【Java SE】集合

1.java集合框架

使用Array存储对象有一定的弊端。java集合就是一种容器，动态地存储多个对象，存储主要是内存层面的存储，不涉及到持久化的存储(txt,avi,数据库)。

①一旦初始化好，数组的长度就确定了，不能够再修改。

②数组一旦定义好，数组的类型就确定了，我们只能使用该类型的数据。

③数组提供功能较少

④数组存储特点有序可重复

Collection <--extends-- List <--implements-- AbstractList <--extends-- ArrayList

1.1 Collection

contains(Object obj)	判断集合中是否存在元素
add(Object obj)
containsAll(Collection coll)
remove(Object obj)
boolean removeAll(Collection coll1)	其实是计算两个集合的差集(集合减去交集)，集合与自身的差集为空，是对当前集合的修改
boolean retain(Collection coll1)	求两个集合的交集，是对当前集合的修改
equals(Object obj)	注意：ArrayList有序，元素顺序不同判断为false
Object[] toArray()	集合转换为数组
List Arrays.asList(T... a)	数组转换为集合
Iterator iterator()	遍历集合元素，内部方法：next()、hasnext()

contains、remove:调用obj对象所在类的equals，判断是否相同

        coll.add("QQ");
        coll.add(new String("123"));
        coll.add(new Person("Tom", 24));

        System.out.println(coll.contains("QQ"));//true
        System.out.println(coll.contains(new String("123")));//true
        System.out.println(coll.contains(new Person("Tom", 24)));//false

对于String，由于String对equals进行了重写，所以比较的是String的字符串值，而自定义的Person类并没有，所以继承了Object类的equals方法，比较的是地址值。所以，向collection接口的实现类的对象中添加数据obj、移除数据obj时，需要重写obj所在类的equals方法。

ContainsAll：

        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new String("789"));

        Collection coll1 = Arrays.asList(123, 456);//Arrays.asList返回的是
        //List，List是Collection的子接口，此处体现了多态
        System.out.println(coll.containsAll(coll1));

List Arrays.asList(T... a)：形参为可变数据

        List arr = Arrays.asList(new String[]{"123", "456"});
        System.out.println(arr);//[123, 456]
        List arr1 = Arrays.asList(123, 456);
        System.out.println(arr1);//[123, 456]
        List arr2 = Arrays.asList(new int[]{123, 456});
        System.out.println(arr2);//[[I@677327b6]
        List arr3 = Arrays.asList(new Integer[]{123, 456});
        System.out.println(arr3);//[123, 456]

当形参为基本数据类型的数组时，Arrays.asList会将整个数组作为集合的一个元素。

遍历方式一：Iterator iterator()

每次调用该方法都会返回一个指向第一个元素的迭代器，内部方法hasnext()判断不会移动指针。内部方法remove()可以在遍历的时候删除当前集合的元素，不同于集合的remove方法。

        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add("123");
        coll.add("456");
        System.out.println(coll);//[123, 456]

        Iterator iterator = coll.iterator();
        while(iterator.hasNext()) {
            Object obj = iterator.next();
            if("456".equals(obj)) {
                iterator.remove();
            }
        }

remove:

1:如果未调用next()或者上一次调用next()方法之后又调用了remove()方法，会报IllegalStateException异常

2:List集合的迭代器调用iterator内部方法抛出UnsupportedOperationException异常

        List coll = Arrays.asList(new String[]{"123", "456"});
        System.out.println(coll);//[123, 456]

        Iterator iterator = coll.iterator();
        while(iterator.hasNext()) {
            Object obj = iterator.next();
            if("456".equals(obj)) {
                iterator.remove();
            }
        }

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

程序实际执行到了AbstractList中，不允许对集合进行新增和删除：

    public void add(int index, E element) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    public E remove(int index) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

程序能够执行到AbstractList的增删方法，是因为asList方法返回的是一个ArrayList<>,如下所示它继承于AbstractList且没有重写增删方法：

    public static <T> List<T> asList(T... a) {
        return new ArrayList<>(a);
    }

    /**
     * @serial include
     */
    private static class ArrayList<E> extends AbstractList<E>

同时，ArrayList对增删方法进行了重写。所以迭代器能够执行ArrayList的Override方法。

        public void remove() {
            if (lastRet < 0)
                throw new IllegalStateException();
            checkForComodification();

            try {
                ArrayList.this.remove(lastRet);
                cursor = lastRet;
                lastRet = -1;
                expectedModCount = modCount;
            } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
        }
        public boolean add(E e) {
            ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
            elementData[size++] = e;
           return true;
        }

解决方法，对Arrays.asList()返回的List进行ArrayList包装:

        List coll = new ArrayList(Arrays.asList(new String[]{"123", "456"}));

        Iterator iterator = coll.iterator();
        while(iterator.hasNext()) {
            Object obj = iterator.next();
            if("456".equals(obj)) {
                iterator.remove();
            }
        }

