一、概述
集合是一种长度可变，存储数据的数据结构多样，存储对象多样的一种数据容器。Java中集合可分为：List集合、Set集合、HashMap集合，等。
Java集合体系结构：
二、collection
collection是Java中所有值存储集合的顶级接口，因此它的所有直接或者间接实现类都有它的非私有方法，我们可以从它的方法开始了解这个体系的功能实现。
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boolean add(E e) 确保此 collection 包含指定的元素。 boolean addAll(Collection<? extends E> c) 将指定 collection 中的所有元素都添加到此 collection 中。 void clear() 移除此 collection 中的所有元素。 boolean contains(Object o) 如果此 collection 包含指定的元素，则返回 true。 boolean containsAll(Collection<?> c) 如果此 collection 包含指定 collection 中的所有元素，则返回 true。 boolean equals(Object o) 比较此 collection 与指定对象是否相等。 int hashCode() 返回此 collection 的哈希码值。 boolean isEmpty() 如果此 collection 不包含元素，则返回 true。 Iterator<E> iterator() 返回在此 collection 的元素上进行迭代的迭代器。 boolean remove(Object o) 从此 collection 中移除指定元素的单个实例，如果存在的话）。 boolean removeAll(Collection<?> c) 移除此 collection 中那些也包含在指定 collection 中的所有元素。 boolean retainAll(Collection<?> c) 仅保留此 collection 中那些也包含在指定 collection 的元素。 int size() 返回此 collection 中的元素数。 Object[] toArray() 返回包含此 collection 中所有元素的数组。 <T> T[] toArray(T[] a) 返回包含此 collection 中所有元素的数组；返回数组的运行时类型与指定数组的运行时类型相同。 |
1、List
List，是单列集合，存储的是一组插入有序的数据，并且数据可以重复。
List集合
- LinkedList
- ArrayList
1）ArrayList
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public class CollectionTest { public static void main(String[] args) { List list = new ArrayList(); //添加元素，boolean add(E e) 确保此 collection 包含指定的元素 list.add("张三"); list.add(1); list.add('A'); System.out.println(list);//[张三, 1, A] //boolean addAll(Collection<? extends E> c) // 将指定 collection 中的所有元素都添加到此 collection 中 List list1 = new ArrayList(); list.add("java"); list.add("MySQL"); list.addAll(list1); System.out.println(list);//[张三, 1, A, java, MySQL] //boolean contains(Object o) // 如果此 collection 包含指定的元素，则返回 true。 System.out.println(list.contains("java"));//true //boolean remove(Object o) // 从此 collection 中移除指定元素的单个实例，如果存在的话）。 System.out.println(list.remove("java"));//true // int size() // 返回此 collection 中的元素数。 System.out.println(list.size());//4 //set(int index, E element) // 用指定的元素替代此列表中指定位置上的元素。 //并返回被修改的值 System.out.println(list.set(1, "李四")); //get(int index) // 返回此列表中指定位置上的元素。 System.out.println(list.get(1)); // Iterator<E> iterator() // 返回在此 collection 的元素上进行迭代的迭代器。 //集合的遍历 Iterator iterator = list.iterator(); while (iterator.hasNext()){ System.out.println(iterator.next()); } } |
说明：ArrayList底层是使用数组的形式创建集合的，因此基于数组的特性，此集合对数据的查找很快速，但是在删除或移动大量数据操作上会显得缓慢。它适合用于快速查找，但不适合做删除多的操作。
2）LinkedList
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
特点：
- 数据有序
- 底层结构为链表
ArrayList比较：
- LinkedList的添加元素速度比ArrayList快；
- LinkedList的查询速度比ArrayList慢；
- 底层数据结构不同：LinkedList用的是链表结构，而ArrayList底层使用 的是数组结构；
说明：LinkedList一般用于添加频繁的操作，ArrayList一般用于频繁查询 的操作。
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public class Stack { private LinkedList data = null; public Stack(){ data = new LinkedList(); } // 添加元素 public boolean push(Object element) { data.addFirst(element); return true; } // 获取元素 public Object pop() { return data.pollFirst(); } // 判断集合是否为空 public boolean isEmpty() { return data.isEmpty(); } // 迭代元素 public void list() { Iterator it = data.iterator(); while(it.hasNext()){ System.out.println(it.next()); } }}public class MyStack { public static void main(String[] args) { Stack stack = new Stack(); stack.push("张三"); stack.push("李四"); stack.push("王五"); stack.list(); System.out.println("-------------"); Object pop = stack.pop(); System.out.println(pop); }} |
2、set
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。
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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
- 不能添加重复元素
- 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”。
示例：
