Java-Day19 Java集合（集合框架、Collection接口、List接口及List接口实现类）

Java-Day19 Java集合（集合框架、Collection接口、List接口及List接口实现类）
目录

1. Java集合框架概述

1.1 什么是集合

1.2 集合框架的由来

2. Collection接口常用功能

2.1 Collection接口方法

2.2 Iterator迭代器接口

2.2.1 遍历iterater中元素

2.2.3 使用 foreach 循环遍历集合元素

3. Collection子接口之一：List接口

3.1 List接口特有方法

3.2 List实现类之一：ArrayList

3.3 List实现类之二：LinkedList

3.3.1 LinkedList新增方法

3.3.2 LinkedList的底层实现原理

3.4 List 实现类之三：Vector

3.4.1 Vector新增方法

3.4.2 ArrayList和LinkedList的异同

3.4.3 ArrayList和Vector的区别

1. Java集合框架概述

1.1 什么是集合

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。

集合框架，设计好了大量的好用的数据结构：

线性表：数组、栈、队列、链表，哈希表，树，图：多维结构，矩阵

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，不涉及到持久化的存储（.txt,.jpg,.avi，数据库中)

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。解决数组存储数据方面的弊端。

集合的使用场景

应用在各种应用的数据列表中，如下图，等等

在Android客户端，将JSON对象或JSON数组转换为Java对象或Java对象构成的List

在服务器端，将Java对象或Java对象构成的List转换为JSON对象或JSON数组，

在数据库端拿到的是List对象

集合貌似看起来比较强大，它啥时用呢？当当对象多的时候，先进行存储。

1.2 集合框架的由来

集合本身是一个工具，它存放在java.util包中。

JDK最早的1.0版本中。提供的集合容器很少。升级到1.2版，为了更多的需求，出现了集合框架。有了更多的容器。可以完成不同的需求。

这些容器怎么区分？区分的方式：每一个容器的数据结构（数据存储的一种方式）不一样。

Java 集合框架图：

从上面的集合框架图可以看到，Java 集合框架主要包括两种类型的容器，一种是集合（Collection），存储一个元素集合，另一种是图（Map），存储键/值对映射。Collection 接口又有 3 种子类型，List、Set 和 Queue，再下面是一些抽象类，最后是具体实现类，常用的有ArrayList 、LinkedList、HashSet、LinkedHashSet、HashMap 、LinkedHashMap 等等。

集合框架是一个用来代表和操纵集合的统一架构。所有的集合框架都包含如下内容：
- 接口：是代表集合的抽象数据类型。例如 Collection、List、Set、Map 等。之所以定义多个接口，是为了以不同的方式操作集合对象
- 实现（类）：是集合接口的具体实现。从本质上讲，它们是可重复使用的数据结构，例如：ArrayList、LinkedList、HashSet、HashMap。
- 算法：是实现集合接口的对象里的方法执行的一些有用的计算，例如：搜索和排序。这些算法被称为多态，那是因为相同的方法可以在相似的接口上有着不同的实现。
除了集合，该框架也定义了几个 Map 接口和类。Map 里存储的是键/值对。尽管 Map 不是集合，但是它们完全整合在集合中。

集合框架体系如图所示：

不同的线性容器进行不断的向上抽取，最后形成了一个集合框架，这个框架就是Collection接口。在 Collection接口定义着集合框架中最最共性的内容。在学习时：我们需要看最顶层怎么用，创建底层对象即可。因为底层继承了父类中的所有功能。

Collection接口继承树：

Map接口继承树

2. Collection接口常用功能

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。

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，“动态”数组 --- 线性表
  - ArrayList、LinkedList、Vector
- Queue：非连续、非顺序的存储结构 --- 队列
- Set：元素无序、不可重复的集合 --- 哈希表
  - HashSet、TreeSet、LinkedHashSet
在 JDK 5.0 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。

