Java基础（六）——集合
一、概述
1、介绍
为什么出现集合？
答：面向对象语言对事物的体现都是以对象的形式，所以为了方便对多个对象的操作，对对象进行存储，集合就是存储对象最常用的一种方式。
数组和集合类同是容器，有何不同？
答：数组虽然也可以存储对象，但长度是固定的，集合长度是可变的。数组中可以存储基本数据类型，集合中只能存储对象（引用类型，基本类型的包装类型）。
为什么会出现这么多的容器呢？
答：因为每一个容器对数据的存储方式都有不同。这个存储方式称之为：数据结构。
什么是迭代器呢？
答：其实就是集合的取出元素的方式。
2、集合框架
简图：
Map：
二、Collection<E>(jdk1.2)
集合中存储的都是对象的引用（地址）。
1、常用方法
add(Object obj)：添加。
addAll(Collection coll)：添加。
int size()：获取有效元素的个数。
void clear()：清空集合。
boolean isEmpty()：是否是空集合。
boolean contains(Object obj)：是否包含某个元素，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。两个集合的元素挨个比较。boolean remove(Object obj) ：删除，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)：删除，取当前集合的差集。
boolean retainAll(Collection c)：取交集，把交集的结果存在当前集合中，不影响c。
boolean equals(Object obj)：集合是否相等。
Object[] toArray()：转成对象数组。
hashCode()：获取集合对象的哈希值。
iterator()：返回迭代器对象，用于集合遍历。
代码示例：基本方法
1 public class Main {
2 public static void main(String[] args) {
3 Collection<Object> coll = new ArrayList<>();
4
5 coll.add("AA");
6 coll.add("BB");
7 coll.add(123); // 自动装箱
8 coll.add(new Date());
9
10 System.out.println(coll.size()); // 4
11
12 Collection<Object> coll1 = new ArrayList<>();
13 coll1.add(456);
14 coll1.add("CC");
15 coll1.add(123);
16
17 coll.addAll(coll1);
18 System.out.println(coll);
19
20 coll.clear(); // 清空集合元素
21
22 System.out.println(coll.isEmpty()); // true
23 }
24 }
代码示例：初始化类
1 // 预先定义的实体类
2 public class Person {
3
4 private String name;
5 private int age;
6
7 // 无参构造器
8 // 有参构造器
9 // getter & setter
10 // toString()
11
12 @Override
13 public boolean equals(Object o) {
14 System.out.println("Person equals()....");
15 if (this == o) return true;
16 if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
17 Person person = (Person) o;
18 return age == person.age &&
19 Objects.equals(name, person.name);
20 }
21
22 @Override
23 public int hashCode() {
24 return Objects.hash(name, age);
25 }
26 }
27
28 // 初始化的集合.下面的代码示例,集合都是这个.
29 public Collection<Object> init() {
30 Collection<Object> coll = new ArrayList<>();
31
32 coll.add(123);
33 coll.add(456);
34 coll.add(new Person("Jerry", 20));
35 coll.add("Tom");
36 coll.add(false);
37
38 return coll;
39 }
1 public void method1() {
2 System.out.println(coll.hashCode());
3
4 // 判断当前集合中是否包含obj
5 // 想要按 Person 对象的属性来比较，需要复写 equals(Object o)
6 // false --> true
7 System.out.println(coll.contains(new Person("Jerry", 20)));
8
9 // 当且仅当形参中的所有元素都存在于当前集合中.true
10 // true
11 System.out.println(coll.containsAll(Arrays.asList(123, 456)));
12
13 coll.remove(1234);
14 coll.remove(new Person("Jerry", 20));
15 // 差集：A - B
16 coll.removeAll(Arrays.asList(123, 4567));
17
18 System.out.println(coll);
19
20 // 两个集合完全相同,包括顺序相同(这个又具体子类决定)
21 // System.out.println(coll.equals(coll1));
22
23 // 交集
24 coll.retainAll(Arrays.asList(123, 666));
