java集合(List,Set,Map)详细总结

一，集合的由来:

　　数组是长度是固定的，当添加的元素超过数组的长度时需要对数组重新定义，太麻烦了，java内部给我们提供了集合类，能存储任意对象，长度是可以改变的，随着元素的增加而增加，随着元素的减少而减少。

1.1.1，数组与集合的区别:　　　　　　　　　　

　　数组既可以存储引用数组类型，又可以存储引用数据类型，基本数据类型存储的是值，引用数据类型存储的是地值。　　      　　集合只能存储引用数据类型(对象)，集合中也可以存储基本数据类型，但是在存储的时候会自动装箱变成对象。

1.2.1，集合的结构:

　　Collection
　　　　├List
　　　　│├LinkedList
　　　　│├ArrayList
　　　　│└Vector
　　　　│　└Stack
　　　　├Set
　　　　│├SortedSet
　　　　│├TreeSet
　　　　│└HashSet
　　　　├Map
　　　　│├Hashtable
　　　　│├HashMap
　　　　│└WeakHashMap

　　

Collection接口介绍:

　　Collection是最基本的集合接口，一个Collection代表一组Object，即Collection的元素（Elements）。一些Collection允许相同的元素而另一些不行。一些能排序而另一些不行。Java  SDK不提供直接继承自Collection的类，Java  SDK提供的类都是继承自Collection的“子接口”如List和Set。
所有实现Collection接口的类都必须提供两个标准的构造函数：无参数的构造函数用于创建一个空的Collection，有一个Collection参数的构造函数用于创建一个新的Collection，这个新的Collection与传入的Collection有相同的元素。后一个构造函数允许用户复制一个Collection。
如何遍历Collection中的每一个元素？不论Collection的实际类型如何，它都支持一个iterator()的方法，该方法返回一个迭代子，使用该迭代子即可逐一访问Collection中每一个元素。典型的用法如下：

Iterator  it  =  collection.iterator();  //  获得一个迭代子
 while(it.hasNext())  {
      Object  obj  =  it.next();  //  得到下一个元素
 }

迭代器原理:

迭代器是对集合进行遍历,而每一个集合内部的存储结构都是不同的,所以每一个集合存和取都是不一样,那么就需要在每一个类中定义hasNext()和next()方法,这样做是可以的,但是会让整个集合体系过于臃肿,迭代器是将这样的方法向上抽取出接口,然后在每个类的内部,定义自己迭代方式,这样做的好处有二,第一规定了整个集合体系的遍历方式都是hasNext()和next()方法,第二,代码有底层内部实现,使用者不用管怎么实现的,会用即可

1.2.2，List介绍：　

　　List是有序的Collection，使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置。用户能够使用索引（元素在List中的位置，类似于数组下标）来访问List中的元素，这类似于Java的数组。  
和下面要提到的Set不同，List允许有相同的元素。
除了具有Collection接口必备的iterator()方法外，List还提供一个listIterator()方法，返回一个ListIterator接口，和标准的Iterator接口相比，ListIterator多了一些add()之类的方法，允许添加，删除，设定元素，还能向前或向后遍历。
实现List接口的常用类有LinkedList，ArrayList，Vector和Stack。

         //List数据遍历,以及基本操作
         List list =new ArrayList();
         list.add("a");
         list.add("b");
         list.add("c");
         list.add("d");
         list.set(2, "a");    //根据索引,往2索引Set一个值
         System.out.println(list.get(2));    //根据索引获取结果
         Object remove = list.remove(100); //删除索引,将删除的元素返回
         for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
             System.out.println(list.get(i)); //获取索引中的值
         }
     }

1.2.3，LinkedList介绍：  

　　LinkedList实现了List接口，允许null元素。此外LinkedList提供额外的get，remove，insert方法在LinkedList的首部或尾部。这些操作使LinkedList可           被用作堆栈（stack），队列（queue）或双向队列（deque）。    　　　　　　　

　　注意LinkedList没有同步方法。如果多个线程同时访问一个List，则必须自己实现访问同步。一种解决方法是在创建List时构造一个同步的List：
　　List  list  =  Collections.synchronizedList(new  LinkedList(...));

 //LinkedList的基本使用
 public static void main(String[] args) {
         LinkedList list = new LinkedList();
         list.addFirst("a");
         list.addFirst("b");
         list.addFirst("c");        //添加数据先进先出的模式
         list.addFirst("d");
         list.addLast("e");        //往尾部添加数据
 //        System.out.println(list);    //查看全部数据
         System.out.println(list.getFirst());    //查看头部数据
         System.out.println(list.getLast());        //查看尾部数据
         System.out.println(list.removeFirst());    //删除头部添加的数据
         System.out.println(list.removeLast());    //删除尾部添加的数据
         System.out.println(list.get(1));
         System.out.println(list);

