【JAVA SE】JAVA中的集合的基础知识

大家好呀，我是crisp制药呀💊，今天来给大家讲解JAVA中集合的相关的知识，万字长文希望大家可以收藏起来慢慢看，作为初学者我也是写来方便日后的复习，制药和大家一起学习一起加油！😀

✨如果喜欢的话，欢迎大家关注，点赞，评论，收藏！
🌟本人博客的首页：crisp制药
😺本人是一个JAVA初学者，分享一下自己的所学，如果有错误，希望大家能告知，谢谢！

一、集合与数组

1. 集合与数组存储数据概述：

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)

2. 数组存储的特点：

一旦初始化以后，其长度就确定了。 数组一旦定义好，其元素的类型也就确定了。我们也就只能操作指定类型的数据了。

比如：String[] arr、int[] arr1、Object[] arr2

3. 数组存储的弊端：

1. 一旦初始化以后，其长度就不可修改。
2. 数组中提供的方法非常限，对于添加、删除、插入数据等操作，非常不便，同时效率不高。
3. 获取数组中实际元素的个数的需求，数组没有现成的属性或方法可用
4. 数组存储数据的特点：有序、可重复。对于无序、不可重复的需求，不能满足。

4. 集合存储的优点：

解决数组存储数据方面的弊端。

5. 集合的分类

Java集合可分为Collection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
• Map接口：双列数据，保存具有映射关系“key-value对”的集合

6. 集合的框架结构

|----Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象
     |----List接口：存储有序的、可重复的数据。  -->“动态”数组
           |----ArrayList：作为List接口的主要实现类，线程不安全的，效率高;底层采用Object[] elementData数组存储
           |----LinkedList：对于频繁的插入删除操作，使用此类效率比ArrayList效率高底层采用双向链表存储
           |----Vector：作为List的古老实现类，线程安全的，效率低;底层采用Object[]数组存储
           
     |----Set接口：存储无序的、不可重复的数据   -->数学概念上的“集合”
           |----HashSet：作为Set接口主要实现类;线程不安全;可以存null值
           		|----LinkedHashSet：作为HashSet的子类;遍历其内部数据时，可以按照添加顺序遍历;对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet.
           |----TreeSet：可以按照添加对象的指定属性，进行排序。


|----Map:双列数据，存储key-value对的数据   ---类似于高中的函数：y = f(x)
     |----HashMap:作为Map的主要实现类；线程不安全的，效率高；存储null的key和value
          |----LinkedHashMap:保证在遍历map元素时，可以照添加的顺序实现遍历。
                    原因：在原的HashMap底层结构基础上，添加了一对指针，指向前一个和后一个元素。
                    对于频繁的遍历操作，此类执行效率高于HashMap。
     |----TreeMap:保证照添加的key-value对进行排序，实现排序遍历。此时考虑key的自然排序或定制排序
                      底层使用红黑树
     |----Hashtable:作为古老的实现类；线程安全的，效率低；不能存储null的key和value
          |----Properties:常用来处理配置文件。key和value都是String类型



1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24

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。

• 1. 单列集合框架结构

  |----Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象
       |----List接口：存储有序的、可重复的数据。  -->“动态”数组
             |----ArrayList：作为List接口的主要实现类，线程不安全的，效率高;底层采用Object[] elementData数组存储
             |----LinkedList：对于频繁的插入删除操作，使用此类效率比ArrayList效率高底层采用双向链表存储
             |----Vector：作为List的古老实现类，线程安全的，效率低;底层采用Object[]数组存储
             
       |----Set接口：存储无序的、不可重复的数据   -->数学概念上的“集合”
             |----HashSet：作为Set接口主要实现类;线程不安全;可以存null值
             		|----LinkedHashSet：作为HashSet的子类;遍历其内部数据时，可以按照添加顺序遍历;对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet.
             |----TreeSet：可以按照添加对象的指定属性，进行排序。
  
  
  
  1
  2
  3
  4
  5
  6
  7
  8
  9
  10
  11
  12
  13

  图示：
  

2. Collection接口常用方法：

1. 添加
   • add(Object obj)
   • addAll(Collection coll)
2. 获取有效元素个数
   • int size()
3. 清空集合
   • void clear()
4. 是否为空集合
   • 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。用两个两个集合的元素逐一比较
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的集合中，不影响c
8. 集合是否相等
   • boolean equals(Object obj)
9. 转换成对象数组
   • Object [] toArray()
10. 获取集合对象的哈希值

-   `hashCode()`
1

1. 遍历

-   `iterator()`:返回迭代器对象，用于集合遍历


1
2
3

代码示例：

@Test
public void test1() {
    Collection collection = new ArrayList();
    //1.add(Object e):将元素添加到集合中
    collection.add("ZZ");
    collection.add("AA");
    collection.add("BB");
    collection.add(123);
    collection.add(new Date());
    //2.size():获取添加元素的个数
    System.out.println(collection.size());//5
    //3.addAll(Collection coll1):将coll1集合中的元素添加到当前集合中
    Collection collection1 = new ArrayList();
    collection1.add("CC");
    collection1.add(213);
    collection.addAll(collection1);
    System.out.println(collection.size());//9
    //调用collection1中的toString()方法输出
    System.out.println(collection);//[ZZ, AA, BB, 123, Tue Apr 28 09:22:34 CST 2020, 213, 213]
    //4.clear():清空集合元素
    collection1.clear();
    System.out.println(collection1.size());//0
    System.out.println(collection1);//[]
    //5.isEmpty():判断当前集合是否为空
    System.out.println(collection1.isEmpty());//true
}

