[ Java学习基础 ] Java的对象容器 -- 集合

　　当你有很多书时，你会考虑买一个书柜，将你的书分门别类摆放进入。使用了书柜不仅仅使房间变得整洁，也便于以后使用书时方便查找。在计算机中管理对象亦是如此，当获得多个对象后，也需要一个容器将它们管理起来，这个容器就是集合。

　　集合本质是基于某种数据结构数据容器。常见的数据结构：数组（Array）、集（Set）、队列（Queue）、链表（Linkedlist）、树（Tree）、堆（Heap）、栈（Stack）和映射（Map）等结构。本文将为大家介绍Java中的集合。

一、集合概述

　　Java中提供了丰富的集合接口和类，它们来自于java.util包。如下图所示是Java主要的集合接口和类，从图中可见Java集合类型分为：Collection和Map，Collection子接口有：Set、Queue和List等接口。每一种集合接口描述了一种数据结构。

本文重点介绍List、Set和Map接口，因此下图中只列出了这三个接口的具体实现类，事实上Queue也有具体实现类，由于很少使用，这里不再赘述，读者感兴趣可以自己查询API文档。

Tips：在Java SE中List名称的类型有两个，一个是java.util.List，另外一个是java.awt.List。java.util.List是一个接口，这本章介绍的List集合。而java.awt.List是一个类，用于图形用户界面开发，它是一个图形界面中的组件。

Tips：学习Java中的集合，首先从两大接口入手，重点掌握List、Set和Map三个接口，熟悉这些接口中提供的方法。然后再熟悉这些接口的实现类，并了解不同实现类之间的区别。

二、List集合

　　List集合中的元素是有序的，可以重复出现。如下图是一个班级集合数组，这个集合中有一些学生，这些学生是有序的，顺序是他们被放到集合中的顺序，可以通过序号访问他们。这就像老师给进入班级的人分配学号，第一个报到的是“张三”，老师给他分配的是0，第二个报到的是“李四”，老师给他分配的是1，以此类推，最后一个序号应该是“学生人数-1”。

Tips：List集合关心的元素是否有序，而不关心是否重复，请大家记住这个原则。例如，上图所示的班级集合中就有两个“张三”。

　　List接口的实现类有：ArrayList 和 LinkedList。它们二者的区别比较如下：

　　　　● ArrayList是基于动态数组数据结构的实现；

　　　　● LinkedList是基于链表数据结构的实现；

　　　　● ArrayList访问元素速度优于LinkedList；

　　　　● LinkedList占用的内存空间比较大；

　　　　● LinkedList在批量插入或删除数据时优于ArrayList。

　　不同的结构对应于不同的算法，有的考虑节省占用空间，有的考虑提高运行效率，对于程序员而言，它们就像是“熊掌”和“鱼肉”，不可兼得！提高运行速度往往是以牺牲空间为代价的，而节省占用空间往往是以牺牲运行速度为代价的。

2.1 常用方法

　　List接口继承自Collection接口，List接口中的很多方法都继承自Collection接口的。List接口中常用方法如下。

　　1.操作元素

　　　　● get(int index)：返回List集合中指定位置的元素。

　　　　● set(int index, Object element)：用指定元素替换List集合中指定位置的元素。

　　　　● add(Object element)：在List集合的尾部添加指定的元素。该方法是从Collection集合继承过来的。

　　　　● add(int index, Object element)：在List集合的指定位置插入指定元素。

　　　　● remove(int index)：移除List集合中指定位置的元素。

　　　　● remove(Object element)：如果List集合中存在指定元素，则从List集合中移除第一次出现的指定元素。该方法是从Collection集合继承过来的。

　　　　● clear()：从List集合中移除所有元素。该方法是从Collection集合继承过来的。

　　2.判断元素

　　　　● isEmpty()：判断List集合中是否有元素，没有返回true，有返回false。该方法是从Collection集合继承过来的。

　　　　● contains(Object element)：判断List集合中是否包含指定元素，包含返回true，不包含返回false。该方法是从Collection集合继承过来的。