2.1 Collection接口方法

1、添加
- add(Object obj)
- addAll(Collection coll)
2、获取有效元素的个数
- int size()
3、清空集合
- void clear()
4、是否是空集合
- boolean isEmpty()
5、是否包含某个元素
- boolean contains(Object obj)：是通过元素的equals方法来判断是否是同一个对象
- boolean containsAll(Collection c)：也是调用元素的equals方法来比较的。拿两个集合的元素挨个比较。
6、删除
- boolean remove(Object obj) ：通过元素的equals方法判断是否是要删除的那个元素。只会删除找到的第一个元素
- boolean removeAll(Collection coll)：取当前集合的差集
7、取两个集合的交集
- boolean retainAll(Collection c)：把交集的结果存在当前集合中，不影响c
8、集合是否相等
- boolean equals(Object obj)
9、转成对象数组
- Object[] toArray()
10、获取集合对象的哈希值
- hashCode()
11、遍历
- iterator()：返回迭代器对象，用于集合遍历
```
package day19.exer;
 
import java.util.*;
 
public class CollectionTest {
    // 压制警告
    @SuppressWarnings({"rawtypes", "unchecked"})
    public static void main(String[] args) {
        // Collection是一个接口，不能创建实例
        Collection coll = new ArrayList();
        Collection coll1 = new ArrayList(2);
        coll1.add(12);
        coll1.add(21);
        // 添加一个元素
        coll.add("AA");
        coll.add(1000); // 自动装箱
        coll.add(new Date());
        // 添加另一个集合的元素
        coll.addAll(coll1);
        System.out.println(coll); // [AA, 123, Fri Aug 05 22:41:50 GMT+08:00 2022, 12, 21]
        // 获取有效元素的个数
        System.out.println(coll.size()); // 5
        // 清空集合
        coll1.clear();
        System.out.println(coll1); // []
        // 是否是空集合
        System.out.println(coll1.isEmpty()); // true
        // 是否包含某个元素
        System.out.println(coll.contains(new String("AA")));
        // true, 这里包含的原因是调用String中的equals, 比较两个字符串的值是否相等
        coll.add(new Person("小王", 12));
        System.out.println(coll.contains(new Person("小王", 12)));
        // false, 这里不包含的原因是调用元素的equals方法，比较的两个的内存地址
        System.out.println(coll.containsAll(coll1)); // true, 空集合默认包含在另一个集合中
        coll1.add(111);
        System.out.println(coll.containsAll(coll1)); // false
        // 删除元素
        coll.add("AA");
        System.out.println(coll); // [AA, 1000, Fri Aug 05 23:16:39 GMT+08:00 2022, 12, 21, day19.exer.Person@16795f1, AA]
        coll.remove("AA");
        System.out.println(coll); // [1000, Fri Aug 05 23:16:39 GMT+08:00 2022, 12, 21, day19.exer.Person@16795f1, AA]
        Collection coll2 = new ArrayList(2);
        coll2.add(1000);
        coll2.add("AA");
        coll.removeAll(coll2);
        System.out.println(coll); // [Fri Aug 05 23:16:39 GMT+08:00 2022, 12, 21, day19.exer.Person@16795f1]
        // 取两个集合的交集
        coll.add(111);
        System.out.println(coll); // [Fri Aug 05 23:24:44 GMT+08:00 2022, 12, 21, day19.exer.Person@16795f1, 111]
        coll1.add(222);
        System.out.println(coll1); // [111, 222]
        System.out.println(coll.retainAll(coll1)); // true
        System.out.println(coll); // [111], retainAll把交集的结果存在当前集合coll中，不影响coll1
        System.out.println(coll1); // [111, 222]
        // 集合是否相等
        System.out.println(coll.equals(coll1)); // false
        coll.add(222);
        System.out.println(coll); // [111, 222]
        System.out.println(coll.equals(coll1)); // true
        // 转成对象数组
        Object[] objArr = coll2.toArray();
        System.out.println(Arrays.toString(objArr)); // [1000, AA]
        // 获取集合对象的哈希值
        System.out.println(coll.hashCode()); // 4624
        // 遍历
        // foreach
        for (Object o : coll) {
            System.out.print(o + ", "); // 111, 222,
        }
        // 迭代器遍历迭代数据，foreach底层就是使用迭代器实现的
        Iterator iterator = coll.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.print(iterator.next() + ", "); // 111, 222,
        }
    }
}
 
class Person {
    public String name;
    public int age;
 
    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
 
    public Person() {
 
    }
 
    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        System.out.println(o + " 调用Person对象的equals方法");
        return this == o;
    }
 
    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age);
    }
}
```
集合的使用细节：
- 集合中，不能保存基本数据类型！如果一定要使用基本数据类型，但是jdk1.5以后可以这么写，则需要使用它们的包装类，所以存储的还是对象(基本数据类型包装类对象)。
- 集合中存储其实都是对象的地址。
- 删除基本数据类型，需要手动装箱，否则，int默认是下标，而不是数据本书
- 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()
- 存储时提升了Object。取出时要使用元素的特有内容，必须向下转型。
2.2 Iterator迭代器接口

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。类似于“公交车上的售票员”、“火车上的乘务员”、“空姐”。

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。

Iterator迭代器接口中的方法：
- boolean hasNext()：判断Iterator中是否存在下一个元素
- E next()：返回Iterator中的下一个元素
- void remove()：从基础集合中移除迭代器返回的最后一个元素(可选操作)。
2.2.1 遍历iterater中元素
```
//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());
}
```
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。

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。
2.2.3 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。

语法格式：元素类型
```
// for (要遍历的元素类型 自定义的元素名称 : 要遍历的结构对象名称)
for (Object o : coll) {
    System.out.print(o);
}
```
3. Collection子接口之一：List接口