25 System.out.println(coll);
26 }
27
28 // 结果
29 -1200490100
30 Person equals()....
31 Person equals()....
32 Person equals()....
33 true
34 true
35 Person equals()....
36 Person equals()....
37 Person equals()....
38 [456, Tom, false]
39 []
结果分析：
①判定一个集合中是否包含某个对象，contains(Object o)方法，会调用equals(Object o)去比较，所以需要复写equals(Object o)方法。
②对象Person是第3个被加入到集合中的，比较的时候需要一个一个比较，所以equals()方法被调用了3次。
③remove(Object o)时同样equals()方法被调用了3次。
代码示例：集合 <--> 数组
1 public void method2() {
2 // 集合 --> 数组
3 final Object[] objects = coll.toArray();
4 final Object[] array = coll.toArray(new Object[0]);
5
6 // 数组 --> 集合
7 final List<String> strings = Arrays.asList("A", "B", "C");
8 final List<Integer> integers = Arrays.asList(123, 456);
9 }
2、Iterator<E>（迭代器）
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"。
一种集合的取出元素的方式。定义在集合的内部，用于直接访问集合内 部的元素，是一个内部类。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主要用于遍历Collection，不包括map。
用foreach遍历Collection，底层还是使用的迭代器。迭代器原理：
JDK8源码：
代码示例：迭代器的使用
1 // 注意：这里是迭代器里的remove，不是集合里面的。
2 public void method3() {
3 Iterator<Object> iterator = coll.iterator();
4 while (iterator.hasNext()) {
5 // next():①指针下移 ②将下移以后集合位置上的元素返回
6 System.out.println(iterator.next());
7 }
8
9 // 返回一个全新的迭代器
10 iterator = coll.iterator();
11 while (iterator.hasNext()) {
12 // iterator.remove(); 报错IllegalStateException
13 final Object next = iterator.next();
14
15 if ("Tom".equals(next)) {
16 iterator.remove();
17 // iterator.remove(); 报错IllegalStateException
18 }
19 }
20 }
3、List<E>、Queue<E>、Set<E>（重点）
List<E>元素是有序的，可重复，因为该集合体系有索引。实现类：
ArrayList：底层使用的数组数据结构。特点：查询速度很快，但是增删稍慢（会移动后面的元素）。初始长度10，50%延长。线程不同步的。jdk1.2
LinkedList：底层使用的链表数据结构。特点：增删速度很快，查询稍慢。线程不同步的。
Vector：底层使用的数组数据结构。初始长度10，100%延长。线程同步的。后被ArrayList替代了。jdk1.0
Queue<E>有序的，可重复。实现类：
Deque<E>（接口）：
LinkedList：底层使用的链表数据结构。特点：增删速度很快，查询稍慢。线程不同步的。
Set<E>元素是无序的，不重复。没有索引。实现类：
HashSet：底层使用的HashMap（数组+链表）数据结构。无序的，不可重复，线程不同步。可以存储null值。
TreeSet：底层使用的TreeMap（排序二叉树，红黑树）数据结构。可以对set集合中的元素按指定属性进行排序。有序的。查询速度比List快。
三、List<E>
1、ArrayList<E>
代码示例：迭代器的使用
1 // 其他常用方法不演示
2 public class Main {
3 public static void main(String[] args) {
4 List<String> list = new ArrayList<>();
5 list.add("A");
6 list.add("B");
7 list.add("C");
8 list.add("D");
9
10 final Iterator<String> iterator = list.iterator();
11 while (iterator.hasNext()) {
12 System.out.print(iterator.next());
13 }
14 }
15 }
16
17 // 结果
18 // A B C D
2、Vector<E>
枚举就是Vector特有的取出方式，和迭代器很像，其实是一样的，由于名称过长，后被迭代器取代了。
1 public static void main(String[] args) {
2 Vector<String> vector = new Vector<>();
3
4 vector.add("A");
5 vector.add("B");
6
7 // 返回此向量的组件的枚举.