@Test
public void test2() {
    Collection coll = new ArrayList();
    coll.add(123);
    coll.add(456);
    coll.add(new Person("Tom", 23));
    coll.add(new Person("Jarry", 34));
    coll.add(false);
    //6.contains(Object obj):判断当前集合中是否包含obj
    //判断时需要调用obj对象所在类的equals()方法
    System.out.println(coll.contains(123));//true
    System.out.println(coll.contains(new Person("Tom", 23)));//true
    System.out.println(coll.contains(new Person("Jarry", 23)));//false
    //7.containsAll(Collection coll1):判断形参coll1中的元素是否都存在当前集合中
    Collection coll1 = Arrays.asList(123, 4566);
    System.out.println(coll.containsAll(coll1));//flase
    //8.remove(Object obj):从当前集合中移除obj元素
    coll.remove(123);
    System.out.println(coll);//[456, Person{name='Tom', age=23}, Person{name='Jarry', age=34}, false]
    //9.removeAll(Collection coll1):差集：从当前集合中和coll1中所有的元素
    Collection coll2 = Arrays.asList(123, 456, false);
    coll.removeAll(coll2);
    System.out.println(coll);//[Person{name='Tom', age=23}, Person{name='Jarry', age=34}]
}

@Test
public void test3() {
    Collection coll = new ArrayList();
    coll.add(123);
    coll.add(456);
    coll.add(new Person("Tom", 23));
    coll.add(new Person("Jarry", 34));
    coll.add(false);
    //10.retainAll(Collection coll1):交集：获取当前集合和coll1集合的交集，并返回给当前集合
    Collection coll1 = Arrays.asList(123, 345, 456);
    boolean b = coll.retainAll(coll1);
    System.out.println(b);//true
    System.out.println(coll);//[123, 456]
    //11.equals(Object obj):返回true需要当前集合和形参集合的元素相同
    Collection coll2 = new ArrayList();
    coll2.add(123);
    coll2.add(456);
    System.out.println(coll.equals(coll2));//true
    //12.hashCode():返回当前对象的哈希值
    System.out.println(coll.hashCode());//5230
    //13.集合--->数组:toArray()
    Object[] array = coll.toArray();
    for (Object obj : array) {
        System.out.println(obj);
    }
    //14.数组--->集合:调用Arrays类的静态方法asList()
    List<int[]> ints = Arrays.asList(new int[]{123, 345});
    System.out.println(ints.size());//1
    List<String> strings = Arrays.asList("AA", "BB", "CC");
    System.out.println(strings);//[AA, BB, CC]
    //15.iteratoriterator():返回Iterator接口的实例，用于遍历集合元素。
}



1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87

3. Collection集合与数组间的转换

//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<String> 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


1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17

使用 Collection 集合存储对象，要求对象所属的类满足：

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()。

三、Iterator接口与foreach循环

1. 遍历Collection的两种方式：

① 使用迭代器Iterator

② foreach循环（或增强for循环）

2. java.utils包下定义的迭代器接口：Iterator

2.1说明：

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。

2.2作用：

遍历集合Collectiton元素

2.3如何获取实例：

coll.iterator() 返回一个迭代器实例

2.4遍历的代码实现：

Iterator iterator = coll.iterator();
//hasNext():判断是否还下一个元素
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());
}
1
2
3
4
5
6

2.6 iterator中remove()方法的使用：

• 测试Iterator中的 remove()
• 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。
• 内部定义了 remove(),可以在遍历的时候，删除集合中的元素。此方法不同于集合直接调用remove()

代码示例：

@Test
public void test3(){
    Collection coll = new ArrayList();
    coll.add(123);
    coll.add(456);
    coll.add(new Person("Jerry",20));
    coll.add("Tom"
            );
    coll.add(false);

    //删除集合中"Tom"
    Iterator iterator = coll.iterator();
    while (iterator.hasNext()){
        //            iterator.remove();
        Object obj = iterator.next();
        if("Tom".equals(obj)){
            iterator.remove();
            //                iterator.remove();
        }

    }
    //将指针重新放到头部，遍历集合
    iterator = coll.iterator();
    while (iterator.hasNext()){
        System.out.println(iterator.next());
    }
}



1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30

3. JDK 5.0新特性–增强for循环：(foreach循环)

3.1 遍历集合举例：

@Test
public void test1(){
    Collection coll = new ArrayList();
    coll.add(123);
    coll.add(456);
    coll.add(new Person("Jerry",20));
    coll.add(new String("Tom"));
    coll.add(false);

    //for(集合元素的类型 局部变量 : 集合对象)
    
    for(Object obj : coll){
        System.out.println(obj);
    }
}



1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18

说明：内部仍然调用了迭代器。

3.2. 遍历数组举例：

@Test
public void test2(){
    int[] arr = new int[]{1,2,3,4,5,6};
    //for(数组元素的类型 局部变量 : 数组对象)
    for(int i : arr){
        System.out.println(i);
    }
}



1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

四、Collection子接口：List接口

1. 存储的数据特点：

存储序有序的、可重复的数据。

• 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 AP中List接口的实现类常用的有：ArrayList、LinkedList和 Vector.

