Java基础：Collection、泛型

第一章 Collection集合

1.1 集合概述

在前面使用过集合ArrayList，那么集合到底是什么呢？

集合：集合是java中提供的一种容器，可以用来存储多个数据。

集合和数组既然都是容器，它们有啥区别呢？

数组的长度是固定的。集合的长度是可变的。

数组中存储的是同一类型的元素，可以存储基本数据类型值。集合存储的都是对象。而且对象的类型可以不一致。在开发中一般当对象多的时候，使用集合进行存储。

1.2 集合框架

JAVASE提供了满足各种需求的API，在使用这些API前，先了解其继承与接口操作架构，才能了解何时采用哪个类，以及类之间如何彼此合作，从而达到灵活应用。

集合按照其存储结构可以分为两大类，分别是单列集合java.util.Collection和双列集合java.util.Map。

• Collection：单列集合类的根接口，用于存储一系列符合某种规则的元素，它有两个重要的子接口，分别是java.util.List和java.util.Set。其中， List 的特点是元素有序、元素可重复。Set的特点是元素无序，而且不可重复。List接口的主要实现类有java.util.ArrayList和java.util.LinkedList，Set接口的主要实现类有java.util.HashSet和java.util.TreeSet。

从上面的描述可以看出JDK中提供了丰富的集合类库，为了便于介绍，接下来通过一张图来描述整个集合类的继承体系。

集合本身是一个工具，它存放在java.util包中。在Collection接口定义着单列集合框架中最最共性的内容。

1.3 Collection常用功能

Collection是所有单列集合的父接口，因此在Collection中定义了单列集合（List和Set）通用的一些方法，这些方法可用于操作所有的单列集合。方法如下：

• public boolean add(E e)： 把给定的对象添加到当前集合中 。

• public void clear()：清空集合中所有的元素。

• public boolean remove(E e)： 把给定的对象在当前集合中删除。

• public boolean contains(E e)： 判断当前集合中是否包含给定的对象。

• public boolean isEmpty()： 判断当前集合是否为空。

• public int size()： 返回集合中元素的个数。

• public Object[] toArray()：把集合中的元素，存储到数组中。

方法演示：

package com.dcxuexi.java15;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;

/***
 * @Title Collection_Demo01
 * @Description TOTD
 * @Auter DongChuang
 * @Date 2022/12/5 20:45
 * @Version 1.0.0
 */
public class Collection_Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合对象
        // 使用多态形式
        Collection<String> coll = new ArrayList<String>();
        // 使用方法
        // 添加功能  boolean  add(String s)
        coll.add("小李广");
        coll.add("扫地僧");
        coll.add("石破天");
        System.out.println(coll);
        // boolean contains(E e) 判断o是否在集合中存在
        System.out.println("判断  扫地僧 是否在集合中"+coll.contains("扫地僧"));
        //boolean remove(E e) 删除在集合中的o元素
        System.out.println("删除石破天："+coll.remove("石破天"));
        System.out.println("操作之后集合中元素:"+coll);
        // size() 集合中有几个元素
        System.out.println("集合中有"+coll.size()+"个元素");
        // Object[] toArray()转换成一个Object数组
        Object[] objects = coll.toArray();
        // 遍历数组
        for (int i = 0; i < objects.length; i++) {
            System.out.println(objects[i]);
        }
        // void  clear() 清空集合
        coll.clear();
        System.out.println("集合中内容为："+coll);
        // boolean  isEmpty()  判断是否为空
        System.out.println(coll.isEmpty());
    }
}
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有关Collection中的方法可不止上面这些，其他方法可以自行查看API学习。

第二章 Iterator迭代器

2.1 Iterator接口

在程序开发中，经常需要遍历集合中的所有元素。针对这种需求，JDK专门提供了一个接口

java.util.Iterator 。Iterator接口也是Java集合中的一员，但它与Collection、Map接口有所不同， Collection接口与Map接口主要用于存储元素，而Iterator主要用于迭代访问（即遍历）Collection中的元素，因此Iterator对象也被称为迭代器。

想要遍历Collection集合，那么就要获取该集合迭代器完成迭代操作，下面介绍一下获取迭代器的方法：

• public Iterator iterator()： 获取集合对应的迭代器，用来遍历集合中的元素的。

下面介绍一下迭代的概念：

• 迭代：即Collection集合元素的通用获取方式。在取元素之前先要判断集合中有没有元素，如果有，就把这个元素取出来，继续在判断，如果还有就再取出出来。一直把集合中的所有元素全部取出。这种取出方式专业术语称为迭代。