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

遍历方式二：for-each/增强for循环

        for(Object obj : coll) {
            System.out.println(obj);
        }

obj为局部变量

1.2 List接口实现类：相较于Collection有了索引

面试：ArrayList、LinkedList、Vector三者的异同？

答：相同点：三者都实现了List接口，存储的数据的特点相同：存储有序的可重复的数据

不同点：

1.2.1  ArrayList 作为List的主要实现类，线程不安全，效率高，底层仍使用Object[] elementdata存储

jdk7.0之前的扩容

默认集合大小为10，每次add都判断扩容，默认扩容为原来的1.5倍，如果还小就直接使用最小要求扩容，并将原来数组数据拷贝到新数组。所以建议开发中使用：ArrayList list = new ArrayList(int capacity);

    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

jdk8的变化

底层的Object[] elementdata初始化为{}，并没有创建长度为10的数组，只有在第一次add时进行了初始化数组长度10的操作。延迟了数组创建的时间，两种方法类似于单例模式的饿汉和懒汉式，节省了内存。

1.2.2 LinkedList 对于频繁的插入删除操作，使用此类效率较高，底层使用的是双向链表存储，不涉及到扩容

    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;
        }
    }

LinkedList list = new LinkedList();内部声明了Node型的first和last属性，默认值为null。其中Node为双向链表。add时将元素封装到Node进行添加节点操作。

1.2.3 Vector List的古老实现类，线程安全，效率低，底层仍使用Object[] elementdata存储

默认element数组长度为10，默认扩容大小为2倍。

List接口方法（8）
void add(int index, Object element)
boolean addAll(int index, Collection eles)
Object get(int index)
int indexof(Object obj)	obj在集合中的位置
int lastIndexOf(Object obj)
Object remove(int index)	按照索引删除，重载了Collection中的按照元素删除，并返回删除的元素。和重载方法优先考虑索引，而不去装箱，若想删除值则应将基本数据类型封装成包装类。
boolean set(index, Object obj)
List subList(int start, int end)	提供子List，本身list不发生变化

1.4 Set接口实现类：可存储无序的、不可重复的数据

无序性：不等于随机性，存储的数据在底层数组中并不是按照数组索引的顺序添加，而是根据数据的哈希值确定位置。

不可重复性：保证添加的元素按照equals()判断时，不能返回true，即相同的元素只能添加一个。

1.4.1 HashSet：作为Set接口的主要实现类，线程不安全，可以存储null

HashSet中添加元素的过程:

HashSet底层也是数组，初始容量为16，当使用量超过0.75(12)，就会扩容为原来的两倍。HashSet中添加元素a，首先调用元素a所在类的hashCode()方法，根据计算a的哈希值，然后根据哈希函数得到在HashSet底层数组中的存放位置（即索引位置），判断数组在此位置上是否已经有其他元素：

如果没有其他元素，则添加成功。（情况一）

否则将a的哈希值与已经存在的元素b（或元素结成的链表）的哈希值进行比较：

如果哈希值均不同，则表明a元素没有重复，添加到链表底部，添加成功。（情况二）

否则调用a.equals(b):

true:添加失败。

false:添加到链表底部，添加成功。（情况三）

对于情况二和情况三：（七上八下）

jdk7:元素a放到数组，指向原来的元素。

jdk8:原来的元素在数组，链表末端元素指向a。

为什么复写hashCode方法，有31这个数字？

减少哈希冲突

添加元素的要求: 向HashSet中添加的元素所在的类需要重写hashCode()和equals()方法，并且两个方法要求具有一致性：相同的对象必须具有相等的散列码，即使用相同的哈希函数。

面试题目

        Person p1 = new Person(18, "AA");
        Person p2 = new Person(19, "BB");
        HashSet set = new HashSet();
        set.add(p1);
        set.add(p2);

        System.out.println(set);//AA 和 BB
        p1.name = "CC";
        System.out.println(set);//CC 和 BB
        set.remove(p1);
        System.out.println(set);//CC 和 BB
        set.add(new Person(18, "AA"));
        System.out.println(set);//AA BB CC

AA改名为CC后对象的哈希值仍是(18,AA)，remove p1时先根据p1(18,CC)的哈希值找不到相应的元素，故没有删除元素。同理添加(18,AA)先根据其哈希值找到现名为CC的对象，equals后发现不相同，表明set中没有相同元素故添加成功，此时set中有AA BB CC三个元素。

1.4.2 LinkedHashSet：extends于HashSet，看似像有序的，可按照添加的顺序遍历

LinkedHashSet作为HashSet的子类，在添加数据的同时，每个数据还维护了两个引用，记录此数据的前一个数据和后一个数据。对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet。

1.4.3 TreeSet：要求放入数据是同一个类的实例对象，可按照添加对象的指定属性进行排序

两种排序方式：自然排序(实现Comparable接口)和定制排序(Comparator)