8 final Enumeration<String> elements = vector.elements();
9
10 while (elements.hasMoreElements()) {
11 System.out.println(elements.nextElement());
12 }
13 }
14
15 // 结果
16 // A B
3、Stack<E>（栈）
1 // 先进后出
2 public class Main {
3 public static void main(String[] args) {
4 Stack<String> stack = new Stack<>();
5
6 // 压栈
7 stack.push("A");
8 stack.push("B");
9 stack.push("C");
10
11 while (!stack.empty()) {
12 // 从栈顶弹出一个.会删除元素
13 System.out.println(stack.pop());
14 }
15
16 // 从栈顶弹出一个.不会删除元素
17 // stack.peek();
18 }
19 }
20
21 // 结果
22 C B A
四、Queue<E>
1、Queue<E>（队列）
1 // 先进先出
2 public class Main {
3 public static void main(String[] args) {
4 Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
5
6 // 添加.入队
7 queue.offer(1);
8 queue.offer(10);
9 queue.offer(5);
10 queue.offer(9);
11 System.out.println(queue);
12
13 // 出队
14 final Integer poll = queue.poll();
15 System.out.println(poll);
16 System.out.println(queue);
17
18 // 获取.队头
19 final Integer peek = queue.peek();
20 System.out.println(peek);
21 System.out.println(queue);
22 }
23 }
24
25 // 结果
26 [1, 10, 5, 9]
27 1
28 [10, 5, 9]
29 10
30 [10, 5, 9]
2、Deque<E>（双端队列）
3、LinkedList<E>（双向链表）
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。
特有方法
addFirst()：在第一个位置添加元素。
addLast()
getFirst()：获取第一个元素，但不删除元素。若没有，出现异常。
getLast()
removeFirst()：获取元素，但是删除元素。若没有，出现异常。
removeLast()在jdk1.6以后出现了替代方法。
offerFirst()：在第一个位置添加元素。
offerLast()
peekFirst()：获取元素，但不删除元素。若没有，返回null。
peekLast()
pollFirst()：获取元素，但是删除元素。若没有，返回null。
pollLast()
五、Set<E>
1、介绍
Set<E>元素是不重复。没有索引。实现类：
HashSet：底层使用的HashMap（数组+链表）数据结构。无序的，不可重复，线程不安全。可以存储null值。
LinkedHashSet：底层使用的 LinkedHashMap。无序的，不可重复。
TreeSet：底层使用的TreeMap（排序二叉树，红黑树）数据结构。可以对set集合中的元素按指定属性进行排序。有序的。查询速度比List快。
以HashSet为例理解无序、不重复：
无序的：不等于随机性（并不是说打印的顺序没有按照添加的顺序），是指的存储的数据在底层数组中并非按照数组索引的顺序依次添加，而是根据数据的哈希值确定的索引位置。
不重复：调用对象equals()方法保证相同元素只添加一次。
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()。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 hashCode() 方法的基本原则：
（1）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。
（2）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。
（3）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，需要重写equals()的时候，总是要重写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。
2、HashSet<E>
HashSet 按 Hash 算法来存储集合中的元素，因此具有很好的存取、查找和删除性能。
底层数据结构：看JDK8的源码，HashSet底层是一个HashMap。而HashMap底层是数组+链表（7），数组+链表+红黑树（8）。
元素添加过程：由于HashSet底层就是HashMap，所以它的原理只需要了解HashMap即可。
1 // API使用
2 public class Main {
3 public static void main(String[] args) {
4 Set<String> set1 = new HashSet<>();
5 Set<String> set2 = new HashSet<>();
6
7 set1.add("a");
8 set1.add("b");
9 set1.add("c");
10
11 set2.add("c");
12 set2.add("d");
13 set2.add("e");
14
15 // 取交集
16 set1.retainAll(set2);
17 System.out.println(set1); // [c]
18 // 取并集
19 // set1.addAll(set2);
20 // System.out.println(set1); // [a, b, c, d, e]
21 // 取差集
22 // set1.removeAll(set2);
23 // System.out.println(set1); // [a, b]
24 }
25 }
3、LinkedHashSet<E>
作为HashSet的子类，LinkedHashSet 根据元素的 hashCode 值来决定元素的存储位置（依然是无序的）， 但它同时使用双向链表维护元素的添加次序，这使得元素看起来是以插入顺序保存的。也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。LinkedHashSet插入性能略低于 HashSet。
代码示例：
1 public class Main {
2 public static void main(String[] args) {
3 Set set = new LinkedHashSet();
4 set.add("AA");
5 set.add(456);
6 set.add(456);
7
8 set.add(new User("刘德华", 60));
9
10 Iterator iterator = set.iterator();
11 while (iterator.hasNext()) {
12 System.out.println(iterator.next());
13 }
14 }
15 }
16
17 // 结果:按照添加的顺序遍历.