Iterator接口的常用方法如下：

• public E next()：返回迭代的下一个元素。

• public boolean hasNext()：如果仍有元素可以迭代，则返回true。

接下来介绍如何使用Iterator迭代集合中元素：

package com.dcxuexi.java15;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;

/***
 * @Title Iterator_Demo
 * @Description TOTD
 * @Auter DongChuang
 * @Date 2022/12/5 20:53
 * @Version 1.0.0
 */
public class Iterator_Demo {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用多态方式 创建对象
        Collection<String> coll = new ArrayList<String>();

        // 添加元素到集合
        coll.add("串串星人");
        coll.add("吐槽星人");
        coll.add("汪星人");
        //遍历
        //使用迭代器 遍历   每个集合对象都有自己的迭代器
        Iterator<String> it = coll.iterator();
        //  泛型指的是 迭代出 元素的数据类型
        while(it.hasNext()){ //判断是否有迭代元素
            String s = it.next();//获取迭代出的元素
            System.out.println(s);
        }
    }
}
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在进行集合元素取出时，如果集合中已经没有元素了，还继续使用迭代器的next方法，将会发生java.util.NoSuchElementException没有集合元素的错误。

2.2 迭代器的实现原理

当遍历集合时，首先通过调用集合的iterator()方法获得迭代器对象，然后使用hashNext()方法判断集合中是否存在下一个元素，如果存在，则调用next()方法将元素取出，否则说明已到达了集合末尾，停止遍历元素。

Iterator迭代器对象在遍历集合时，内部采用指针的方式来跟踪集合中的元素，迭代器的工作原理通过一个图例来演示Iterator对象迭代元素的过程：

在调用Iterator的next方法之前，迭代器的索引位于第一个元素之前，不指向任何元素，当第一次调用迭代器的next方法后，迭代器的索引会向后移动一位，指向第一个元素并将该元素返回，当再次调用next方法时，迭代器的索引会指向第二个元素并将该元素返回，依此类推，直到hasNext方法返回false，表示到达了集合的末尾，终止对元素的遍历。

2.3 增强for

增强for循环（也称for each循环）是JDK1.5以后出来的一个高级for循环，专门用来遍历数组和集合的。它的内部原理其实是个Iterator迭代器，所以在遍历的过程中，不能对集合中的元素进行增删操作。

格式：

for(元素的数据类型  变量 : Collection集合or数组){ 
  	//写操作代码
}
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它用于遍历Collection和数组。通常只进行遍历元素，不要在遍历的过程中对集合元素进行增删操作。

练习1：遍历数组

package com.dcxuexi.java15;

/***
 * @Title ForEach_Demo01
 * @Description TOTD
 * @Auter DongChuang
 * @Date 2022/12/5 20:58
 * @Version 1.0.0
 */
public class ForEach_Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {3,5,6,87};
        //使用增强for遍历数组
        for (int i :
                arr) { //i代表数组中的每个元素
            System.out.println(i);
        }
    }
}
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练习2：遍历集合

package com.dcxuexi.java15;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;

/***
 * @Title ForEach_Demo02
 * @Description TOTD
 * @Auter DongChuang
 * @Date 2022/12/5 21:01
 * @Version 1.0.0
 */
public class ForEach_Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        Collection<String> coll = new ArrayList<String>();
        coll.add("小河神");
        coll.add("老河神");
        coll.add("神婆");
        //使用增强for遍历
        for(String s
                :coll){ //接收变量s代表 代表被遍历到的集合元素
            System.out.println(s);
        }
    }
}
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新for循环必须有被遍历的目标。目标只能是Collection或者是数组。新式for仅仅作为遍历操作出现。

第三章 泛型

3.1 泛型概述

我们都知道集合中是可以存放任意对象的，只要把对象存储集合后，那么这时他们都会被提升成Object类型。当我们在取出每一个对象，并且进行相应的操作，这时必须采用类型转换。

大家观察下面代码：

package com.dcxuexi.java15;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;

/***
 * @Title Generic_Demo
 * @Description TOTD
 * @Auter DongChuang
 * @Date 2022/12/5 21:04
 * @Version 1.0.0
 */
public class Generic_Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add("hello");
        coll.add("dcxuexi");
        coll.add(5);//由于集合没有做任何限定，任何类型都可以给其中存放
        Iterator it = coll.iterator();
        while(it.hasNext()){
            //需要打印每个字符串的长度,就要把迭代出来的对象转成String类型
            String str = (String) it.next();
            System.out.println(str.length());
        }
    }
}
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程序在运行时发生了问题java.lang.ClassCastException。