自然排序中，比较两个对象是否相同的标准是compareTo是否返回0，而不再是equals()方法。

定制排序中，比较两个对象是否相同的标准是compare()是否返回0，而不再是equals()方法。

2 Map接口：存储key-value双列数据，类似于函数的概念

Key：无序，不可重复，用Set存储,key所在类需要重写equals和hasCode方法(以hashSet为例)

Value：无序，可以重复，使用Collection存储，value所在类要重写equals方法

一个键值对：key-value构成了一个entry实体，使用Set存储所有的entry

Map中的常用方法：
Object put(Object key, Object value)	添加或修改（key相同但value不同的）key-value键值对到当前map
void putAll(Map m)	将m中所有的数据添加到当前map
Object remove(Object key)	根据key移除key-value键值对，并返回value，不存在则返回null
void clear()	清楚map中的数据

元素查询操作
Object get(Object key)	返回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键值对的个数
boolean isEmpty()	判断map是否为空
boolean equals(Objection obj)	判断map和对象obj是否相等

元视图操作的方法	得到Collection后可用iterator遍历
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

2.1 HashMap：作为Map的主要实现类，线程不安全，效率高

HashMap底层结构：jdk7之前：数组+链表

jdk8：数组+链表+红黑树

HashMap的底层实现原理？

以jdk7为例

HashMap hashmap = new HashMap();

map.put(key1, value1)

首先调用key1所在类的hashCode()计算key1的哈希值，此哈希值经过某种算法计算后得到在Entry数组的存放位置：

如果此位置上的数据为空，则数据添加成功；情况一

如果数据不为空（意味着此位置上存在一个或多个数据（以链表的形式存在）），则比较key与一个或则多个数据的哈希值：

如果key1的哈希值和已经存在的数据的哈希值都不相同，则key1-value1i添加成功；情况二

如果key1的哈希值和已经存在的一个数据的哈希值相同，继续比较，调用key1所在类的equals(key2)：

如果equals返回false：则key1-value1i添加成功；情况三

如果equals返回true：则使用value1替换value2.

情况二和情况三，此时的数据和原来的数据以链表的形式存储。

默认的扩容方式：扩容为原来的两倍，并将原来的数据复制过来。

jdk8相较于jdk7在底层结构上的不同

(1)new HashMap()：底层没有创建一个长度为16的数组

(2)jdk 8的底层数组不是entry而是node

(3)在首次调用put()时才创建默认长度为16的数组

(4)jdk7的底层结构为数组加链表

jdk8的底层结构为数组加链表加红黑树，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且当前数组长度>64时，此时此索引位置上的所有数据改为红黑树存储。

HashMap和Hashtable的异同？

2.1.1 子类LinkedHashMap：保证在遍历map元素时，按照添加的顺序进行遍历。原理：在原有的HashMap底层结构基础上，添加了一对指针，可以指向前面和后面的元素。对于频繁的遍历操作，此类效率高于HashMap。

2.2 Hashtable：作为Map的古老实现类，线程安全，效率低，不能存储null的key和value

2.2.1 子类Properities：常用来处理配置文件，其key-value都是String类型

        Properties pros = new Properties();
        FileInputStream fis = new FileInputStream("./jdbc.properties");
        pros.load(fis);

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

        System.out.println(name + " " + password);

2.3 TreeMap：保证按照添加的key-value对进行排序，实现排序遍历，此时考虑key的自然排序或者定制排序。底层使用红黑树。

向TreeMap中添加key-value数据要保证key值所在的类实现了Comparable的compareTo()方法或者Comparator的compare(o1, o2).

3.Collections：操作Collection、Map的工具类

Collections
void reverse(list)
shuffe(list)	打乱顺序
sort(list)	自定义类需要重写compareTo
swap(int index1, int index2)
Object max、min(Collection)	根据自然排序返回最大、小值
Object max、min(Collection, Comparator)	根据定制排序返回最大、小值
int frequency(list, Objection obj)
void copy(list dest, list src)	将src中的内容复制到dest中
synchronizedXXX()

定制排序sort

        Collections.sort(list, new Comparator<Object>() {

            @Override
            public int compare(Object o1, Object o2) {
                Integer i1 = (Integer) o1;
                Integer i2 = (Integer) o2;

                return -i1.compareTo(i2);
            }
        });

copy()方法注意点

        List list = new ArrayList();
        list.add(1);
        list.add(2);
        list.add(3);
        list.add(4);

        //IndexOutOfBoundsException
//        List dest = new ArrayList();

        List dest = Arrays.asList(new Object[list.size()]);
        Collections.copy(dest, list);
        System.out.println(dest);

线程安全

Collections类中提供了多个synchronizedXXX()方法，该方法可以将指定集合包装成线程安全的集合，从而解决多线程并发访问集合时的线程安全问题。

List list1 = Collections.synchronizedList(list);