1.2.4，ArrayList介绍:

　　ArrayList实现了可变大小的数组。
它允许所有元素，包括null。ArrayList没有同步。  
size，isEmpty，get，set方法运行时间为常数。但是add方法开销为分摊的常数，添加n个元素需要O(n)的时间。其他的方法运行时间为线性。　　　　
每个ArrayList实例都有一个容量（Capacity），即用于存储元素的数组的大小。这个容量可随着不断添加新元素而自动增加，但是增长算法并没有定义。      当需要插入大量元素时，在插入前可以调用ensureCapacity方法来增加ArrayList的容量以提高插入效率。
和LinkedList一样，ArrayList也是非同步的（unsynchronized）。

 public static void main(String[] args) {
             ArrayList list=new ArrayList();
             list.add(new Student("jy",17));    //数据添加
             list.add(new Student("jy",17));
             list.add(new Student("jj",171));
             list.add(new Student("jj",171));
             //list.add(5, new Student("jj",171));// 在集合的某一个位置添加对象
             // list.addAll(2, list2);    // 在集合的某一个位置添加一个集合
             // list.remove(2);    //根据索引删除
             //list.set(2, new Student("jj",171));    //修改
             //Object[] array = list.toArray();    //转数组
             //使用迭代器
             Iterator it=list.iterator();
             it=list.iterator();
             //遍历集合
             while (it.hasNext()) {
                 Student type = (Student) it.next();
                 System.out.println("name:"+ type.getName() + "---> Age:" + type.getAge());
         }
     }    

1.2.5，Vector介绍:

　　Vector 是矢量队列，它是JDK1.0版本添加的类。继承于AbstractList，实现了List, RandomAccess, Cloneable这些接口。
Vector 继承了AbstractList，实现了List；所以，它是一个队列，支持相关的添加、删除、修改、遍历等功能。
Vector 实现了RandmoAccess接口，即提供了随机访问功能。RandmoAccess是java中用来被List实现，为List提供快速访问功能的。在Vector中，我们即可以通过元素的序号快速获取元素对象；这就是快速随机访问。
Vector 实现了Cloneable接口，即实现clone()函数。它能被克隆。
和ArrayList不同，Vector中的操作是线程安全的。(Vector功能都不及ArrayList与LinkedList好用，了解就好)

     public static void main(String[] args) {
         Vector v = new Vector();
         v.addElement("1");
         v.addElement("11");
         v.addElement("111");
         v.addElement("1111");
         v.addElement("11111");
         Enumeration en =v.elements();            //获取枚举，遍历
         while(en.hasMoreElements()){            //判断集合中是否有元素
             System.out.println(en.nextElement());    //获取集合中的元素
         }
     }

1.3.1，总结:

ArrayList:

　　底层数据结构是数组，查询快，增删慢。

　　线程不安全，效率高。

Vector:

　　底层数据结构是数组，查询快，增删慢。

　　线程安全，效率低。

　　Vector相对ArrayList查询慢(线程安全的)

　　Vector相对LinkedList增删慢(数组结构)

LinkedList:

　　底层数据结构是链表，查询慢，增删快。

　　线程不安全，效率高。

Vector和ArrayList的区别:

　　Vector是线程安全的,效率低

　　ArrayList是线程不安全的,效率高

　　共同点:都是数组实现的

ArrayList和LinkedList的区别:

　　ArrayList底层是数组结果,查询和修改快

　　LinkedList底层是链表结构的,增和删比较快,查询和修改比较慢

List有三个儿子，我们到底使用谁呢?

　　查询多用ArrayList

　　增删多用LinkedList

　　如果都多ArrayList

---

二，Set介绍:

　　父接口 Collection

　　2.特点 唯一 无序（插入顺序跟遍历顺序不一致，没下标）

　　　　唯一：Set集合中不允许出现重复的元素，如果向Set集合中存储重复的元素是无效的，但不会报错

　　　　无序：Set集合不会维护集合中元素的插入顺序，即不存在下标或索引

　　3.Set接口中的功能方法 （Set接口中没有自有方法，全部继承自Collection接口）

　　4.凡是带有下标的方法都不支持

1.4.1，HashSet介绍:

　　我们使用Set集合都是需要去掉重复元素的, 如果在存储的时候逐个equals()比较, 效率较低,哈希算法提高了去重复的效率, 降低了使用equals()方法的次数

