有的数值型对应的包装类：按它们对应的数值大小进行比较
   Character：按字符的unicode值来进行比较
   Boolean：true 对应的包装类实例大于false 对应的包装类实例
   String：按字符串中字符的unicode 值进行比较
   Date、Time：后边的时间、日期比前面的时间、日期大

   向TreeSet 中添加元素时，只有第一个元素无须比较compareTo()方法，后面添加的所有元素都会调用compareTo()方法进行比较。
   因为只有相同类的两个实例才会比较大小，所以向TreeSet 中添加的应该是同一个类的对象。
   对于TreeSet 集合而言，它判断两个对象是否相等的唯一标准是：两个对象通过compareTo(Object obj) 方法比较返回值。
   当需要把一个对象放入TreeSet 中，重写该对象对应的equals() 方法时，应保证该方法与compareTo(Object obj) 方法有一致的结果：如果两个对象通过equals() 方法比较返回true，则通过compareTo(Object obj) 方法比较应返回0。否则，让人难以理解。

排 序—定制排序

   TreeSet的自然排序要求元素所属的类实现Comparable接口，如果元素所属的类没有实现Comparable接口，或不希望按照升序(默认情况)的方式排列元素或希望按照其它属性大小进行排序，则考虑使用定制排序。定制排序，通过Comparator接口来实现。需要重写compare(T o1,T o2)方法。
   利用int compare(T o1,T o2)方法，比较o1和o2的大小：如果方法返回正整数，则表示o1大于o2；如果返回0，表示相等；返回负整数，表示o1小于o2。
   要实现定制排序，需要将实现Comparator接口的实例作为形参传递给TreeSet的构造器。
   此时，仍然只能向TreeSet中添加类型相同的对象。否则发生ClassCastException异常。
   使用定制排序判断两个元素相等的标准是：通过Comparator比较两个元素返回了0。

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Map接口：

Map接口概述
   Map与Collection并列存在。用于保存具有映射关系的数据:key-value
   Map 中的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，即同一个Map 对象所对应的类，须重写hashCode()和equals()方法
   常用String类作为Map的“键”
   key 和value 之间存在单向一对一关系，即通过指定的key 总能找到唯一的、确定的value
   Map接口的常用实现类：HashMap、TreeMap、LinkedHashMap和Properties。其中，HashMap是Map 接口使用频率最高的实现类

常用方法：

Map实现类之一：HashMap

   HashMap是Map 接口使用频率最高的实现类。
   允许使用null键和null值，与HashSet一样，不保证映射的顺序。
   所有的key构成的集合是Set:无序的、不可重复的。所以，key所在的类要重写：equals()和hashCode()
   所有的value构成的集合是Collection:无序的、可以重复的。所以，value所在的类要重写：equals()
   一个key-value构成一个entry
   所有的entry构成的集合是Set:无序的、不可重复的
   HashMap 判断两个key 相等的标准是：两个key 通过equals() 方法返回true，hashCode 值也相等。
   HashMap 判断两个value相等的标准是：两个value 通过equals() 方法返回true。

