Java基础（十一）集合框架

一、集合框架

1、集合框架定义

　　集合框架是一个用来代表和操纵集合的统一架构。所有的集合框架都包含如下内容：

• 接口：是代表集合的抽象数据类型。接口允许集合独立操纵其代表的细节。在面向对象的语言，接口通常形成一个层次。
• 实现（类）：是集合接口的具体实现。从本质上讲，它们是可重复使用的数据结构。
• 算法：是实现集合接口的对象里的方法执行的一些有用的计算，例如：搜索和排序。这些算法被称为多态，那是因为相同的方法可以在相似的接口上有着不同的实现。

除了集合，该框架也定义了几个Map接口和类。Map里存储的是键/值对。尽管Map不是collections，但是它们完全整合在集合中。

二、List 接口

1、ArrayList 的使用

ArrayList 是一个集合容器类。

1、ArrayList 的构造方法

2、 ArrayList 方法

　　测试ArrayList：

 import org.junit.Test;

 import java.util.ArrayList;
 import java.util.Iterator;
 import java.util.ListIterator;

 public class ArrayListTest {

     /**
      * 测试ArrayList
      */
     @Test
     public void test() {
         ArrayList<Object> list = new ArrayList<>();

         list.add("test1");
         list.add("test2");
         list.add("test3");
         list.add("test4");

         list.add(1, "test5"); //插入 1 是索引
         System.out.println(list);  //[test1, test5, test2, test3, test4]  打印出值，因为ArrayList覆写了 toString方法
         System.out.println("size:" + list.size());  //size:5

         //遍历ArrayList 1、普通for循环
         for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
             System.out.println(" list = " + list.get(i));
         }
         System.out.println("=======");
         for (Object o : list) {  //2、增强for循环
             System.out.println(" list = " + o);
         }
         System.out.println("=======");
         //3.迭代器遍历ArrayList
         Iterator<Object> iterator = list.iterator();
         while (iterator.hasNext()) {
             System.out.println(" list = " + iterator.next());
         }
         System.out.println("=======");
         //ListIterator迭代
         ListIterator<Object> listIterator = list.listIterator();
         while (listIterator.hasNext()) {
             System.out.println(" list = " + listIterator.next());
         }
         System.out.println("=======");
         while (listIterator.hasPrevious()) {
             //反向打印,顺序相反
             System.out.println(" list = " + listIterator.previous());
         }
     }
 }

2、LinkedList 使用

　　基于链表结构的集合 LinkedList。LinkedList 属于 java.util 包下面，也实现Iterable接口，说明可以使用迭代器遍历；LinkedList 还实现 Deque<E>，Queue<E> 操作。Deque 和 Queue 是 LinkedList 的父接口，那么 LinkedList 也可以看成一种 Deque 或者 Queue；Queue表示一种队列，也是一种数据结构，它的特点是先进先出，因此在队列这个接口里面提供了一些操作队列的方法，同时LinkedList也具有这些方法；Deque(Double ended queues双端队列)，支持在两端插入或者移除元素; 那也应该具有操作双端队列的一些方法；LinkedList 是他们的子类，说明都具有他们两者的方法；LinkedList也可以充当队列，双端队列，堆栈多个角色。

1、 LinkedList 构造方法

2、 LinkedList 方法

　　测试 LinkedList：

 import org.junit.Test;

 import java.util.LinkedList;

 public class LinkedListTest {

     /**
     * 测试LinkedList
      ArrayList : 基于数组，可以重复，有索引，记录添加顺序（有序）, 查找比较快;
      LinkedList: 基于链表，可以重复，有索引，记录添加顺序（有序），添加删除比较快；多了一些操作头尾的方法,可以充当堆栈，队列;
     */
     @Test
     public void test(){
         LinkedList<Object> linkedList = new LinkedList<>();
         linkedList.add("11");
         linkedList.add("22");
         linkedList.add("33");
         linkedList.add("44");

         System.out.println(linkedList);
         //遍历LinkedList
         for (int i = 0; i < linkedList.size(); i++) {
             System.out.println(linkedList.pop());
         }
         System.out.println(linkedList);
     }
 }