18 AA
19 456
20 User{name='刘德华', age=60}
21
22 // 若Set set = new HashSet();则遍历不按照添加的顺序
底层结构：
4、TreeSet<E>
底层是排序二叉树，所以①必须是相同类型的对象。②必须可排序。自然排序（实现Comparable接口）和定制排序（Comparator）。
自然排序中，判断两个对象是否相同的标准为：compareTo()返回0，不是equals()。
定制排序中，判断两个对象是否相同的标准为：compare()返回0。不是equals()。
若compareTo始终返回0，则add始终只有一个元素。因为后面的都认为与前面的相同，因此没有加入进来。判断两个对象是否相等的标准是compareTo返回值相同。
底层数据结构：看JDK8的源码，TreeSet底层是一个TreeMap。采用红黑树的存储结构。有序的。查询速度比List快。
元素添加过程：
代码示例：让User具有可比性，自然排序：Comparable
1 public class User implements Comparable<User> {
2 private String name;
3 private int age;
4
5 // 无参构造器
6 // 有参构造器
7 // getter & setter
8 // toString()
9 // 可以不复写equals、hashCode
10
11 @Override
12 public int compareTo(User user) {
13 System.out.println(this.name + "-------------" + user.getName());
14
15 if (this.age > user.age) {
16 return 1;
17 }
18 if (this.age < user.age) {
19 return -1;
20 }
21 return 0;
22 }
23 }
24
25 // 测试类
26 public static void main(String[] args) {
27 TreeSet<User> treeSet = new TreeSet<>();
28
29 treeSet.add(new User("java1", 30));
30 treeSet.add(new User("java2", 20));
31 treeSet.add(new User("java3", 31));
32 treeSet.add(new User("java4", 60));
33
34 final Iterator<User> iterator = treeSet.iterator();
35 while (iterator.hasNext()) {
36 final User user = iterator.next();
37 System.out.println(user.getName() + "---------" + user.getAge());
38 }
39 }
40
41 // 结果
42 java1-------------java1 // 第一次
43 java2-------------java1 // 2和1比,2在左边
44 java3-------------java1 // 3和1比,3在右边
45 java4-------------java1 // 4和1比,4在右边
46 java4-------------java3 // 4和3比,4在右边
47 java2---------20
48 java1---------30
49 java3---------31
50 java4---------60
结果分析：不难理解打印结果的比较次数。
代码示例：指定比较器，定制排序：Comparator
1 // 比较器
2 public static void main(String[] args) {
3 final Comparator<User> comparator = new Comparator<User>() {
4 // 按照年龄从小到大排列
5 @Override
6 public int compare(User o1, User o2) {
7 return Integer.compare(o1.getAge(), o2.getAge());
8 }
9 };
10
11 TreeSet<User> treeSet = new TreeSet<>(comparator);
12
13 treeSet.add(new User("java1", 30));
14 treeSet.add(new User("java2", 20));
15 treeSet.add(new User("java3", 31));
16 treeSet.add(new User("java4", 60));
17 treeSet.add(new User("java5", 60));
18
19 final Iterator<User> iterator = treeSet.iterator();
20 while (iterator.hasNext()) {
21 final User user = iterator.next();
22 System.out.println(user.getName() + "---------" + user.getAge());
23 }
24 }
25
26 // 结果
27 java2---------20
28 java1---------30
29 java3---------31
30 java4---------60
六、Map<K,V>
1、介绍（重点）
双列数据，存储key-value对的数据。用作键的对象必须实现hashCode方法和equals方法。实现类：
HashMap：底层使用的（数组+链表7+红黑树8）数据结构。特点：可以存入null键null值。线程不同步，效率高。jdk1.2
Hashtable：底层使用的（数组+链表）数据结构。特点：不可以存入null键null值。线程同步，效率低。jdk1.0
TreeMap：底层使用的（排序二叉树，红黑树）数据结构。实现了SortedMap有序序列接口，特点：可以用于给map集合中的键按指定属性进行排序。线程不同步。
WeakHashMap：底层使用的（数组+链表）数据结构。特点：键是"弱键"。
2、HashMap<K,V>
HashMap中的Entry对象是无序排列的。此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。
代码示例：三种遍历方式
1 public class Main {
2 public static void main(String[] args) {
3 Map<String, String> map = new HashMap<>();
4 map.put("A", "1");
5 map.put("B", "2");
6 map.put("c", "3");
7
8 // 1.获取键集：keySet()
9 final Set<String> keySet = map.keySet();
10 for (String key : keySet) {