2. 常用方法：

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

总结：

• 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 foreach（增强for循环） ③ 普通的循环

代码示例：

@Test
public void test2(){
    ArrayList list = new ArrayList();
    list.add(123);
    list.add(456);
    list.add("AA");
    list.add(new Person("Tom",12));
    list.add(456);
    //int indexOf(Object obj):返回obj在集合中首次出现的位置。如果不存在，返回-1.
    int index = list.indexOf(4567);
    System.out.println(index);

    //int lastIndexOf(Object obj):返回obj在当前集合中末次出现的位置。如果不存在，返回-1.
    System.out.println(list.lastIndexOf(456));

    //Object remove(int index):移除指定index位置的元素，并返回此元素
    Object obj = list.remove(0);
    System.out.println(obj);
    System.out.println(list);

    //Object set(int index, Object ele):设置指定index位置的元素为ele
    list.set(1,"CC");
    System.out.println(list);

    //List subList(int fromIndex, int toIndex):返回从fromIndex到toIndex位置的左闭右开区间的子集合
    List subList = list.subList(2, 4);
    System.out.println(subList);
    System.out.println(list);
}


@Test
public void test1(){
    ArrayList list = new ArrayList();
    list.add(123);
    list.add(456);
    list.add("AA");
    list.add(new Person("Tom",12));
    list.add(456);

    System.out.println(list);

    //void add(int index, Object ele):在index位置插入ele元素
    list.add(1,"BB");
    System.out.println(list);

    //boolean addAll(int index, Collection eles):从index位置开始将eles中的所有元素添加进来
    List list1 = Arrays.asList(1, 2, 3);
    list.addAll(list1);
    //        list.add(list1);
    System.out.println(list.size());//9

    //Object get(int index):获取指定index位置的元素
    System.out.println(list.get(0));

}



1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59

3. 常用实现类：

3. 常用实现类：
|----Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象
  |----List接口：存储序的、可重复的数据。  -->“动态”数组,替换原的数组
      |----ArrayList：作为List接口的主要实现类；线程不安全的，效率高；底层使用Object[] elementData存储
      |----LinkedList：对于频繁的插入、删除操作，使用此类效率比ArrayList高；底层使用双向链表存储
      |----Vector：作为List接口的古老实现类；线程安全的，效率低；底层使用Object[] elementData存储



1
2
3
4
5
6
7
8
9

3.1 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
• Array Listi的JDK 1.8之前与之后的实现区别？
  • JDK 1.7：ArrayList像饿汉式，直接创建一个初始容量为10的数组
  • JDK 1.8：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

代码示例：

@Test
public void test1() {
    Collection coll = new ArrayList();
    coll.add(123);
    coll.add(345);
    coll.add(new User("Tom", 34));
    coll.add(new User("Tom"));
    coll.add(false);
    //iterator()遍历ArrayList集合
    Iterator iterator = coll.iterator();
    while (iterator.hasNext()) {
        System.out.println(iterator.next());
    }
}


复制代码
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17

3.2 linkedList

• 对与对于频繁的插入和删除元素操作，建议使用LinkedList类，效率更高

• 新增方法：

  • void addFirst(Object obj)
  • void addLast(Object obj)
  • Object getFirst()
  • Object getlast)()
  • Object removeFirst()
  • Object removeLast()

• Linkedlist：双向链表，内部没有声明数组，而是定义了Node类型的frst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

  
  代码示例：

@Test
public void test3(){
    LinkedList linkedList = new LinkedList();
    linkedList.add(123);
    linkedList.add(345);
    linkedList.add(2342);
    linkedList.add("DDD");
    linkedList.add("AAA");
    
    Iterator iterator = linkedList.iterator();
    while (iterator.hasNext()){
        System.out.println(iterator.next());
    }
}



1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17

4. 源码分析(难点)

4.1 ArrayList的源码分析：

4.1.1 JDK 7.0情况下

ArrayList list = new ArrayList();//底层创建了长度是10的Object[]数组elementData
list.add(123);//elementData[0] = new Integer(123);
...
list.add(11);//如果此次的添加导致底层elementData数组容量不够，则扩容。



1
2
3
4
5
6
7

• 默认情况下，扩容为原来的容量的1.5倍，同时需要将原有数组中的数据复制到新的数组中。
• 结论：建议开发中使用带参的构造器：ArrayList list = new ArrayList(int capacity)

4.1.2 JDK 8.0中ArrayList的变化：

ArrayList list = new ArrayList();//底层Object[] elementData初始化为{}.并没创建长度为10的数组
list.add(123);//第一次调用add()时，底层才创建了长度10的数组，并将数据123添加到elementData[0]
...