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public static void main(String[] args) { Set set = new HashSet(); // 添加 // boolean add(E e) ：把指定的元素添加到集合中 set.add("hello"); set.add("world"); set.add("world"); set.add(null); System.out.println(set); // 注：Set集合中元素是无序，并且不能重复 // boolean addAll(Collection<? extends E> c) ：把指定的集合添加到集合中 Set set1 = new HashSet(); set1.add("aaa"); set1.add("linux"); ; set.addAll(set1); System.out.println(set); // boolean remove(Object o) ：从集合中删除指定元素 set.remove("hello"); System.out.println(set); // boolean removeAll(Collection<?> c) ：从集合中删除指定集合中的所有元素 set1.add("aaa"); set1.add("linux"); set.removeAll(set1); System.out.println(set); // void clear() ：清空集合中所有元素 set.clear(); System.out.println(set); // int size() ：获取集合的元素个数 int size = set.size(); System.out.println(size); // boolean contains(Object o) ：判断集合中是否包含指定元素，包含为true，否则为false; System.out.println(set.contains("aaa")); // boolean isEmpty() ：判断集合是否为空 System.out.println(set.isEmpty()); } |
说明：在HashSet添加元素时，会首先比较两个元素的hashCode值是不相等，如 果不相等则直接添加；如果相等再判断两个元素的equals的值是否相等， 如果相等则不添加，如果不相等则添加。
2）TreeSet
- TreeSet和TreeMap采用红黑树的存储结构
- 特点：有序，查询速度比List快
使用TreeSet集合是，对象必须具有可比较性。而要让对象具有可比较性有 两种方式：
第一种：实现Comparable接口，并重写compareTo()方法：
第二种：写一个比较器类，让该类去实现Comparator接口，并重写 comare()方法。
示例：
1.实体类
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public class Student implements Comparable<Student>{ private String name; private int age; private String sex; private int height; public Student() { } public Student(String name, int age, String sex, int height) { this.name = name; this.age = age; this.sex = sex; this.height = height; } public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public int getAge() { return age; } public void setAge(int age) { this.age = age; } public String getSex() { return sex; } public void setSex(String sex) { this.sex = sex; } public int getHeight() { return height; } public void setHeight(int height) { this.height = height; } @Override public boolean equals(Object o) { if (this == o) return true; if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false; Student student = (Student) o; return age == student.age && height == student.height && Objects.equals(name, student.name) && Objects.equals(sex, student.sex); } @Override public int hashCode() { return Objects.hash(name, age, sex, height); } @Override public String toString() { return "Student{" + "name='" + name + '\'' + ", age=" + age + ", sex='" + sex + '\'' + ", height=" + height + '}'; } @Override public int compareTo(Student stu) { if (stu.getAge() > this.getAge()){ return 1; } if (stu.getAge() < this.getAge()){ return -1; } return stu.getName().compareTo(this.getName()); }} |
2.测试类：
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public class TreeSetTest { public static void main(String[] args) { TreeSet treeSet = new TreeSet(); Student student1 = new Student("张三", 20, "男", 165); Student student2 = new Student("李四", 21, "男", 170); Student student3 = new Student("王五", 19, "女", 160); Student student4 = new Student("赵六", 18, "女", 165); Student student5 = new Student("田七", 20, "男", 175); treeSet.add(student1); treeSet.add(student2); treeSet.add(student3); treeSet.add(student4); treeSet.add(student5); System.out.println(treeSet); }} |
3.实体类
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public class Teacher { private String name; public Teacher(){} public Teacher(String name){ this.name = name; } public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } @Override public String toString() { return "Teacher{" + "name='" + name + '\'' + '}'; }} |
4.测试类
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public class TreeSetTest2 { public static void main(String[] args) { Teacher teacher1 = new Teacher("11"); Teacher teacher2 = new Teacher("12"); Teacher teacher3 = new Teacher("13"); Teacher teacher4 = new Teacher("14"); Teacher teacher5 = new Teacher("15"); TreeSet treeSet1 = new TreeSet(new Comparator() { @Override public int compare(Object o1, Object o2) { return o1.hashCode() - o2.hashCode(); } }); treeSet1.add(teacher1); treeSet1.add(teacher2); treeSet1.add(teacher3); treeSet1.add(teacher4); treeSet1.add(teacher5); System.out.println(treeSet1); }} |