3、 ArrayList 和 LinkedList 的区别

　　ArrayList 和 LinkedList 都是线程不安全的。

　　ArrayList 是 List 接口的一种实现，它是使用数组来实现的，即使用数组方式存储。

　　LinkedList 是 List 接口的一种实现，它是使用链表来实现的，即使用双向链表实现存储。

　　ArrayList 遍历和查找元素比较快。LinkedList 遍历和查找元素比较慢。

　　ArrayList 添加、删除元素比较慢。LinkedList 添加、删除元素比较快。

三、set 接口

1、HashSet

　　不能添加重复的元素，并且是无序的。

　　HashSet判断是否相同的规则： ①判断hashcode    ②判断equals ，如果两个对象的hashCode值相等，并且equals返回为true 就表示相等（重复）。

 import org.junit.Test;

 import java.util.HashSet;

 public class HashSetTest {
     /**
      * 测试HashSet
      * 如果两个对象的hashCode值相等，并且equals返回为true 就表示相等（重复）.
      */
     @Test
     public void testHashSet() {
         HashSet<Object> hashSet = new HashSet<>();
         hashSet.add("11");
         hashSet.add("55");
         hashSet.add("22");
         hashSet.add("33");
         hashSet.add("44");
         hashSet.add("22");

         System.out.println(hashSet);  //[11, 55, 22, 33, 44] 和添加顺序不一样

     }

     /**
      * 测试HashSet1
      * HashSet特点：
      * ①不能添加重复元素，（通过调用对象的hashcode和equals）；
      * ②无序（添加顺序，和打印出来的顺序并不相同）；
      * <p>
      * 区别
      * HashSet ：通过hashcode和equals判断重复；
      * TreeSet ： 判断重复
      * ①使用元素的自然排序，（Comparable接口，使用其中的compareTo方法，返回0，表示相等，compareTo里面的参数只有一个）;
      * ②使用比较器Comparator接口，其中的方法compare（Object o1,Object o2）返回0，表示相等
      */
     @Test
     public void testHashSet1() {
         HashSet set = new HashSet();
         Student s1 = new Student("悟空", 500);
         Student s2 = new Student("悟空", 500);
         set.add(s1);
         set.add(s2);

         System.out.println(set);  //[Student{name='悟空', age=500}]
     }
 }

　　自定义类 Student ：

 public class Student {
     private String name;
     private Integer age;

     public Student(String name, Integer age) {
         this.name = name;
         this.age = age;
     }

     public String getName() {
         return name;
     }

     public void setName(String name) {
         this.name = name;
     }

     public Integer getAge() {
         return age;
     }

     public void setAge(Integer age) {
         this.age = age;
     }

     /**
      * 假设传入的对象也是student，根据业务对象的字段进行比较
      *
      * @param o
      * @return
      */
     @Override
     public boolean equals(Object o) {
         if (this == o) return true;
         if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;

         Student student = (Student) o;

         if (this.name.equals(student.getName()) && this.age == student.getAge()) {
             return true;
         } else {
             return false;
         }
     }

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

     @Override
     public String toString() {
         return "Student{" +
                 "name='" + name + '\'' +
                 ", age=" + age +
                 '}';
     }
 }

2、TreeSet

　　TreeSet 和 HashSet 很多方面也是类似的；特点和 HashSet 也是一样的；

　　TreeSet 的特点：不能添加重复元素，无序的（不记录添加顺序）。

2.1 TreeSet 排序

1、自然排序

　　自然排序：此接口强行对实现它的每个类的对象进行整体排序，这种排序被称为类的自然排序。

　　可以让类实现 Comparable 接口，通过 compareTo(Object obj) 方法，如果方法返回 0 表示相等，否则不等。

　　实现了 Comparable 接口的 student 类：

 public class Student implements Comparable<Student> {
     private String name;
     private Integer age;

     public Student(String name, Integer age) {
         this.name = name;
         this.age = age;
     }

     public String getName() {
         return name;
     }

     public void setName(String name) {
         this.name = name;
     }

     public Integer getAge() {
         return age;
     }

     public void setAge(Integer age) {
         this.age = age;
     }

     /**
      * 假设传入的对象也是student，根据业务对象的字段进行比较
      *
      * @param o
      * @return
      */
     @Override
     public boolean equals(Object o) {
         if (this == o) return true;
         if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;

         Student student = (Student) o;

         if (this.name.equals(student.getName()) && this.age == student.getAge()) {
             return true;
         } else {
             return false;
         }
     }

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

     @Override
     public String toString() {
         return "Student{" +
                 "name='" + name + '\'' +
                 ", age=" + age +
                 '}';
     }

     /**
      * 覆写 compareTo
      *
      * @param s
      * @return
      */
     @Override
     public int compareTo(Student s) {
         if (this.age > s.getAge()) {
             return -1;
         } else if (this.age < s.getAge()) {
             return 1;
         } else {
             //return this.name.compareTo(s.getName()); 自动比较
             return 0;
         }
     }
 }

2、定制排序

　　如果没有实现 Comparable 接口，需要自定义一个类，实现 Comparator 接口，覆写比较方法；

　　比较器的实现代码：

 import java.util.Comparator;

