Java笔记：Java集合概述和Set集合

本文主要是Java集合的概述和Set集合

1.Java集合概述

1)数组可以保存多个对象，但数组长度不可变，一旦在初始化数组时指定了数组长度，这个数组长度就是不可变的，如果需要保存数量变化的数据，数组就有点无能为力了；而且数组无法保存
具有映射关系的数据。为了保存数量不确定的数据，以及保存具有映射关系的数据，Java提供了集合类。集合类主要负责保存、盛装其他数据，因此集合类也被称为容器类。
2)Java集合类可用于存储数量不等的多个对象，并可以实现常用的数据结构，如栈、队列等。还可以用于保存具有映射关系的关联数组。Java集合大致可以分为Set、List、Map三种体系，
其中Set代表无序、不可重复的集合；List代表有序、重复的集合；Map则代表具有映射关系的集合。Queue体系集合代表一种队列集合实现。
3)集合类和数组不一样，数组元素既可以是基本类型的值，也可以是对象（实际上保存的是对象的引用变量）；而集合类里只能保存对象（实际上保存的是对象的引用变量）。
4)Java集合类主要由两个接口派生出：Collection和Map。Set和List接口是Collection接口派生的两个子接口，他们分别代表了无序集合和有序集合；Queue是Java提供的队列实现。
Map实现类用于保存具有映射关系的数据。Map保存的每项数据都是key-value对，也就是由key和value两个值组成。Map里的key是不可重复的，key用于标识集合里的每项数据，如果需要查阅
Map中的数据时，总是根据Map的key来获取。
5)Collection接口是List、Set和Queue接口的父接口，该接口里定义的方法既可以用于操作Set集合、也可以用于操作List集合和Queue集合。
boolean add(Object o)：该方法用于向集合里添加一个元素。
boolean addAll(Collection c)：该方法把集合c里的所有元素添加到指定集合里。
void clear()：清除集合里的所有元素，将集合长度变为0。
boolean contains(Object o)：返回集合里是否包含指定元素。
boolean containsAll(Collection c)：返回集合里是否包含集合c里的所有元素。
boolean isEmpty()：返回集合是否为空。当集合长度为0时返回true，否则返回false。
Iterator iterator()：返回一个Iterator对象，用于遍历集合里的元素。
boolean remove(Object o)：删除集合中的指定元素o，当集合中包含了一个或多个元素o时，这些元素将被删除，该方法将返回true。
boolean removeAll(Collection c)：将集合中删除集合c里包含的所有元素（相当于用调用该方法的集合减集合c），如果删除了一个或一个以上的元素，则该方法返回true。
boolean retainAll(Collection c)：将集合中删除集合c里不包含的元素（相当于把调用该方法的集合变成该集合的集合c的交集），如果该操作改变了调用该方法的集合，则该方法返回true。
int size()：该方法返回集合里元素的个数。
Object[] toArray()：该方法把集合转换成一个数组，所有的集合元素变成对应的数组元素。
eg:

package cn.it.lsl;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.HashSet;

public class CollectionTest {
    public static void main(String[] args) {
        Collection c = new ArrayList();
        c.add("小明");
        c.add(6);
        System.out.println("c集合的元素个数为："+c.size());
        c.remove(6);
        System.out.println("c集合的元素个数为："+c.size());
        System.out.println("c集合是否包含\"小明\"字符串："+c.contains("小明"));
        c.add("JavaEE");
        System.out.println("c集合的元素："+c);

        Collection books = new HashSet();
        books.add("JavaEE");
        books.add("Android");
        System.out.println("c集合是否完全包含books集合？"+c.containsAll(books));
        c.removeAll(books);
        System.out.println("c集合的元素："+c);
        c.clear();
        System.out.println("c集合的元素："+c);
        //books集合里只剩下c集合里也包含的元素
        books.retainAll(c);
        System.out.println("books集合的元素："+books);