　　3.查询元素

　　　　● indexOf(Object o)：从前往后查找List集合元素，返回第一次出现指定元素的索引，如果此列表不包含该元素，则返回-1。

　　　　● lastIndexOf(Object o)：从后往前查找List集合元素，返回第一次出现指定元素的索引，如果此列表不包含该元素，则返回-1。

　　4.其它

　　　　● iterator()：返回迭代器（Iterator）对象，迭代器对象用于遍历集合。该方法是从Collection集合继承过来的。

　　　　● size()：返回List集合中的元素数，返回值是int类型。该方法是从Collection集合继承过来的。

　　　　● subList(int fromIndex, int toIndex)：返回List集合中指定的 fromIndex（包括）和 toIndex（不包括）之间的元素集合，返回值为List集合。

示例代码如下：

 //HelloWorld.java文件

 package com.Kevin;

 import java.util.ArrayList;

 import java.util.List;

 public class HelloWorld {

     public static void main(String[] args) {

         List list = new ArrayList();                    

         String b = "B";

         //向集合中添加元素

         list.add("A");

         list.add(b);

         list.add("C");

         list.add(b);

         list.add("D");

         list.add("E");

         //打印集合元素个数

         System.out.println("集合size = " + list.size());

         //打印集合

         System.out.println(list);

         //从前往后查找集合中的"B"元素

         System.out.println("indexOf(\"B\") = " + list.indexOf(b));

         //从后往前查找集合中的"B"元素

         System.out.println("lastIndexOf(\"B\") = " + list.lastIndexOf(b));

         //删除集合中第一个"B"元素

         list.remove(b);

         System.out.println("remove(3)前： " + list);

         //判断集合中是否包含"B"元素

         System.out.println("是否包含\"B\"：" + list.contains(b));

         //删除集合第4个元素

         list.remove(3);

         System.out.println("remove(3)后： " + list);

         //判断集合是否为空

         System.out.println("list集合是空的：" + list.isEmpty());

         System.out.println("替换前：" + list);

         //替换集合第2个元素

         list.set(1, "F");

         System.out.println("替换后：" + list);

         //清空集合

         list.clear();

         System.out.println(list);

         // 重新添加元素

         list.add(1);//发生自动装箱

         list.add(3);

         int item = (Integer)list.get(0);//发生自动拆箱

     }

 }

运行结果如下：

集合size = 6

[A, B, C, B, D, E]

indexOf("B") = 1

lastIndexOf("B") = 3

remove(3)前： [A, C, B, D, E]

是否包含"B"：true

remove(3)后： [A, C, B, E]

list集合是空的：false

替换前：[A, C, B, E]

替换后：[A, F, B, E]

[]

代码第11行声明List类型集合变量list，使用ArrayList类实例化list，List是接口不能实例化。添加集合元素过程中可以添加重复的元素，见代码第17行和第19行。代码第51行list.clear()是清空集合，但需要注意的是变量list所引用的对象还是存在的，不是null，只是集合中没有了元素。

TIps：在Java中任何集合中存放的都是对象，即引用数据类型，基本数据类型不能放到集合中。但上述代码第56行却将整数1放到集合中，这是因为这个过程中发生了自动装箱，整数1被封装成Integer对象1，然后再放入到集合中。相反从集合中取出的也是对象，代码第59行从集合中取出的是Integer对象，之所以能够赋值给int类型，是因为这个过程发生了自动拆箱。

2.2 遍历集合

　　集合最常用的操作之一是遍历，遍历就是将集合中的每一个元素取出来，进行操作或计算。List集合遍历有三种方法：

使用for循环遍历：List集合可以使用for循环进行遍历，for循环中有循环变量，通过循环变量可以访问List集合中的元素。
使用for-each循环遍历：for-each循环是针对遍历各种类型集合而推出的，笔者推荐使用这种遍历方法。
使用迭代器遍历：Java提供了多种迭代器，List集合可以使用Iterator和ListIterator迭代器。