当HashSet调用add()方法存储对象的时候, 先调用对象的hashCode()方法得到一个哈希值, 然后在集合中查找是否有哈希值相同的对象

如果没有哈希值相同的对象就直接存入集合

如果有哈希值相同的对象, 就和哈希值相同的对象逐个进行equals()比较,比较结果为false就存入, true则不存

     HashSet<String> hs = new HashSet<String>();    //创建HashSet对象
         boolean b1 = hs.add("a");
         boolean b2 = hs.add("a");                    //当向set集合中存储重复元素的时候返回为false
         hs.add("a");
         hs.add("b");
         hs.add("c");
         hs.add("d");                                //HashSet的继承体系中有重写toString的方法
         System.out.println(hs);
         System.out.println(b1);
         System.out.println(b2);
         for (String string : hs) {            //只要用迭代器的,就可以使用增强for循环遍历
             System.out.println(string);
         }
     }

1.4.2，LinkedHashSet介绍:

　　底层是链表实现的,时Set集合唯一一个能保证怎么存就怎么取的集合对象

因为HashSet的子类,所以也是保证元素的唯一的,与HashSet的原理一样

 public static void main(String[] args) {
         LinkedHashSet<String> lhs = new LinkedHashSet<String>();
         lhs.add("a");
         lhs.add("aa");
         lhs.add("aaa");
         lhs.add("aaa");
         lhs.add("a");
         System.out.println(lhs);
     }

1.4.3，TreeSet介绍:

　　TreeSet存储Integer类型的元素并遍历

　　当compareTo方法返回()的时候集合中只有一个元素

　　当compareTo方法返回正数的时候集合回怎么存就怎么取

　　当compareTo方法返回符数的时候集合回倒序存储

 public static void main(String[] args) {
         //按照字符串长度进行排序
         TreeSet<String> ts = new TreeSet<String>(new ComareByLen());
         ts.add("aaa");                    //Comparator c = new Comparator();
         ts.add("aa");
         ts.add("aaaa");
         ts.add("aaaaa");
         System.out.println(ts);
     }
 class ComareByLen implements Comparator<String>{

         @Override
         public int compare(String o1, String o2) {
             int num = o1.length() - o2.length();    //定义一个比较器
             return num == 0 ? o1.compareTo(o2):num;
         }

     }

1.4.4，总结：

Set：存取无序，无所索引，不可以重复

HashSet：底层是哈希算法实现

LinkedHashset：底层是链表实现的，但是也是可以保证元素唯一，和Hashset原理一样

TreeSet：底层是二叉树算法实现

　　一般在开发中的时候不需要对存储元素进行排序，所以开发的时候大多HashSet，HaShSet的效率比较高

　　TreeSet在面试的时候问的比较多，问你集中排序方式，和集中排序方式的区别

并发修改异常:

　　1.在遍历一个集合时，如果需要删除一个数据，那么会容易出现并发修改异常

　　2.谁遍历，就让谁删除(例如在遍历Set的时候不允许删除Set（迭代器是单独一个线程，涉及到数据同步的问题），可以通过迭代器的remove方法来解决)

　　3.就必须使用原始的迭代器代码

三，Map介绍:

1.5.1，Map的子类介绍:

　　|--Hashtable底层是哈希表数据结构，是线程同步的。不可以存储null键，null值。

　　|--HashMap：底层是哈希表数据结构，是线程不同步的。可以存储null键，null值。替代了Hashtable.

　　|--TreeMap：底层是二叉树结构，可以对map集合中的键进行指定顺序的排序。

1.5.2，Map与Collection的区别：

Map集合存储和Collection有着很大不同，

　　Collection一次存一个元素；Map一次存一对元素。

　　Collection是单列集合；Map是双列集合。

　　Map中的存储的一对元素：一个是键，一个是值，键与值之间有对应(映射)关系。

　　特点：要保证map集合中键的唯一性。

1.5.3，Map的方法大全:

1，添加。

put(key,value)：当存储的键相同时，新的值会替换老的值，并将老值返回。如果键没有重复，返回null。

void putAll(Map);

2，删除。

void clear()：清空

value remove(key) ：删除指定键。

3，判断。

boolean isEmpty()：

boolean containsKey(key)：是否包含key

boolean containsValue(value) ：是否包含value

4，取出。

int size()：返回长度

value get(key) ：通过指定键获取对应的值。如果返回null，可以判断该键不存在。当然有特殊情况，就是在hashmap集合中，是可以存储null键null值的。

Collection values()：获取map集合中的所有的值。

5，想要获取map中的所有元素：

原理：map中是没有迭代器的，collection具备迭代器，只要将map集合转成Set集合，可以使用迭代器了。之所以转成set，是因为map集合具备着键的唯一性，其实set集合就来自于map，set集合底层其实用的就是map的方法。

★ 把map集合转成set的方法：

Set keySet();