1
2
3
4
5
6

后续的添加和扩容操作与JDK 7.0 无异。

4.1.3 小结：

JDK 7.0中的ArrayList的对象的创建类似于单例的饿汉式，而JDK 8.0中的ArrayList的对象的创建类似于单例的懒汉式，延迟了数组的创建，节省内存。

4.2 LinkedList的源码分析：

LinkedList list = new LinkedList(); //内部声明了Node类型的first和last属性，默认值为null
list.add(123);//将123封装到Node中，创建了Node对象。

//其中，Node定义为：体现了LinkedList的双向链表的说法
private static class Node<E> {
    E item;
    Node<E> next;
    Node<E> prev;

    Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
        this.item = element;
        this.next = next;
        this.prev = prev;
    }
}



1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18

4.3 Vector的源码分析：

• Vector是一个古老的集合，JDK 1.0就有了。大多数操作与ArrayList相同，区别在于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，所以尽量避免选择使用。
• JDK 7.0和JDK 8.0中通过Vector()构造器创建对象时，底层都创建了长度为10的数组。
• 在扩容方面，默认扩容为原来的数组长度的2倍。

5. 存储的元素的要求：

添加的对象，所在的类要重写equals()方法

6. 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，相比线程安全的 Vector，ArrayList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.

五、Collection子接口：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。（多用于过滤操作，去掉重复数据）
• 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

1.存储的数据特点：

用于存放无序的、不可重复的元素

以HashSet为例说明：

1. 无序性：不等于随机性。存储的数据在底层数组中并非照数组索引的顺序添加，而是根据数据的哈希值决定的。
2. 不可重复性：保证添加的元素照equals()判断时，不能返回true.即：相同的元素只能添加一个。

2. 元素添加过程：(以HashSet为例)

我们向HashSet中添加元素a,首先调用元素a所在类的hashCode()方法，计算元素a的哈希值，此哈希值接着通过某种算法计算出在HashSet底层数组中的存放位置（即为：索引位置），判断

数组此位置上是否已经有元素：

• 如果此位置上没有其他元素，则元素a添加成功。 —>情况1
• 如果此位置上有其他元素b(或以链表形式存在的多个元素），则比较元素a与元素b的hash值：
  • 如果hash值不相同，则元素a添加成功。—>情况2
  • 如果hash值相同，进而需要调用元素a所在类的equals()方法：
    • equals()返回true,元素a添加失败
    • equals()返回false,则元素a添加成功。—>情况3

对于添加成功的情况2和情况3而言：元素a 与已经存在指定索引位置上数据以链表的方式存储。

JDK 7.0 :元素a放到数组中，指向原来的元素。

JDK 8.0 :原来的元素在数组中，指向元素a

总结：七上八下

HashSet底层：数组+链表的结构。（JDK 7.0以前）

3. 常用方法

Set接口中没额外定义新的方法，使用的都是Collection中声明过的方法。

3.1 重写hashCode()的基本方法

• 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。

3.2 重写 equals() 方法基本原则

• 以自定义的 Customer类为例，何时需要重写 equals()？
• 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 hash Code()，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。

3.3 Eclipse/IDEA工具里hashCode()重写

以Eclipse/DEA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 hash Code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==(<<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）

代码示例：

@Override
public boolean equals(Object o) {
    System.out.println("User equals()....");
    if (this == o) return true;
    if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;

    User user = (User) o;

    if (age != user.age) return false;
    return name != null ? name.equals(user.name) : user.name == null;
}

@Override
public int hashCode() { //return name.hashCode() + age;
    int result = name != null ? name.hashCode() : 0;
    result = 31 * result + age;
    return result;
}



1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

4. 常用实现类：

 |----Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象
      |----Set接口：存储无序的、不可重复的数据   -->高中讲的“集合”
           |----HashSet：作为Set接口的主要实现类；线程不安全的；可以存储null值
                |----LinkedHashSet：作为HashSet的子类；遍历其内部数据时，可以按照添加的顺序遍历，对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet.
           |----TreeSet：可以按照添加对象的指定属性，进行排序。



1
2
3
4
5
6
7
8

4.1 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nul
• 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”

代码示例：

@Test
//HashSet使用
public void test1(){
    Set set = new HashSet();
    set.add(454);
    set.add(213);
    set.add(111);
    set.add(123);
    set.add(23);
    set.add("AAA");
    set.add("EEE");
    set.add(new User("Tom",34));
    set.add(new User("Jarry",74));

    Iterator iterator = set.iterator();
    while (iterator.hasNext()){
        System.out.println(iterator.next());
    }
}



1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22

4.2 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。
  
  代码示例：

@Test
//LinkedHashSet使用
public void test2(){
    Set set = new LinkedHashSet();
    set.add(454);
    set.add(213);
    set.add(111);
    set.add(123);
    set.add(23);
    set.add("AAA");
    set.add("EEE");
    set.add(new User("Tom",34));
    set.add(new User("Jarry",74));

    Iterator iterator = set.iterator();
    while (iterator.hasNext()){
        System.out.println(iterator.next());
    }
}


1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

4.3 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）
  • Comparator comparator()
  • Object first()
  • Object last()
  • Object lower(object e)
  • Object higher(object e)
  • SortedSet subSet(fromElement， toElement)
  • SortedSet headSet(toElement)
  • SortedSet tailSet(fromElement)
• TreeSet两种排序方法：自然排序和定制排序。默认情况下，TreeSet采用自然排序。
• 红黑树的特点：有序，查询效率比List快