示例代码如下：

 //HelloWorld.java文件

 package com.Kevin;

 import java.util.ArrayList;

 import java.util.Iterator;

 import java.util.List;

 public class HelloWorld {

     public static void main(String[] args) {

         List list = new ArrayList();

         String b = "B";

         // 向集合中添加元素

         list.add("A");

         list.add(b);

         list.add("C");

         list.add(b);

         list.add("D");

         list.add("E");

         // 1.使用for循环遍历

         System.out.println("--1.使用for循环遍历--");

         for (int i = 0; i < list.size(); i++) {

             System.out.printf("读取集合元素(%d): %s \n", i, list.get(i));

         }

         // 2.使用for-each循环遍历

         System.out.println("--2.使用for-each循环遍历--");

         for (Object item : list) {

             String s = (String) item;

             System.out.println("读取集合元素: " + s);

         }

         // 3.使用迭代器遍历

         System.out.println("--3.使用迭代器遍历--");

         Iterator it = list.iterator();

         while (it.hasNext()) {

             Object item = it.next();

             String s = (String) item;

             System.out.println("读取集合元素: " + s);

         }

     }

 }

上述代码采用三种方法遍历List集合，采用for循环遍历需要通过List集合的get方法获得元素，代码第26行的list.get(i)。代码第31行采用for-each循环遍历list集合，从集合中取出的元素都是Object类型，代码第32行是强制转换为String类型。使用迭代器遍历，首先需要获得迭代器对象，代码第38行list.iterator()方法可以返回迭代器对象。代码第39行调用迭代器hasNext()方法可以判断集合中是否还有元素可以迭代，有返回true，没有返回false。代码第40行调用迭代器的next()返回迭代的下一个元素，该方法返回的Object类型需要强制转换为String类型，见代码第41行。

三、Set集合

Set集合是由一串无序的，不能重复的相同类型元素构成的集合。下图是一个班级的Set集合。这个Set集合中有一些学生，这些学生是无序的，不能通过类似于List集合的序号访问，而且不能有重复的同学。

Tips：List集合中的元素是有序的、可重复的，而Set集合中的元素是无序的、不能重复的。List集合强调的是有序，Set集合强调的是不重复。当不考虑顺序，且没有重复元素时，Set集合和List集合可以互相替换的。

　　Set接口直接实现类主要是HashSet，HashSet是基散列表数据结构的实现。

3.1 常用方法

　　Set接口也继承自Collection接口，Set接口中大部分都是继承自Collection接口，这些方法如下。

　1.操作元素

　　　● add(Object element)：在Set集合的尾部添加指定的元素。该方法是从Collection集合继承过来的。

　　　● remove(Object element)：如果Set集合中存在指定元素，该方法是从Collection集合继承过来的。

　　　● clear()：从Set集合中移除所有元素。该方法是从Collection集合继承过来的。

　2.判断元素

　　　● isEmpty()：判断Set集合中是否有元素，没有返回true，有返回false。该方法是从Collection集合继承过来的

　　　● contains(Object element)：判断Set集合中是否包含指定元素，包含返回true，不包含返回false。该方法是从Collection集合继承过来的。

　3.其他

　　　● iterator()：返回迭代器（Iterator）对象，迭代器对象用于遍历集合。该方法是从Collection集合继承过来的。

　　　● size()：返回Set集合中的元素数，返回值是int类型。该方法是从Collection集合继承过来的。

示例代码如下：

 //HelloWorld.java文件

 package com.Kevin;

 import java.util.HashSet;

 import java.util.Set;

 public class HelloWorld {

     public static void main(String[] args) {

         Set set = new HashSet();                             

         String b = "B";

         // 向集合中添加元素

         set.add("A");

         set.add(b);

         set.add("C");

         set.add(b);

         set.add("D");

         set.add("E");

         // 打印集合元素个数

         System.out.println("集合size = " + set.size());