Set entrySet();//取的是键和值的映射关系。

Entry就是Map接口中的内部接口；

为什么要定义在map内部呢？entry是访问键值关系的入口，是map的入口，访问的是map中的键值对。

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1.5.4，遍历Map的几种方式:

取出map集合中所有元素的方式一：keySet()方法。

　　可以将map集合中的键都取出存放到set集合中。对set集合进行迭代。迭代完成，再通过get方法对获取到的键进行值的获取。

Set keySet = map.keySet();

Iterator it = keySet.iterator();

while(it.hasNext()) {

Object key = it.next();

Object value = map.get(key);

System.out.println(key+":"+value);

}

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取出map集合中所有元素的方式二：entrySet()方法。

Set entrySet = map.entrySet();

Iterator it = entrySet.iterator();

while(it.hasNext()) {

Map.Entry  me = (Map.Entry)it.next();

System.out.println(me.getKey()+"::::"+me.getValue());

}

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1.5.5，使用集合的技巧：

　　看到Array就是数组结构，有角标，查询速度很快。

　　看到link就是链表结构：增删速度快，而且有特有方法。addFirst； addLast； removeFirst()； removeLast()； getFirst()；getLast()；

　　看到hash就是哈希表，就要想要哈希值，就要想到唯一性，就要想到存入到该结构的中的元素必须覆盖hashCode，equals方法。

　　看到tree就是二叉树，就要想到排序，就想要用到比较。

比较的两种方式：

一个是Comparable：覆盖compareTo方法；

一个是Comparator：覆盖compare方法。

　　LinkedHashSet，LinkedHashMap:这两个集合可以保证哈希表有存入顺序和取出顺序一致，保证哈希表有序。

1.5.6，集合什么时候用？

　　当存储的是一个元素时，就用Collection。当存储对象之间存在着映射关系时，就使用Map集合。

　　保证唯一，就用Set。不保证唯一，就用List。

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Collections：它的出现给集合操作提供了更多的功能。这个类不需要创建对象，内部提供的都是静态方法。

静态方法：

Collections.sort(list);//list集合进行元素的自然顺序排序。

Collections.sort(list,new ComparatorByLen());//按指定的比较器方法排序。

class ComparatorByLen implements Comparator<String>{

public int compare(String s1,String s2){

int temp = s1.length()-s2.length();

return temp==0?s1.compareTo(s2):temp;

}

}

Collections.max(list); //返回list中字典顺序最大的元素。

int index = Collections.binarySearch(list,"zz");//二分查找，返回角标。

Collections.reverseOrder();//逆向反转排序。

Collections.shuffle(list);//随机对list中的元素进行位置的置换。

将非同步集合转成同步集合的方法：Collections中的  XXX synchronizedXXX(XXX);

　　List synchronizedList(list);

　　Map synchronizedMap(map);

原理：定义一个类，将集合所有的方法加同一把锁后返回。

1.5.7，Collection 和 Collections的区别：

　　Collections是个java.util下的类，是针对集合类的一个工具类,提供一系列静态方法,实现对集合的查找、排序、替换、线程安全化（将非同步的集合转换成同步的）等操作。

　　Collection是个java.util下的接口，它是各种集合结构的父接口，继承于它的接口主要有Set和List,提供了关于集合的一些操作,如插入、删除、判断一个元素是否其成员、遍历等。

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Arrays：

　　用于操作数组对象的工具类，里面都是静态方法。

asList方法：将数组转换成list集合。

　　String[] arr = {"abc","kk","qq"};

　　List<String> list = Arrays.asList(arr);//将arr数组转成list集合。

将数组转换成集合，有什么好处呢？用aslist方法，将数组变成集合；

　　可以通过list集合中的方法来操作数组中的元素：isEmpty()、contains、indexOf、set；

注意（局限性）：数组是固定长度，不可以使用集合对象增加或者删除等，会改变数组长度的功能方法。比如add、remove、clear。（会报不支持操作异常UnsupportedOperationException）；

　　如果数组中存储的引用数据类型，直接作为集合的元素可以直接用集合方法操作。

如果数组中存储的是基本数据类型，asList会将数组实体作为集合元素存在。

集合变数组：用的是Collection接口中的方法：toArray();

　　如果给toArray传递的指定类型的数据长度小于了集合的size，那么toArray方法，会自定再创建一个该类型的数据，长度为集合的size。

如果传递的指定的类型的数组的长度大于了集合的size，那么toArray方法，就不会创建新数组，直接使用该数组即可，并将集合中的元素存储到数组中，其他为存储元素的位置默认值null。

所以，在传递指定类型数组时，最好的方式就是指定的长度和size相等的数组。

将集合变成数组后有什么好处？

　　限定了对集合中的元素进行增删操作，只要获取这些元素即可。