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

JDK API中List接口的实现类常用的有：ArrayList、LinkedList和Vector

3.1 List接口特有方法

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。
- 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
```
public class ListText {
    public static void main(String[] args) {
 
        List l1 = new LinkedList();
        List l2 = new Vector();
        List l3 = new ArrayList();
 
        l3.add(",happy ");
        l3.add("new ");
        l3.add("years !");
        l3.add(0,"马克");
        Iterator it1 = l3.iterator();
        while (it1.hasNext()){
            Object obj1 = it1.next();
            System.out.print(obj1);
        }
        System.out.println();
        System.out.println(l3.get(0)+"?");
        l3.add(",happy ");
        System.out.println(l3.indexOf(",happy "));
        System.out.println(l3.lastIndexOf(",happy "));
        l3.remove(4);   //删除下标为4的元素
        Iterator it2 = l3.iterator();
        while (it2.hasNext()){
            Object obj2 = it2.next();
            System.out.print(obj2);
        }
        System.out.println();
        l3.set(3,"years!!");
        Iterator it3 = l3.iterator();
        while (it3.hasNext()){
            Object obj3 = it3.next();
            System.out.print(obj3);
        }
    }
}
```
3.2 List实现类之一：ArrayList

ArrayList 类是一个可以动态修改的数组，与普通数组的区别就是它是没有固定大小的限制，我们可以添加或删除元素。ArrayList 继承了 AbstractList ，并实现了 List 接口。

ArrayList 类位于 java.util 包中，使用前需要引入它，语法格式如下：
```
import java.util.ArrayList; // 引入 ArrayList 类
 
ArrayList objectName =new ArrayList<>();　 // 初始化
```
- E：泛型数据类型，用于设置 objectName 的数据类型，只能为引用数据类型。
- 对象名称：对象名。
ArrayList 是 List 接口的典型实现类、主要实现类；是线程不安全的，效率高；底层使用Object[] elementData存储

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与数组间的转换：
```
// 集合 --->数组：toArray()
Object[] arr = coll.toArray();
for(int i = 0;i < arr.length;i++){
    System.out.println(arr[i]);
}
 
// 拓展：数组 --->集合:调用Arrays类的静态方法asList(T ... t)
List list = Arrays.asList(new String[]{"AA", "BB", "CC"});
System.out.println(list);
 
List arr1 = Arrays.asList(new int[]{123, 456});
System.out.println(arr1.size());//1
 
List arr2 = Arrays.asList(new Integer[]{123, 456});
System.out.println(arr2.size());//2
```
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
```
        List list = new ArrayList();
		list.add("AA");
		list.add(123);	// 存储基本数据时，会自动装箱
		list.add(1);
		list.add(2);
		list.add(0, "BB");
		list.add(1, "呵呵呵");
		System.out.println(list);
		System.out.println(list.get(0));
		System.out.println(list.get(1));
		System.out.println(list.remove("AA"));
		System.out.println(list);
		// 更新值
		System.out.println(list.set(0, "test"));
		System.out.println(list);
		
		// 注意：删除基本数据类型，需要手动装箱
		// 否则，int默认是下标，而不是数据本书
		System.out.println(list.remove(Integer.valueOf(2)));
		System.out.println(list);
		
		System.out.println(list.contains("呵呵呵"));
        
        // 使用泛型，表示nums只能存储字符串
		List nums = new ArrayList<>();
		nums.add("张三");
		nums.add("李四");
		nums.add("王五");
		nums.add("赵六");
//		System.out.println(nums.get(0));
		
		// 遍历list中的数据
//		for (int i = 0; i < nums.size(); i++) {
//			System.out.println(nums.get(i));
//		}
		
		// foreach
//		for (String str : nums) {
//			System.out.println(str);
//		}
		
		// 迭代器遍历迭代数据，foreach底层就是使用迭代器实现的
//		Iterator it = nums.iterator();
//		while(it.hasNext()) {
//			System.out.println(it.next());
//		}
```
3.3 List实现类之二：LinkedList

链表（Linked list）是一种常见的基础数据结构，是一种线性表，但是并不会按线性的顺序存储数据，而是在每一个节点里存到下一个节点的地址。

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，底层使用双向链表存储

3.3.1 LinkedList新增方法
- void addFirst(Object obj)
- void addLast(Object obj)
- Object getFirst()
- Object getLast()
- Object removeFirst()
- Object rem oveLast()
3.3.2 LinkedList的底层实现原理

LinkedList：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
```
    private static class Node {
        E item;
        Node next;
        Node prev;
 
        Node(Node prev, E element, Node next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }
```
3.4 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。

3.4.1 Vector新增方法
- void addElement(Object obj)
- void insertElementAt(Object obj,int index)
- void setElementAt(Object obj,int index)
- void removeElement(Object obj)
- void removeAllElements()
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?

3.4.2 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。

3.4.3 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。
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原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_51612062/article/details/126185094

1. Java集合框架概述

1.1 什么是集合

1.2 集合框架的由来

2. Collection接口常用功能

2.1 Collection接口方法

2.2 Iterator迭代器接口

2.2.1 遍历iterater中元素

2.2.3 使用 foreach 循环遍历集合元素

3. Collection子接口之一：List接口

3.1 List接口特有方法

3.2 List实现类之一：ArrayList

3.3 List实现类之二：LinkedList

3.3.1 LinkedList新增方法

3.3.2 LinkedList的底层实现原理

3.4 List 实现类之三：Vector

3.4.1 Vector新增方法

3.4.2 ArrayList和LinkedList的异同

3.4.3 ArrayList和Vector的区别