         // 打印集合

         System.out.println(set);

         // 删除集合中第一个"B"元素

         set.remove(b);

         // 判断集合中是否包含"B"元素

         System.out.println("是否包含\"B\"：" + set.contains(b));

         // 判断集合是否为空

         System.out.println("set集合是空的：" + set.isEmpty());

         // 清空集合

         set.clear();

         System.out.println(set);

     }

 }

运行结果：

集合size = 5

[A, B, C, D, E]

是否包含"B"：false

set集合是空的：false

[]

　　代码第11行声明Set类型集合变量set，使用HashSet类实例化set，Set是接口不能实例化。添加集合元素时试图添加重复的元素，见代码第17行和第19行，但是Set集合不能添加重复元素，所有代码第24行打印集合元素个数是5。

3.2 遍历集合

　　Set集合中的元素由于没有序号，所以不能使用for循环进行遍历，但可以使用for-each循环和迭代器进行遍历。事实上这两种遍历方法也是继承自Collection集合，也就是说所有的Collection集合类型都有这两种遍历方式。

示例代码如下：

 //HelloWorld.java文件

 package com.Kevin;

 import java.util.HashSet;

 import java.util.Iterator;

 import java.util.Set;

 public class HelloWorld {

     public static void main(String[] args) {

         Set set = new HashSet();

         String b = "B";

         // 向集合中添加元素

         set.add("A");

         set.add(b);

         set.add("C");

         set.add(b);

         set.add("D");

         set.add("E");

         // 1.使用for-each循环遍历

         System.out.println("--1.使用for-each循环遍历--");

         for (Object item : set) {

             String s = (String) item;

             System.out.println("读取集合元素: " + s);

         }

         // 2.使用迭代器遍历

         System.out.println("--2.使用迭代器遍历--");

         Iterator it = set.iterator();

         while (it.hasNext()) {

             Object item = it.next();

             String s = (String) item;

             System.out.println("读取集合元素: " + s);

         }

     }

 }

上述代码采用两种方法遍历Set集合，具体实现与List集合完全一样，这里不再赘述。

四、Map集合

　　Map（映射）集合表示一种非常复杂的集合，允许按照某个键来访问元素。Map集合是由两个集合构成的，一个是键（key）集合，一个是值（value）集合。键集合是Set类型，因此不能有重复的元素。而值集合是Collection类型，可以有重复的元素。Map集合中的键和值是成对出现的。

　　下图所示是Map类型的“国家代号”集合。键是国家代号集合，不能重复。值是国家集合，可以重复。

提示　Map集合更适合通过键快速访问值，就像查英文字典一样，键就是要查的英文单词，而值是英文单词的翻译和解释等。有的时候，一个英文单词会对应多个翻译和解释，这是与Map集合特性对应的。

　　Map接口直接实现类主要是HashMap，HashMap是基散列表数据结构的实现。

4.1 常用方法

Map集合中包含两个集合（键和值），所以操作起来比较麻烦，Map接口提供很多方法用来管理和操作集合。主要的方法如下。

　1.操作元素

　　　● get(Object key)：返回指定键所对应的值；如果Map集合中不包含该键值对，则返回null。

　　　● put(Object key, Object value)：指定键值对添加到集合中。

　　　● remove(Object key)：移除键值对。

　　　● clear()：移除Map集合中所有键值对。

　2.判断元素

　　　● isEmpty()：判断Map集合中是否有键值对，没有返回true，有返回false。

　　　● containsKey(Object key)：判断键集合中是否包含指定元素，包含返回true，不包含返回false。

　　　● containsValue(Object value)：判断值集合中是否包含指定元素，包含返回true，不包含返回false。

　3.查看集合

　　　● keySet()：返回Map中的所有键集合，返回值是Set类型。

　　　● values()：返回Map中的所有值集合，返回值是Collection类型。

　　　● size()：返回Map集合中键值对数。

示例代码如下：

 //HelloWorld.java文件

 package com.Kevin;

 import java.util.HashMap;

 import java.util.Map;

 public class HelloWorld {

     public static void main(String[] args) {

         Map map = new HashMap();                

         map.put(102, "张三");

         map.put(105, "李四");

         map.put(109, "王五");

         map.put(110, "董六");