代码示例：

@Test
public void test1(){
    Set treeSet = new TreeSet();
    treeSet.add(new User("Tom",34));
    treeSet.add(new User("Jarry",23));
    treeSet.add(new User("mars",38));
    treeSet.add(new User("Jane",56));
    treeSet.add(new User("Jane",60));
    treeSet.add(new User("Bruce",58));

    Iterator iterator = treeSet.iterator();
    while (iterator.hasNext()){
        System.out.println(iterator.next());
    }
}



1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18

5. 存储对象所在类的要求：

5.1HashSet/LinkedHashSet:

• 要求：向Set(主要指：HashSet、LinkedHashSet)中添加的数据，其所在的类一定要重写hashCode()和equals()
• 要求：重写的hashCode()和equals()尽可能保持一致性：相等的对象必须具有相等的散列码

重写两个方法的小技巧：对象中用作 equals() 方法比较的 Field，都应该用来计算 hashCode 值。

5.2 TreeSet:

1. 自然排序中，比较两个对象是否相同的标准为：compareTo() 返回0.不再是 equals()
2. 定制排序中，比较两个对象是否相同的标准为：compare() 返回0.不再是 equals()

6. TreeSet的使用

6.1 使用说明:

1. 向TreeSet中添加的数据，要求是相同类的对象。
2. 两种排序方式：自然排序（实现Comparable接口 和 定制排序（Comparator）

6.2 常用的排序方式:

方式一：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unic！ode值来进行比较
  • Boolean：true对应的包装类实例大于fase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 ob) 方法比较应返回0。否则，让人难以理解。

@Test
public void test1(){
    TreeSet set = new TreeSet();

    //失败：不能添加不同类的对象
    //        set.add(123);
    //        set.add(456);
    //        set.add("AA");
    //        set.add(new User("Tom",12));

    //举例一：
    //        set.add(34);
    //        set.add(-34);
    //        set.add(43);
    //        set.add(11);
    //        set.add(8);

    //举例二：
    set.add(new User("Tom",12));
    set.add(new User("Jerry",32));
    set.add(new User("Jim",2));
    set.add(new User("Mike",65));
    set.add(new User("Jack",33));
    set.add(new User("Jack",56));


    Iterator iterator = set.iterator();
    while(iterator.hasNext()){
        System.out.println(iterator.next());
    }

}



1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35

方式二：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

@Test
public void test2(){
    Comparator com = new Comparator() {
        //照年龄从小到大排列
        @Override
        public int compare(Object o1, Object o2) {
            if(o1 instanceof User && o2 instanceof User){
                User u1 = (User)o1;
                User u2 = (User)o2;
                return Integer.compare(u1.getAge(),u2.getAge());
            }else{
                throw new RuntimeException("输入的数据类型不匹配");
            }
        }
    };

    TreeSet set = new TreeSet(com);
    set.add(new User("Tom",12));
    set.add(new User("Jerry",32));
    set.add(new User("Jim",2));
    set.add(new User("Mike",65));
    set.add(new User("Mary",33));
    set.add(new User("Jack",33));
    set.add(new User("Jack",56));

    Iterator iterator = set.iterator();
    while(iterator.hasNext()){
        System.out.println(iterator.next());
    }
}



1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33

六、Map接口

• 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

1. 常见实现类结构

|----Map:双列数据，存储key-value对的数据 —类似于高中的函数：y = f(x)
|----HashMap:作为Map的主要实现类；线程不安全的，效率高；存储null的key和value
|----LinkedHashMap:保证在遍历map元素时，可以照添加的顺序实现遍历。
原因：在原的HashMap底层结构基础上，添加了一对指针，指向前一个和后一个元素。
对于频繁的遍历操作，此类执行效率高于HashMap。
|----TreeMap:保证照添加的key-value对进行排序，实现排序遍历。此时考虑key的自然排序或定制排序
底层使用红黑树
|----Hashtable:作为古老的实现类；线程安全的，效率低；不能存储null的key和value
|----Properties:常用来处理配置文件。key和value都是String类型

HashMap的底层： 数组+链表 （JDK 7.0及之前)
数组+链表+红黑树 （JDK 8.0以后)

1.1 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.

代码示例：

@Test
public void test1(){
    Map map = new HashMap();

    map.put(null,123);

}



1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

1.2 LinkedHashMap

• LinkedHashMap底层使用的结构与HashMap相同，因为LinkedHashMap继承于HashMap.
• 区别就在于：LinkedHashMap内部提供了Entry，替换HashMap中的Node.
• 与Linkedhash Set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

代码示例：

@Test
public void test2(){
    Map map = new LinkedHashMap();
    map.put(123,"AA");
    map.put(345,"BB");
    map.put(12,"CC");

    System.out.println(map);
} 
1
2
3
4
5
6
7
8
9

1.3 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.

1.4 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-致.