HashMap的存储结构

JDK 7及以前版本：HashMap是数组+链表结构(即为链地址法)
JDK 8版本发布以后：HashMap是数组+链表+红黑树实现。

 HashMap源码中的重要常量

HashMap的存储结构：JDK 1.8之前

   HashMap的内部存储结构其实是数组和链表的结合。当实例化一个HashMap时，系统会创建一个长度为Capacity的Entry数组，这个长度在哈希表中被称为容量(Capacity)，在这个数组中可以存放元素的位置我们称之为“桶”(bucket)，每个bucket都有自己的索引，系统可以根据索引快速的查找bucket中的元素。
   每个bucket中存储一个元素，即一个Entry对象，但每一个Entry对象可以带一个引用变量，用于指向下一个元素，因此，在一个桶中，就有可能生成一个Entry链。而且新添加的元素作为链表的head。
添加元素的过程：
   向HashMap中添加entry1(key，value)，需要首先计算entry1中key的哈希值(根据key所在类的hashCode()计算得到)，此哈希值经过处理以后，得到在底层Entry[]数组中要存储的位置i。如果位置i上没有元素，则entry1直接添加成功。如果位置i上已经存在entry2(或还有链表存在的entry3，entry4)，则需要通过循环的方法，依次比较entry1中key和其他的entry。如果彼此hash值不同，则直接添加成功。如果hash值不同，继续比较二者是否equals。如果返回值为true，则使用entry1的value去替换equals为true的entry的value。如果遍历一遍以后，发现所有的equals返回都为false,则entry1仍可添加成功。entry1指向原有的entry元素。

HashMap的扩容
   当HashMap中的元素越来越多的时候，hash冲突的几率也就越来越高，因为数组的长度是固定的。所以为了提高查询的效率，就要对HashMap的数组进行扩容，而在HashMap数组扩容之后，最消耗性能的点就出现了：原数组中的数据必须重新计算其在新数组中的位置，并放进去，这就是resize。

那么HashMap什么时候进行扩容呢？
   当HashMap 中的元素个数超过数组大小( 数组总大小length, 不是数组中个数size)*loadFactor 时 ， 就 会 进 行 数 组 扩 容 ， loadFactor 的 默 认 值(DEFAULT_LOAD_FACTOR)为0.75，这是一个折中的取值。也就是说，默认情况下，数组大小(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)为16，那么当HashMap中元素个数超过16*0.75=12（这个值就是代码中的threshold值，也叫做临界值）的时候，就把数组的大小扩展为 2*16=32，即扩大一倍，然后重新计算每个元素在数组中的位置，而这是一个非常消耗性能的操作，所以如果我们已经预知HashMap中元素的个数，那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能。

HashMap的存储结构：JDK 1.8

   HashMap的内部存储结构其实是数组+链表+树的结合。当实例化一个HashMap时，会初始化initialCapacity和loadFactor，在put第一对映射关系时，系统会创建一个长度为initialCapacity的Node数组，这个长度在哈希表中被称为容量(Capacity)，在这个数组中可以存放元素的位置我们称之为“桶”(bucket)，每个bucket都有自己的索引，系统可以根据索引快速的查找bucket中的元素。
   每个bucket中存储一个元素，即一个Node对象，但每一个Node对象可以带一个引用变量next，用于指向下一个元素，因此，在一个桶中，就有可能生成一个Node链。也可能是一个一个TreeNode对象，每一个TreeNode对象可以有两个叶子结点left和right，因此，在一个桶中，就有可能生成一个TreeNode树。而新添加的元素作为链表的last，或树的叶子结点。

那么HashMap什么时候进行扩容和树形化呢？
   当HashMap中的元素个数超过数组大小(数组总大小length,不是数组中个数size)*loadFactor 时 ， 就 会 进 行 数 组 扩 容 ， loadFactor 的 默 认 值(DEFAULT_LOAD_FACTOR)为0.75，这是一个折中的取值。也就是说，默认情况下，数组大小(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)为16，那么当HashMap中元素个数超过16*0.75=12（这个值就是代码中的threshold值，也叫做临界值）的时候，就把数组的大小扩展为 2*16=32，即扩大一倍，然后重新计算每个元素在数组中的位置，而这是一个非常消耗性能的操作，所以如果我们已经预知HashMap中元素的个数，那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能。当HashMap中的其中一个链的对象个数如果达到了8个，此时如果capacity没有达到64，那么HashMap会先扩容解决，如果已经达到了64，那么这个链会变成树，结点类型由Node变成TreeNode类型。当然，如果当映射关系被移除后，下次resize方法时判断树的结点个数低于6个，也会把树再转为链表。