 /**
  * 定制排序
  */
 public class StudentComparator implements Comparator {
     @Override
     public int compare(Object o1, Object o2) {
         Student s1 = (Student)o1;
         Student s2 = (Student)o2;
         if (s1.getAge() > s2.getAge()){
             return 1;
         }else if(s1.getAge() < s2.getAge()){
             return -1;
         }else {
             return 0;
         }
     }
 }

3、TreeSet 自然排序和定制排序的区别

　　一般来说，先写一个比较规则，让它实现 Comparable 接口，作为默认的比较规则，如果不写比较器，则比较使用默认规则，如果觉得默认比较规则不够好，可以自己写个比较器，当通过存在默认比较规则和比较器时，优先选择使用比较器，因为比较器更能满足需求。

　　测试TreeSet：

 import org.junit.Test;

 import java.util.TreeSet;

 public class TreeSetTest {

     /**
      * 测试TreeSet
      */
     @Test
     public void testTreeSet() {
         TreeSet<Object> treeSet = new TreeSet<>();
         treeSet.add("11");
         treeSet.add("33");
         treeSet.add("22");
         treeSet.add("44");

         System.out.println(treeSet);  //[11, 22, 33, 44]
     }

     @Test
     public void testTreeSet2() {
         TreeSet<Object> treeSet = new TreeSet<>();
         Student student1 = new Student("张", 8);
         Student student2 = new Student("张", 10);
         Student student3 = new Student("张", 7);
         Student student5 = new Student("张", 9);
         Student student4 = new Student("张", 11);
         treeSet.add(student3);
         treeSet.add(student4);
         treeSet.add(student2);
         treeSet.add(student1);
         treeSet.add(student5);

         System.out.println(treeSet);
     }

     /**
      * 测试比较器TreeSet
      */
     @Test
     public void testTreeSet3() {
         TreeSet<Object> treeSet = new TreeSet<>(new StudentComparator()); //优先选择比较器，如果选默认的，就不能满足要求呢;
         Student student1 = new Student("张", 8);
         Student student2 = new Student("张", 10);
         Student student3 = new Student("张", 7);
         Student student5 = new Student("张", 9);
         Student student4 = new Student("张", 11);
         treeSet.add(student3);
         treeSet.add(student4);
         treeSet.add(student2);
         treeSet.add(student1);
         treeSet.add(student5);

         System.out.println(treeSet);
     }
 }

3、HashSet 和 TreeSet 总结

　　HashSet特点：不重复，无序（通过 hashCode 方法和equals 方法，判断重复）。

　　TreeSet 特点：不重复，无序（添加顺序与打印顺序不一样），但是打印顺序按照一定规则排序；排序有自然排序和定制排序。

四、Map 接口

　　Map 简单理解成映射；

　　Map：将键映射到值的对象。一个映射不能包含重复的键；每个键最多只能包含一个值。

1、hashMap

1、hashMap 的构造方法

2、hashMap 的方法

3、测试 hashMap

　　具体测试代码：

 import org.junit.Test;

 import java.util.*;

 public class HashMapTest {
     /**
      * Map是什么?
      * 简单理解成是映射;
      * 判断重复的标准和HashSet一致，通过键的hashCode和equals；
      * 测试hashMap
      */
     @Test
     public void testHashMap() {
         Map<Object, Object> hashMap = new HashMap<>();
         hashMap.put("key1", "test1");  //存值
         hashMap.put("key2", "test2");
         hashMap.put("key2", "test3");

         System.out.println(hashMap);  //{key1=test1, key2=test3} 一个键只能有一个值，后面的值覆盖了前面的值
         System.out.println(hashMap.get("key1")); //取值 test1
         System.out.println(hashMap.containsKey("key")); //判断是否包含这个键 false
         System.out.println(hashMap.containsValue("test"));  //判断是否包含着个值 false

         Map<Object, Object> hashMap1 = new HashMap<>();
         hashMap1.put("key3", "test3");
         hashMap1.put("key4", "test4");
         System.out.println(hashMap1);  //{key3=test3, key4=test4}

         hashMap.putAll(hashMap1); //将hashMap1的所有映射关系复制到hashMap
         System.out.println(hashMap);  //{key1=test1, key2=test3, key3=test3, key4=test4}
         System.out.println(hashMap.size());  // 4

         //遍历方法一：获取所有映射
         Set<Map.Entry<Object, Object>> entrySet = hashMap.entrySet();
         for (Map.Entry<Object, Object> entry : entrySet) {
             System.out.println("entry ==[" + entry);
         }

         //遍历方法二：获取所有键的集合
         Set<Object> keySet = hashMap.keySet();
         for (Object o1 : keySet) {
             //通过键返回值
             System.out.println("key = [" + o1 + "] ---> value = " + "[" + hashMap.get(o1) + "]" );