1.5 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

代码示例：

//Properties:常用来处理配置文件。key和value都是String类型
public static void main(String[] args)  {
    FileInputStream fis = null;
    try {
        Properties pros = new Properties();

        fis = new FileInputStream("jdbc.properties");
        pros.load(fis);//加载流对应的文件

        String name = pros.getProperty("name");
        String password = pros.getProperty("password");

        System.out.println("name = " + name + ", password = " + password);
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        if(fis != null){
            try {
                fis.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        }
    }

}


复制代码
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30

2. 存储结构的理解：

• Map中的key:无序的、不可重复的，使用Set存储所的key —> key所在的类要重写equals()和hashCode() （以HashMap为例)
• Map中的value:无序的、可重复的，使用Collection存储所的value —>value所在的类要重写equals()
• 一个键值对：key-value构成了一个Entry对象。
• Map中的entry:无序的、不可重复的，使用Set存储所的entry.

• 3. 常用方法

3.1添加、删除、修改操作：

• Object put(Object key,Object value)：将指定key-value添加到(或修改)当前map对象中
• void putAll(Map m):将m中的所有key-value对存放到当前map中
• Object remove(Object key)：移除指定key的key-value对，并返回value
• void clear()：清空当前map中的所有数据

代码示例：

@Test
public void test1() {
    Map map = new HashMap();
    //Object put(Object key,Object value)：将指定key-value添加到(或修改)当前map对象中
    map.put("AA",123);
    map.put("ZZ",251);
    map.put("CC",110);
    map.put("RR",124);
    map.put("FF",662);
    System.out.println(map);//{AA=123, ZZ=251, CC=110, RR=124, FF=662}

    //Object put(Object key,Object value)：将指定key-value添加到(或修改)当前map对象中
    map.put("ZZ",261);
    System.out.println(map);//{AA=123, ZZ=261, CC=110, RR=124, FF=662}

    //void putAll(Map m):将m中的所有key-value对存放到当前map中
    HashMap map1 = new HashMap();
    map1.put("GG",435);
    map1.put("DD",156);
    map.putAll(map1);
    System.out.println(map);//{AA=123, ZZ=261, CC=110, RR=124, FF=662, GG=435, DD=156}

    //Object remove(Object key)：移除指定key的key-value对，并返回value
    Object value = map.remove("GG");
    System.out.println(value);//435
    System.out.println(map);//{AA=123, ZZ=261, CC=110, RR=124, FF=662, DD=156}

    //void clear()：清空当前map中的所有数据
    map.clear();
    System.out.println(map.size());//0  与map = null操作不同
    System.out.println(map);//{}
}


复制代码
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35

3.2元素查询的操作：

• Object get(Object key)：获取指定key对应的value
• boolean containsKey(Object key)：是否包含指定的key
• boolean containsValue(Object value)：是否包含指定的value
• int size()：返回map中key-value对的个数
• boolean isEmpty()：判断当前map是否为空
• boolean equals(Object obj)：判断当前map和参数对象obj是否相等

代码示例：

@Test
public void test2() {
    Map map = new HashMap();
    map.put("AA", 123);
    map.put("ZZ", 251);
    map.put("CC", 110);
    map.put("RR", 124);
    map.put("FF", 662);
    System.out.println(map);//{AA=123, ZZ=251, CC=110, RR=124, FF=662}
    //Object get(Object key)：获取指定key对应的value
    System.out.println(map.get("AA"));//123

    //boolean containsKey(Object key)：是否包含指定的key
    System.out.println(map.containsKey("ZZ"));//true

    //boolean containsValue(Object value)：是否包含指定的value
    System.out.println(map.containsValue(123));//true

    //int size()：返回map中key-value对的个数
    System.out.println(map.size());//5

    //boolean isEmpty()：判断当前map是否为空
    System.out.println(map.isEmpty());//false

    //boolean equals(Object obj)：判断当前map和参数对象obj是否相等
    Map map1 = new HashMap();
    map1.put("AA", 123);
    map1.put("ZZ", 251);
    map1.put("CC", 110);
    map1.put("RR", 124);
    map1.put("FF", 662);
    System.out.println(map.equals(map1));//true
}


复制代码
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36

3.3 元视图操作的方法：

• Set keySet()：返回所有key构成的Set集合
• Collection values()：返回所有value构成的Collection集合
• Set entrySet()：返回所有key-value对构成的Set集合

代码示例：

@Test
public void test3() {
    Map map = new HashMap();
    map.put("AA", 123);
    map.put("ZZ", 251);
    map.put("CC", 110);
    map.put("RR", 124);
    map.put("FF", 662);
    System.out.println(map);//{AA=123, ZZ=251, CC=110, RR=124, FF=662}
    //遍历所有的key集:Set keySet()：返回所有key构成的Set集合
    Set set = map.keySet();
    Iterator iterator = set.iterator();
    while (iterator.hasNext()) {
        System.out.println(iterator.next());
    }
    System.out.println("--------------");
    //遍历所有的value集：Collection values()：返回所有value构成的Collection集合
    Collection values = map.values();
    for (Object obj :
         values) {
        System.out.println(obj);
    }
    System.out.println("---------------");
    //Set entrySet()：返回所有key-value对构成的Set集合
    Set entrySet = map.entrySet();
    Iterator iterator1 = entrySet.iterator();
    //方式一：
    while (iterator1.hasNext()) {
        Object obj = iterator1.next();
        //entrySet集合中的元素都是entry
        Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
        System.out.println(entry.getKey() + "-->" + entry.getValue());
    }
    System.out.println("--------------");