说明：HashSet去重是依靠hashCode和equals()方法，而TreeSet去重则 依靠的是比较器。
三、Map
存储的双列元素，Key是无序的，不可重复，而Value是无序，可重复的。
1、HashMap
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public class HashMapDemo { private Map map = null; public void init() { map = new HashMap(); map.put("a", "aaa"); map.put("b", "bbb"); map.put("c", "ccc"); System.out.println(map); } // 添加元素 public void testPut() { // V put(K key, V value) ：把指定的key和value添加到集合中 map.put("a1", "aaa"); map.put("b1", "bbb"); map.put("c1", "ccc"); System.out.println(map); // void putAll(Map<? extends K,? extends V>m) ：把指定集合添加集合中 Map map1 = new HashMap(); map1.put("e", "eee"); map1.put("f", "fff"); map.putAll(map1); System.out.println(map); // default V putIfAbsent(K key, V value) ：如果key不存在就添加 map.putIfAbsent("a", "hello"); System.out.println(map); map.putIfAbsent("g", "ggg"); System.out.println(map); } // 修改元素 public void testModify() { // V put(K key, V value) ：把集合中指定key的值修改为指定的值 map.put("a", "hello"); map.put("a", "world"); System.out.println(map); // 说明，当key相同时，后面的值会覆盖前面的值。 // default V replace(K key, V value) ：根据key来替换值，而不做增加操作 Object replace = map.replace("b1", "java"); System.out.println(replace); System.out.println(map); //default boolean replace(K key, V oldValue,V newValue) } // 删除元素 public void testRemove() { // V remove(Object key) ：根据指定key删除集合中对应的值 Object c = map.remove("c"); System.out.println(c); System.out.println(map); // default boolean remove(Object key, Objectvalue) ：根据key和value进行删除 map.remove("b", "bbb1"); System.out.println(map); // void clear() ：清空集合中所有元素 map.clear(); System.out.println(map); } // 判断元素 public void testJudge() { // boolean isEmpty() ：判断集合是否为空，如果是返回true，否则返回false System.out.println(map.isEmpty()); // boolean containsKey(Object key) ：判断集合中是否包含指定的key，包含返回true，否则返回false boolean flag = map.containsKey("a"); System.out.println(flag); // true flag = map.containsKey("a1"); System.out.println(flag); // false // boolean containsValue(Object value) ：判断集合中是否包含指定的value，包含返回true，否则返回false flag = map.containsValue("aaa"); System.out.println(flag); // true flag = map.containsValue("aaa1"); System.out.println(flag); // false } // 获取元素 public void testGet() { // int size() ：返回集合的元素个数 int size = map.size(); System.out.println(size); // V get(Object key) ：根据Key获取值，如果找到就返回对应的值，否则返回null Object val = map.get("a"); System.out.println(val); val = map.get("a1"); System.out.println(val); // null // default V getOrDefault(Object key, VdefaultValue) ：根据Key获取值，如果key不存在，则返回默认值 val = map.getOrDefault("a1", "hello"); System.out.println(val); // Collection<V> values() ：返回集合中所有的Value Collection values = map.values(); for (Object value : values) { System.out.println(value); } // Set<K> keySet() ：返回集合中所有的Key Set set = map.keySet(); for (Object o : set) { System.out.println(o); } } // 迭代元素 public void testIterator() { // 第一种：通过key获取值的方式 Set keySet = map.keySet(); Iterator it = keySet.iterator(); while (it.hasNext()) { Object key = it.next(); Object val = map.get(key); System.out.println(key + "=" + val); } System.out.println("------------------------ "); // 第二种：使用for循环 for (Object key : map.keySet()) { System.out.println(key + "=" + map.get(key)); } System.out.println("------------------------ "); // 第三种：使用Map接口中的内部类来完成，在框架中大量使用 Set entrySet = map.entrySet(); for (Object obj : entrySet) { Map.Entry entry = (Map.Entry) obj; System.out.println(entry.getKey() + "=" + entry.getValue()); } }} |
说明：在HashMap中键-值允许为空，但键唯一，值可重复。hashMap不是线程安全的。
2、TreeMap
是一个有序的集合，默认使用的是自然排序方式。