         }
     }
 }

2、Map小结

　　HashMap 是一个散列表，它存储的内容是键值对(key-value)映射。该类实现了Map 接口，根据键的 HashCode 值存储数据，具有很快的访问速度，最多允许一条记录的键为null，不支持线程同步。

　　Map接口

　　HashMap 判断重复的标准和HashSet一致，通过键的 hashCode 和 equals；

　　TreeMap  判断重复的标准和TreeSet一致，1：通过自然排序（Comparable 接口），2：定制排序（Compartor 比较器）。

五、集合算法 Collections

　　完全由在 collection 上进行操作或返回 collection 的静态方法组成。它包含在 collection 上操作的多态算法，即“包装器”，包装器返回由指定 collection 支持的新 collection，以及少数其他内容。例如：搜索和排序。

1、Collections 的方法

　　上面是 Collections 类的一些常用方法，具体所有方法，可以自己查看API文档。

　　测试 Collections 的一些常用方法：

 import org.junit.Test;

 import java.util.ArrayList;
 import java.util.Collections;
 import java.util.List;

 /**
  * 测试collections
  */
 public class CollectionsTest {
     @Test
     public void testCollections(){
         List list = new ArrayList();

         //addAll 将所有指定元素添加到指定 collection 中。
         Collections.addAll(list, 123, 456, false, null, "2333");
         System.out.println(list); //[123, 456, false, null, 2333]

         List list2 = new ArrayList();
         Collections.addAll(list2, 1, 1, 1, 1, 1, 2222222, 333333, "444444");
         Collections.copy(list2, list);  //复制
         System.out.println(list2);  //[123, 456, false, null, 2333, 2222222, 333333, 444444]

         List list3 = new ArrayList();
         for (int i =0; i<10; i++){
             list3.add(i);
         }
         System.out.println("list3 "+ list3);  //list3 [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
         Collections.shuffle(list3);  //乱序
         System.out.println("list3 " + list3);  //list3 [4, 1, 9, 7, 2, 6, 3, 8, 0, 5]

         System.out.println(Collections.max(list3));  //数组中最大值 9
         Collections.sort(list3); //排序
         System.out.println(list3);  //[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

         Collections.fill(list3, 2);  // fill 使用指定元素替换指定列表中的所有元素。
         System.out.println(list3);  //[2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2]
     }
 }

六、集合框架总结

1、List，Set，还有它们下面的子类都可以看成容器，都实现了超级的接口Collection；(查看API文档)

　　List，Set 和Collection之间的关系是继承关系，因为接口与接口之后，只能是继承的关系。

2、ArrayList，LinkedList，HashSet，TreeSet 四个容器类的特点：

　　ArrayList：实现 List 接口，基于数组，可以重复，有索引，记录添加顺序，即有序，查找比较快。

　　LinkedList：实现 List 接口，基于链表，可以重复，有索引，记录添加顺序，即有序，添加删除比较快，多了一些操作头尾的方法，可以充当堆栈，队列。

　　HashSet：实现 Set 接口，不重复，无序（通过 hashCode 方法和equals 方法，判断重复）。

　　TreeSet：实现 Set 接口，不重复，无序（添加顺序与打印顺序不一样），但是打印顺序按照一定规则排序；排序有自然排序和定制排序。①使用元素的自然排序，（Comparable 接口，使用其中的 compareTo 方法，返回0，表示相等，compareTo  里面的参数只有一个）；②使用比较器 Comparator 接口，其中的方法 compare（Object o1,Object o2）返回0，表示相等。

3、Comparable 和 Comparator 的区别：

　　Comparable 是一个比较的标准，里面有比较的方法，对象要具有比较的标准，就必须实现 Comparable 接口；类实现这个接口，就有比较的方法；把元素放到 TreeSet 里面去，就会自动的调用 CompareTo 方法；但是这个 Comparable  并不是专为 TreeSet 设计的；只是说，TreeSet 顺便利用而已；就像 HashCode 和 equals  也一样，不是专门为 HashSet 设计一样；只是你顺便利用而已。

　　Compartor 是个比较器，也不是专门为TreeSet设计. 就是一个第三方的比较器接口；如果对象没有比较性，自己就可以按照比较器的标准，设计一个比较器，创建一个类，实现这个接口，覆写方法。

4、HashMap，TreeMap的特点：

　　HashMap：实现 Map 接口，是一个散列表，它存储的内容是键值对(key-value)映射。根据键的 HashCode 值存储数据，具有很快的访问速度，最多允许一条记录的键为null，不支持线程同步。判断重复的标准和 HashSet 一致，通过键的 hashCode 和 equals。

　　TreeMap：实现 Map 接口，判断重复的标准和TreeSet一致，1：通过自然排序（Comparable 接口），2：定制排序（Compartor 比较器）。