    //方式二：
    Set keySet = map.keySet();
    Iterator iterator2 = keySet.iterator();
    while (iterator2.hasNext()) {
        Object key = iterator2.next();
        Object value = map.get(key);
        System.out.println(key + "==" + value);
    }
}


复制代码
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47

总结：常用方法：

• 添加：put(Object key,Object value)
• 删除：remove(Object key)
• 修改：put(Object key,Object value)
• 查询：get(Object key)
• 长度：size()
• 遍历：keySet() / values() / entrySet()

4. 内存结构说明：（难点）

4.1 HashMap在JDK 7.0中实现原理：

4.1.1 HashMap的存储结构：

JDK 7.0及以前的版本：HashMap是数组+链表结构（地址链表法）

JDK 8.0版本以后：HashMap是数组+链表+红黑树实现

4.1.2 对象创建和添加过程：

HashMap map = new HashMap():

在实例化以后，底层创建了长度是16的一维数组 Entry[] table。

…可能已经执行过多次put…

map.put(key1,value1):

• 首先，调用key1所在类的 hashCode() 计算key1哈希值，此哈希值经过某种算法计算以后，得到在Entry数组中的存放位置。
• 如果此位置上的数据为空，此时的key1-value1添加成功。 ----情况1
• 如果此位置上的数据不为空，(意味着此位置上存在一个或多个数据(以链表形式存在)),比较key1和已经存在的一个或多个数据的哈希值：
  • 如果key1的哈希值与已经存在的数据的哈希值都不相同，此时key1-value1添加成功。----情况2
  • 如果key1的哈希值和已经存在的某一个数据(key2-value2)的哈希值相同，继续比较：调用key1所在类的equals(key2)方法，比较：
    • 如果 equals() 返回false:此时key1-value1添加成功。----情况3
    • 如果 equals() 返回true:使用value1替换value2。

补充：关于情况2和情况3：此时key1-value1和原来的数据以链表的方式存储。

在不断的添加过程中，会涉及到扩容问题，当超出临界值(且要存放的位置非空)时，扩容。默认的扩容方式：扩容为原来容量的2倍，并将原有的数据复制过来。

4.1.3 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，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。

4.1.4 HashMap扩容时机

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）* 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。

4.2 HashMap在JDK 8.0底层实现原理：

4.2.1 HashMap的存储结构：

HashMap的内部存储结构其实是数组+链表+红黑树的组合。

4.2.2 HashMap添加元素的过程：

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Noe对象可以带个引用变量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Tree node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。

4.2.3 HashMap的扩容机制:

• 当HashMapl中的其中一个链的对象个数没有达到8个和JDK 7.0以前的扩容方式一样。
• 当HashMapl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 Tree Node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。

4.2.4 JDK 8.0与JDK 7.0中HashMap底层的变化：

1. new HashMap():底层没有创建一个长度为16的数组
2. JDK 8.0底层的数组是：Node[],而非 Entry[]
3. 首次调用put()方法时，底层创建长度为16的数组
4. JDK 7.0底层结构只有：数组+链表。JDK 8.0中底层结构：数组+链表+红黑树。
   • 形成链表时，七上八下（jdk7:新的元素指向旧的元素。jdk8：旧的元素指向新的元素）
   • 当数组的某一个索引位置上的元素以链表形式存在的数据个数 > 8 且当前数组的长度 > 64时，此时此索引位置上的所数据改为使用红黑树存储。

4.3 HashMap底层典型属性的属性的说明：

• DEFAULT_INITIAL_CAPACITY : HashMap的默认容量，16
• DEFAULT_LOAD_FACTOR：HashMap的默认加载因子：0.75
• threshold：扩容的临界值，= 容量*填充因子：16 * 0.75 => 12
• TREEIFY_THRESHOLD：Bucket中链表长度大于该默认值，转化为红黑树:JDK 8.0引入
• MIN_TREEIFY_CAPACITY：桶中的Node被树化时最小的hash表容量:64

4.4 LinkedHashMap的底层实现原理

• LinkedHashMap底层使用的结构与HashMap相同，因为LinkedHashMap继承于HashMap.
• 区别就在于：LinkedHashMap内部提供了Entry，替换HashMap中的Node.
• 与Linkedhash Set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

HashMap中内部类Node源码：

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V>{
    final int hash;
    final K key;
    V value;
    Node<K,V> next;
}


复制代码
1
2
3
4
5
6
7
8
9

LinkedHashM中内部类Entry源码：

static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
    Entry<K,V> before, after;//能够记录添加的元素的先后顺序
    Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
        super(hash, key, value, next);
    }
}


复制代码
1
2
3
4
5
6
7
8
9

5. TreeMap的使用

向TreeMap中添加key-value，要求key必须是由同一个类创建的对象 要照key进行排序：自然排序 、定制排序

代码示例：

//自然排序
@Test
public void test() {
    TreeMap map = new TreeMap();
    User u1 = new User("Tom", 23);
    User u2 = new User("Jarry", 18);
    User u3 = new User("Bruce", 56);
    User u4 = new User("Davie", 23);

    map.put(u1, 98);
    map.put(u2, 16);
    map.put(u3, 92);
    map.put(u4, 100);