关于映射关系的key是否可以修改？answer：不要修改
   映射关系存储到HashMap中会存储key的hash值，这样就不用在每次查找时重新计算每一个Entry或Node（TreeNode）的hash值了，因此如果已经put到Map中的映射关系，再修改key的属性，而这个属性又参与hashcode值的计算，那么会导致匹配不上。
总结：JDK1.8相较于之前的变化：
1.HashMap map = new HashMap();//默认情况下，先不创建长度为16的数组
2.当首次调用map.put()时，再创建长度为16的数组
3.数组为Node类型，在jdk7中称为Entry类型
4.形成链表结构时，新添加的key-value对在链表的尾部（七上八下）
5.当数组指定索引位置的链表长度>8时，且map中的数组的长度> 64时，此索引位置
上的所有key-value对使用红黑树进行存储。

面试题：负载因子值的大小，对HashMap有什么影响

   负载因子的大小决定了HashMap的数据密度。
   负载因子越大密度越大，发生碰撞的几率越高，数组中的链表越容易长,造成查询或插入时的比较次数增多，性能会下降。
   负载因子越小，就越容易触发扩容，数据密度也越小，意味着发生碰撞的几率越小，数组中的链表也就越短，查询和插入时比较的次数也越小，性能会更高。但是会浪费一定的内容空间。而且经常扩容也会影响性能，建议初始化预设大一点的空间。
   按照其他语言的参考及研究经验，会考虑将负载因子设置为0.7~0.75，此时平均检索长度接近于常数。

Map实现类之二：LinkedHashMap

LinkedHashMap 是HashMap 的子类
   在HashMap存储结构的基础上，使用了一对双向链表来记录添加元素的顺序
   与LinkedHashSet类似，LinkedHashMap 可以维护Map 的迭代顺序：迭代顺序与Key-Value 对的插入顺序一致

 Map实现类之三：TreeMap

   TreeMap存储Key-Value 对时，需要根据key-value 对进行排序。
   TreeMap 可以保证所有的Key-Value 对处于有序状态。
   TreeSet底层使用红黑树结构存储数据
TreeMap 的Key 的排序：
   自然排序：TreeMap 的所有的Key 必须实现Comparable 接口，而且所有的Key 应该是同一个类的对象，否则将会抛出ClasssCastException
   定制排序：创建TreeMap 时，传入一个Comparator 对象，该对象负责对TreeMap 中的所有key 进行排序。此时不需要Map 的Key 实现Comparable 接口
   TreeMap判断两个key相等的标准：两个key通过compareTo()方法或者compare()方法返回0。

Map实现类之四：Hashtable

Hashtable是个古老的Map 实现类，JDK1.0就提供了。不同于HashMap，Hashtable是线程安全的。
   Hashtable实现原理和HashMap相同，功能相同。底层都使用哈希表结构，查询速度快，很多情况下可以互用。
   与HashMap不同，Hashtable 不允许使用null 作为key 和value
   与HashMap一样，Hashtable 也不能保证其中Key-Value 对的顺序
   Hashtable判断两个key相等、两个value相等的标准，与HashMap一致。

Map实现类之五：Properties

Properties 类是Hashtable 的子类，该对象用于处理属性文件
   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
   存取数据时，建议使用setProperty(String key,String value)方法和getProperty(String key)方法

Properties pros = new Properties();
pros.load(new FileInputStream("jdbc.properties"));
String user = pros.getProperty("user");
System.out.println(user);

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Collections工具类:

   Collections 是一个操作Set、List 和Map 等集合的工具类
   Collections 中提供了一系列静态的方法对集合元素进行排序、查询和修改等操作，还提供了对集合对象设置不可变、对集合对象实现同步控制等方法
排序操作：（均为static方法）

Collections常用方法

Collections常用方法：同步控制

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

补充：Enumeration

Enumeration 接口是Iterator 迭代器的“古老版本”

Enumeration stringEnum = new StringTokenizer("a-b*c-d-e-g", "-");
while(stringEnum.hasMoreElements()){
   Object obj = stringEnum.nextElement();
   System.out.println(obj); 
}