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public class Person implements Comparable { private String name; private int age; @Override public int compareTo(Object o) { if (o instanceof Person) { Person p = (Person) o; return this.age - p.age; } return 0;} public Person() {} public Person(String name, int age) { this.name = name; this.age = age; } public int getAge() { return age; } public void setAge(int age) { this.age = age; } @Override public String toString() { return "Person{" + "name='" + name + '\'' + ", age=" + age + '}'; }} |
测试
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public class TeeMapDemo { @Test public void testInteger() { TreeMap tm = new TreeMap(); tm.put(3, 333); tm.put(2, 222); tm.put(11, 111); tm.put(2, 222); System.out.println(tm); } @Test public void testString() { TreeMap tm = new TreeMap(); tm.put("hello", "hello"); tm.put("world", "world"); tm.put("about", ""); tm.put("abstract", ""); System.out.println(tm); } @Test public void testPerson() { TreeMap tm = new TreeMap(new Comparator(){ @Override public int compare(Object o1, Object o2) { if (o1 instanceof Person && o2 instanceof Person) { Person p1 = (Person) o1; Person p2 = (Person) o2; return p1.getAge() - p2.getAge(); } return 0; } }); tm.put(new Person("张三",18), null); tm.put(new Person("李四",17), null); System.out.println(tm); }} |
说明：从上面的代码可以发现，TreeMap的使用和TreeSet的使用非常相似，观察HashSet集合的源代码可以看出，当创建 HashSet集合时，其实是底层使用的是HashMap。
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public HashSet() { map = new HashMap<>();} |
HashSet实际上存的是HashMap的Key。
3.ConcurrentHashMap
在Map集合中我们介绍了HashMap，TreeMap，在多线程的情况下这些集合都不是线程安全的，因此可能出现线程安全的问题。
在Java中Hashtable是一种线程安全的HashMap，Hashtable在方法上与HashMap并无区别，仅仅只是在方法使用了synchronized以此来达到线程安全的目的，我们观察Hashtable的源码。
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public synchronized V get(Object key) { Entry<?,?> tab[] = table; int hash = key.hashCode(); int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; for (Entry<?,?> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) { if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) { return (V)e.value; } } return null;} |
以上是Hashtable的get源码，可以看出它仅仅只是在方法上添加了锁，这大大降低了线程的执行效率，以牺牲效率的形式来达到目的，这显然不是我们在实际中想要的，因此我们需要一种既能在线程安全方面有保障，在效率上还可以的方法。
ConcurrentHashMap采用的是分段锁的原理，我们观察源码。
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public V put(K key, V value) { return putVal(key, value, false); }final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) { if (key == null || value == null) throw new NullPointerException(); int hash = spread(key.hashCode()); int binCount = 0; for (Node<K,V>[] tab = table;;) { Node<K,V> f; int n, i, fh; if (tab == null || (n = tab.length) == 0) tab = initTable(); else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) { if (casTabAt(tab, i, null, new Node<K,V>(hash, key, value, null))) break; // no lock when adding to empty bin } else if ((fh = f.hash) == MOVED) tab = helpTransfer(tab, f); else { V oldVal = null; synchronized (f) { if (tabAt(tab, i) == f) { if (fh >= 0) { binCount = 1; for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) { K ek; if (e.hash == hash && ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))) { oldVal = e.val; if (!onlyIfAbsent) e.val = value; break; } Node<K,V> pred = e; if ((e = e.next) == null) { pred.next = new Node<K,V>(hash, key, value, null); break; } } } else if (f instanceof TreeBin) { Node<K,V> p; binCount = 2; if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key, value)) != null) { oldVal = p.val; if (!onlyIfAbsent) p.val = value; } } } } if (binCount != 0) { if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD) treeifyBin(tab, i); if (oldVal != null) return oldVal; break; } } } addCount(1L, binCount); return null; } |
从源码中可以看出ConcurrentHashMap仅仅是在当有线程去操作当前数据的时候添加了锁，因此效率大大提高了。
在线程安全的情况下提高了效率。
总结
本篇文章就到这里了，希望能对你有所帮助，也希望您能够多多关注服务器之家的更多内容！
原文链接：https://blog.csdn.net/ww741258963123/article/details/117901124