    Set entrySet = map.entrySet();
    Iterator iterator = entrySet.iterator();
    while (iterator.hasNext()) {
        Object obj = iterator.next();
        Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
        System.out.println(entry.getKey() + "=" + entry.getValue());
    }
}

//定制排序：按照年龄大小排
@Test
public void test2() {
    TreeMap map = new TreeMap(new Comparator() {
        @Override
        public int compare(Object o1, Object o2) {
            if (o1 instanceof User && o2 instanceof User) {
                User u1 = (User) o1;
                User u2 = (User) o2;
                return Integer.compare(u1.getAge(), u2.getAge());
            }
            throw new RuntimeException("输入数据类型错误");
        }
    });
    User u1 = new User("Tom", 23);
    User u2 = new User("Jarry", 18);
    User u3 = new User("Bruce", 56);
    User u4 = new User("Davie", 23);

    map.put(u1, 98);
    map.put(u2, 16);
    map.put(u3, 92);
    map.put(u4, 100);

    Set entrySet = map.entrySet();
    Iterator iterator = entrySet.iterator();
    while (iterator.hasNext()) {
        Object obj = iterator.next();
        Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
        System.out.println(entry.getKey() + "=" + entry.getValue());
    }
}


复制代码
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58

6.使用Properties读取配置文件

properties类是hashtable的子类

代码示例：

//Properties:常用来处理配置文件。key和value都是String类型
public static void main(String[] args)  {
    FileInputStream fis = null;
    try {
        Properties pros = new Properties();

        fis = new FileInputStream("jdbc.properties");
        pros.load(fis);//加载流对应的文件

        String name = pros.getProperty("name");
        String password = pros.getProperty("password");

        System.out.println("name = " + name + ", password = " + password);
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        if(fis != null){
            try {
                fis.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        }
    }

}


复制代码
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30

7.面试题

1. HashMap的底层实现原理？
2. HashMap 和 Hashtable的异同？
3. CurrentHashMap 与 Hashtable的异同？
4. 负载因子值的大小，对HashMap的影响？
   • 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，造成査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。

七、Collection工具类的使用

1.作用：

Collections是一个操作Set、Lit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、査询和修改等操作，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

2.常用方法：

2.1排序操作

• reverse(List)：反转 List 中元素的顺序
• shuffle(List)：对 List 集合元素进行随机排序
• sort(List)：根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素升序排序
• sort(List，Comparator)：根据指定的 Comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序
• swap(List，int， int)：将指定 list 集合中的 i 处元素和 j 处元素进行交换

代码示例：

@Test
public void test1() {
    List list = new ArrayList();
    list.add(123);
    list.add(43);
    list.add(765);
    list.add(-97);
    list.add(0);
    System.out.println(list);//[123, 43, 765, -97, 0]

    //reverse(List)：反转 List 中元素的顺序
    Collections.reverse(list);
    System.out.println(list);//[0, -97, 765, 43, 123]

    //shuffle(List)：对 List 集合元素进行随机排序
    Collections.shuffle(list);
    System.out.println(list);//[765, -97, 123, 0, 43]

    //sort(List)：根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素按升序排序
    Collections.sort(list);
    System.out.println(list);//[-97, 0, 43, 123, 765]

    //swap(List，int， int)：将指定 list 集合中的 i 处元素和 j 处元素进行交换
    Collections.swap(list,1,4);
    System.out.println(list);//[-97, 765, 43, 123, 0]
}


复制代码
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29

2.2查找、替换

• Object max(Collection)：根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最大元素
• Object max(Collection，Comparator)：根据 Comparator 指定的顺序，返回给定集合中的最大元素
• Object min(Collection)
• Object min(Collection，Comparator)
• int frequency(Collection，Object)：返回指定集合中指定元素的出现次数
• void copy(List dest,List src)：将src中的内容复制到dest中
• boolean replaceAll(List list，Object oldVal，Object newVal)：使用新值替换 List 对象的所旧值

代码示例：

@Test
public void test2(){
    List list = new ArrayList();
    list.add(123);
    list.add(123);
    list.add(123);
    list.add(43);
    list.add(765);
    list.add(-97);
    list.add(0);
    System.out.println(list);//[123, 43, 765, -97, 0]
    //Object max(Collection)：根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最大元素
    Comparable max = Collections.max(list);
    System.out.println(max);//765

    //Object min(Collection)
    Comparable min = Collections.min(list);
    System.out.println(min);//-97

    //int frequency(Collection，Object)：返回指定集合中指定元素的出现次数
    int frequency = Collections.frequency(list,123);
    System.out.println(frequency);//3

    //void copy(List dest,List src)：将src中的内容复制到dest中
    List dest = Arrays.asList(new Object[list.size()]);
    System.out.println(dest.size());//7
    Collections.copy(dest,list);
    System.out.println(dest);//[123, 123, 123, 43, 765, -97, 0]
    //boolean replaceAll(List list，Object oldVal，Object newVal)：使用新值替换 List 对象的所有旧值
}


复制代码
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33

2.3 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

总结：今天讲了整个java中集合的一些基础部分，喜欢的话可以三连支持一下~