为什么会发生类型转换异常呢？

我们来分析下：由于集合中什么类型的元素都可以存储。导致取出时强转引发运行时ClassCastException。

怎么来解决这个问题呢？

Collection虽然可以存储各种对象，但实际上通常Collection只存储同一类型对象。例如都是存储字符串对象。因此在JDK5之后，新增了泛型（Generic）语法，让你在设计API时可以指定类或方法支持泛型，这样我们使用API的时候也变得更为简洁，并得到了编译时期的语法检查。

• 泛型：可以在类或方法中预支地使用未知的类型。

一般在创建对象时，将未知的类型确定具体的类型。当没有指定泛型时，默认类型为Object类型。

3.2 使用泛型的好处

将运行时期的ClassCastException，转移到了编译时期变成了编译失败。

避免了类型强转的麻烦。

通过我们如下代码体验一下：

package com.dcxuexi.java15;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;

/***
 * @Title Generic_Demo02
 * @Description TOTD
 * @Auter DongChuang
 * @Date 2022/12/5 21:08
 * @Version 1.0.0
 */
public class Generic_Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        Collection<String> list = new ArrayList<String>();
        list.add("hello");
        list.add("dcxuexi.com");
        // list.add(5);//当集合明确类型后，存放类型不一致就会编译报错
        // 集合已经明确具体存放的元素类型，那么在使用迭代器的时候，迭代器也同样会知道具体遍历元素类型
        Iterator<String> it = list.iterator();
        while(it.hasNext()){
            String str = it.next();
            //当使用Iterator控制元素类型后，就不需要强转了。获取到的元素直接就是String类型
            System.out.println(str.length());
        }
    }
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泛型是数据类型的一部分，我们将类名与泛型合并一起看做数据类型。

3.3 泛型的定义与使用

泛型，用来灵活地将数据类型应用到不同的类、方法、接口当中。将数据类型作为参数进行传递。

定义和使用含有泛型的类

定义格式：

修饰符 class 类名<代表泛型的变量> {  }
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例如，API中的ArrayList集合：

public class ArrayList<E>{ 
    public boolean add(E e){ }

    public E get(int index){ }
   	....
}
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使用泛型： 即什么时候确定泛型。

在创建对象的时候确定泛型

例如， ArrayList list = new ArrayList();

此时，变量E的值就是String类型,那么我们的类型就可以理解为：

public class ArrayList<String>{ 
     public boolean add(String e){ }

     public String get(int index){  }
     ...
}
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再例如， ArrayList list = new ArrayList();

此时，变量E的值就是Integer类型，那么我们的类型就可以理解为：

public class ArrayList<Integer> { 
     public boolean add(Integer e) { }

     public Integer get(int index) {  }
     ...
}
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举例自定义泛型类

package com.dcxuexi.java15;

/***
 * @Title MyGenericClass
 * @Description TOTD
 * @Auter DongChuang
 * @Date 2022/12/5 21:12
 * @Version 1.0.0
 */
public class MyGenericClass<MVP> {
    //没有MVP类型，在这里代表 未知的一种数据类型 未来传递什么就是什么类型
    private MVP mvp;

    public void setMVP(MVP mvp) {
        this.mvp = mvp;
    }

    public MVP getMVP() {
        return mvp;
    }
}
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使用：

package com.dcxuexi.java15;

/***
 * @Title GenericClassDemo
 * @Description TOTD
 * @Auter DongChuang
 * @Date 2022/12/5 21:13
 * @Version 1.0.0
 */
public class GenericClassDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个泛型为String的类
        MyGenericClass<String> my = new MyGenericClass<String>();
        // 调用setMVP
        my.setMVP("大胡子登登");
        // 调用getMVP
        String mvp = my.getMVP();
        System.out.println(mvp);
        //创建一个泛型为Integer的类
        MyGenericClass<Integer> my2 = new MyGenericClass<Integer>();
        my2.setMVP(123);
        Integer mvp2 = my2.getMVP();
    }
}
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含有泛型的方法

定义格式：

修饰符 <代表泛型的变量> 返回值类型 方法名(参数){  }
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例如：

package com.dcxuexi.java15;

/***
 * @Title MyGenericMethod
 * @Description TOTD
 * @Auter DongChuang
 * @Date 2022/12/5 21:31
 * @Version 1.0.0
 */
public class MyGenericMethod {
    public <MVP> void show(MVP mvp) {
        System.out.println(mvp.getClass());
    }

    public <MVP> MVP show2(MVP mvp) {
        return mvp;
    }
}
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使用格式：调用方法时，确定泛型的类型

package com.dcxuexi.java15;

/***
 * @Title GenericMethodDemo
 * @Description TOTD
 * @Auter DongChuang
 * @Date 2022/12/5 21:33
 * @Version 1.0.0
 */
public class GenericMethodDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建对象
        MyGenericMethod mm = new MyGenericMethod();
        // 演示看方法提示
        mm.show("aaa");
        mm.show(123);
        mm.show(12.45);
    }
}
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含有泛型的接口