11 System.out.println("keySet()----" + key + "----" + map.get(key));
12 }
13
14 // 2.获取值集：values()
15 final Collection<String> values = map.values();
16 for (String value : values) {
17 System.out.println("values()----" + value);
18 }
19
20 // 3.获取entry集：entrySet()
21 final Set<Map.Entry<String, String>> entries = map.entrySet();
22 for (Map.Entry<String, String> entry : entries) {
23 System.out.println("entrySet()----" + entry.getKey() + "----" + entry.getValue());
24 }
25 }
26 }
3、Hashtable<K,V>
4、TreeMap<K,V>
向TreeMap中添加key-value，要求key①必须是相同类型的对象。②必须可排序。用于给map集合中的键按指定属性进行排序。
代码示例：让User具有可比性，自然排序：Comparable
1 public class User implements Comparable<User> {
2 private String name;
3 private int age;
4
5 // 无参构造器
6 // 有参构造器
7 // getter & setter
8 // toString()
9 // 可以不复写equals、hashCode
10
11 // 年龄从小到大排列
12 @Override
13 public int compareTo(User user) {
14 System.out.println(this.name + "---------" + user.getName());
15 return Integer.compare(this.age, user.age);
16 }
17 }
18
19 // 测试类
20 public static void main(String[] args) {
21 TreeMap<User, Integer> treeMap = new TreeMap<>();
22 User u1 = new User("Tom", 23);
23 User u2 = new User("Jerry", 32);
24 User u3 = new User("Jack", 20);
25 User u4 = new User("Rose", 18);
26
27 treeMap.put(u1, 98);
28 treeMap.put(u2, 89);
29 treeMap.put(u3, 76);
30 treeMap.put(u4, 100);
31
32 for (Map.Entry<User, Integer> entry : treeMap.entrySet()) {
33 System.out.println(entry.getKey() + "---->" + entry.getValue());
34 }
35 }
36
37 // 结果
38 Tom---------Tom
39 Jerry---------Tom
40 Jack---------Tom
41 Rose---------Tom
42 Rose---------Jack
43 User{name='Rose', age=18}---->100
44 User{name='Jack', age=20}---->76
45 User{name='Tom', age=23}---->98
46 User{name='Jerry', age=32}---->89
结果分析：按键 User 指定属性 age 排序，不难理解打印结果的比较次数。排序二叉树：
代码示例：指定比较器，定制排序：Comparator
1 // 比较器
2 public static void main(String[] args) {
3 TreeMap<User, Integer> treeMap = new TreeMap<>(new Comparator<User>() {
4 @Override
5 public int compare(User u1, User u2) {
6 return Integer.compare(u1.getAge(), u2.getAge());
7 }
8 });
9
10 User u1 = new User("Tom", 23);
11 User u2 = new User("Jerry", 32);
12 User u3 = new User("Jack", 20);
13 User u4 = new User("Rose", 18);
14
15 treeMap.put(u1, 98);
16 treeMap.put(u2, 89);
17 treeMap.put(u3, 76);
18 treeMap.put(u4, 100);
19
20 for (Map.Entry<User, Integer> entry : treeMap.entrySet()) {
21 System.out.println(entry.getKey() + "---->" + entry.getValue());
22 }
23 }
24
25 // 结果.和自然排序的结果一致.
26 User{name='Rose', age=18}---->100
27 User{name='Jack', age=20}---->76
28 User{name='Tom', age=23}---->98
29 User{name='Jerry', age=32}---->89
5、Properties
常用来处理配置文件。key和value都是String类型。
代码示例：读取属性文件
1 // jdbc.properties
2 name=Tom
3 password=abc123
4
5 // 未关闭资源
6 public static void main(String[] args) throws Exception {
7 Properties pros = new Properties();
8
9 FileInputStream fis = new FileInputStream("jdbc.properties");
10 pros.load(fis);
11
12 String name = pros.getProperty("name");
13 String password = pros.getProperty("password");
14
15 System.out.println("name = " + name + ", password = " + password);
16 }
17
18 // 结果
19 name = Tom, password = abc123
6、ConcurrentHashMap<K,V>
请查看JDK源码。
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