         //"李四"值重复

         map.put(111, "李四");

         //109键已经存在，替换原来值"王五"

         map.put(109, "刘备");                    

         // 打印集合元素个数

         System.out.println("集合size = " + map.size());

         // 打印集合

         System.out.println(map);

         // 通过键取值

         System.out.println("109 - " + map.get(109));

         System.out.println("108 - " + map.get(108));    

         // 删除键值对

         map.remove(109);

         // 判断键集合中是否包含109

        System.out.println("键集合中是否包含109：" + map.containsKey(109));

         // 判断值集合中是否包含 "李四"

         System.out.println("值集合中是否包含：" + map.containsValue("李四"));

         // 判断集合是否为空

         System.out.println("集合是空的：" + map.isEmpty());

         // 清空集合

         map.clear();

         System.out.println(map);

     }

 }

运行结果如下：

集合size = 5

{102=张三, 105=李四, 109=王五, 110=董六, 111=刘备}

109 - 王五

108 - null

是否包含"B"：false

值集合中是否包含：true

集合是空的：false

{}

代码第11行声明Map类型集合变量map，使用HashMap类实例化map，Map是接口不能实例化。Map集合添加键值对时候需要注意两个问题：第一，如果键已经存在，则会替换原有值，见代码第20行是109键原来对应的是"王五"，该语句会替换为"刘备"；第二，如果这个值已经存在，则不会替换，见代码第14行和第18行，添加了两个相同的值"李四"。

代码第29行和第30行是通过键取对应的值，如果不存在键值对，则返回null，代码第30行的108键对应的值不存在，所以这里打印的是null。

4.2 遍历集合

　　Map集合遍历与List和Set集合不同，Map有两个集合，因此遍历时可以只遍历值的集合，也可以只遍历键的集合，也可以同时遍历。这些遍历过程都可以使用for-each循环和迭代器进行遍历。

示例代码如下：

 //HelloWorld.java文件

 package com.Kevin;

 import java.util.Collection;

 import java.util.HashMap;

 import java.util.Iterator;

 import java.util.Map;

 import java.util.Set;

 public class HelloWorld {

     public static void main(String[] args) {

         Map map = new HashMap();

         map.put(102, "张三");

         map.put(105, "李四");

         map.put(109, "王五");

         map.put(110, "董六");

         map.put(111, "李四");

         // 1.使用for-each循环遍历

         System.out.println("--1.使用for-each循环遍历--");

         // 获得键集合

         Set keys = map.keySet();

         for (Object key : keys) {

             int ikey = (Integer) key; // 自动拆箱

             String value = (String) map.get(ikey); // 自动装箱

             System.out.printf("key=%d - value=%s \n", ikey, value);

         }

         // 2.使用迭代器遍历

         System.out.println("--2.使用迭代器遍历--");

         // 获得值集合

         Collection values = map.values();

         // 遍历值集合

         Iterator it = values.iterator();

         while (it.hasNext()) {

             Object item = it.next();

             String s = (String) item;

             System.out.println("值集合元素: " + s);

         }

     }

 }

上述代码第25行是获得键集合，返回值Set类型。在遍历键时，从集合里取出的元素类型都是Object，代码第27行是将key强制类型转换为Integer，然后又赋值给int整数，这个过程发生了自动拆箱。代码第28行是通过键获得对应的值。

代码第35行是获得值集合，它是Collection类型。遍历Collection集合与遍历Set集合一样，这里不再赘述。

小结

本篇介绍了Java中的集合，其中包括常用接口Collection、Set、List和Map，重点掌握Set、List和Map三个接口，熟悉具体实现类。熟练几种集合的遍历操作。