定义格式：

修饰符 interface接口名<代表泛型的变量> {  }
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例如：

package com.dcxuexi.java15;

/***
 * @Title MyGenericInterface
 * @Description TOTD
 * @Auter DongChuang
 * @Date 2022/12/5 21:36
 * @Version 1.0.0
 */
public interface MyGenericInterface<E> {
    public abstract void add(E e);

    public abstract E getE();
}
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使用格式：

1、定义类时确定泛型的类型

例如：

package com.dcxuexi.java15;

/***
 * @Title MyGenericInterfaceImpl
 * @Description TOTD
 * @Auter DongChuang
 * @Date 2022/12/5 21:36
 * @Version 1.0.0
 */
public class MyGenericInterfaceImpl implements MyGenericInterface<String> {
    @Override
    public void add(String s) {
        // TOTD
        System.out.println(s);
    }

    @Override
    public String getE() {
        return null;
    }
}
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此时，泛型E的值就是String类型。

2、始终不确定泛型的类型，直到创建对象时，确定泛型的类型

例如：

package com.dcxuexi.java15;

/***
 * @Title MyGenericInterfaceImpl02
 * @Description TOTD
 * @Auter DongChuang
 * @Date 2022/12/5 21:38
 * @Version 1.0.0
 */
public class MyGenericInterfaceImpl02<E> implements MyGenericInterface<E>  {
    @Override
    public void add(E e) {
        // TOTD
        System.out.println(e);
    }

    @Override
    public E getE() {
        return null;
    }
}
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确定泛型：

package com.dcxuexi.java15;

/***
 * @Title GenericInterface
 * @Description TOTD
 * @Auter DongChuang
 * @Date 2022/12/5 21:40
 * @Version 1.0.0
 */
public class GenericInterface {
    public static void main(String[] args) {
        MyGenericInterfaceImpl02<String>  my = new MyGenericInterfaceImpl02<String>();
        my.add("aa");
    }
}
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3.4 泛型通配符

当使用泛型类或者接口时，传递的数据中，泛型类型不确定，可以通过通配符表示。但是一旦使用泛型的通配符后，只能使用Object类中的共性方法，集合中元素自身方法无法使用。

通配符基本使用

泛型的通配符：不知道使用什么类型来接收的时候，此时可以使用?，?表示未知通配符。

此时只能接受数据，不能往该集合中存储数据。

举个例子大家理解使用即可：

package com.dcxuexi.java15;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;

/***
 * @Title Generic_Demo03
 * @Description TOTD
 * @Auter DongChuang
 * @Date 2022/12/5 21:44
 * @Version 1.0.0
 */
public class Generic_Demo03 {
    public static void main(String[] args) {
        Collection<Integer> list1 = new ArrayList<Integer>();
        getElement(list1);
        Collection<String> list2 = new ArrayList<String>();
        getElement(list2);
    }
    public static void getElement(Collection<?> coll){}
    //？代表可以接收任意类型
}
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泛型不存在继承关系Collection list = new ArrayList();这种是错误的。

通配符高级使用----受限泛型

之前设置泛型的时候，实际上是可以任意设置的，只要是类就可以设置。但是在JAVA的泛型中可以指定一个泛型的上限和下限。

泛型的上限：

• 格式： 类型名称对象名称

• 意义： 只能接收该类型及其子类

泛型的下限：

• 格式： 类型名称对象名称

• 意义： 只能接收该类型及其父类型

比如：现已知Object类，String类，Number类，Integer类，其中Number是Integer的父类

package com.dcxuexi.java15;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;

/***
 * @Title Generic_Demo04
 * @Description TOTD
 * @Auter DongChuang
 * @Date 2022/12/5 21:48
 * @Version 1.0.0
 */
public class Generic_Demo04 {
    public static void main(String[] args) {
        Collection<Integer> list1 = new ArrayList<Integer>();
        Collection<String> list2 = new ArrayList<String>();
        Collection<Number> list3 = new ArrayList<Number>();
        Collection<Object> list4 = new ArrayList<Object>();

        getElement1(list1);
        getElement1(list2);//报错
        getElement1(list3);
        getElement1(list4);//报错

        getElement2(list1);//报错
        getElement2(list2);//报错
        getElement2(list3);
        getElement2(list4);

    }
    // 泛型的上限：此时的泛型?，必须是Number类型或者Number类型的子类
    public static void getElement1(Collection<? extends Number> coll){}
    // 泛型的下限：此时的泛型?，必须是Number类型或者Number类型的父类
    public static void getElement2(Collection<? super Number> coll){}
}
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