    }
}

6)Iterator接口遍历集合元素
Iterator接口也是Java集合框架的成员，主要用于遍历Collection集合中的元素，Iterator对象也被称为迭代器。
Iterator接口里定义了如下三个方法：
boolean hasNext()：如果被迭代的集合元素还没有被遍历，则返回true。
Object next()：返回集合里的下一个元素。
void remove()：删除集合里上一次next方法返回的元素。

eg:

package cn.it.lsl;

import java.util.Collection;
import java.util.HashSet;
import java.util.Iterator;

public class IteratorTest {
    public static void main(String[] args) {
        Collection books = new HashSet();
        books.add("Java ee");
        books.add("Java");
        books.add("Andrroid");
        //获取books集合对应的迭代器
        Iterator it = books.iterator();
        while(it.hasNext()){
            //it.next()方法返回的数据类型是Object类型
            String book = (String)it.next();
            System.out.println(book);
            if(book.equals("Java")){
                it.remove();
            }
            book = "测试字符串";
        }
        System.out.println(books);
    }
}

如果要创建Iterator对象，则必须有一个被迭代的集合。

package cn.it.lsl;

import java.util.Collection;
import java.util.HashSet;
import java.util.Iterator;

public class IteratorTest {
    public static void main(String[] args) {
        Collection books = new HashSet();
        books.add("Java ee");
        books.add("Java");
        books.add("Android");
        //获取books集合对应的迭代器
        Iterator it = books.iterator();
        while(it.hasNext()){
            //it.next()方法返回的数据类型是Object类型
            String book = (String)it.next();
            System.out.println(book);
            if(book.equals("Android")){
                //it.remove();
                books.remove(book);
            }
            //book = "测试字符串";
        }
        //System.out.println(books);
    }
}

//当使用Iterator迭代访问Collection集合元素时，Colleection集合里的元素不能被改变，只有通过Iterator的remove方法删除上一次next方法返回集合元素才可以。

eg:

package cn.it.lsl;

import java.util.Collection;
import java.util.HashSet;

public class ForeachTest {
    public static void main(String[] args) {
        Collection books = new HashSet();
        books.add("Java ee");
        books.add("Java");
        books.add("Android");
        for(Object obj : books){
            String book = (String)obj;
            System.out.println(book);
            if(book.equals("Android")){
                //以下代码会引发异常
                //books.remove(book);
            }
        }
        System.out.println(books);
    }
}

2.Set集合
Set集合与Collection基本上完全一样，它没有提供任何额外的方法。实际上Set就是Collection，只是行为略有不同。（Set不允许包含重复元素）。
Set集合不允许包含相同的元素，如果试图把两个相同的元素加入同一个Set集合中，则添加操作失败。

eg:

package cn.it.lsl;

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

public class SetTest {
    public static void main(String[] args) {
        Set books = new HashSet();
        books.add(new String("java"));
        boolean result = books.add(new String("java"));
        System.out.println(result + "-->" + books);
    }
}

1)HashSet类
(1)HashSet是Set接口的实现。HashSet按Hash算法来存储集合中的元素，具有很好的存取和查找性能。
(2)HashSet不能保证元素的排列顺序，顺序可能与添加顺序不同，顺序也有可能发生变化。
(3)当向HashSet集合中存入一个元素时，HashSet会调用该对象的hashCode()方法来得到该对象的hashCode值，然后根据该HashCode值决定该对象在HashSet中的存储位置。如果有两个元素
通过equals()方法比较返回true，但它们的hashCode()方法返回值不相等，HashSet将会把它们存储在不同的位置，依然可以添加成功。即，HashSet集合判断两个元素相等的标准是两个
对象通过equals()方法比较相等，并且两个对象的hashCode()方法返回值也相等。

eg:

package cn.it.lsl;

import java.util.HashSet;

class A{
    public boolean equals(Object obj){
        return true;
    }
}

class B{
    public int hashCode(){
        return 1;
    }
}

class C{
    public int hashCode(){
        return 2;
    }
    public boolean equals(Object obj){
        return true;
    }
}

public class HashSetTest {
    public static void main(String[] args) {
        HashSet books = new HashSet();
        books.add(new A());
        books.add(new A());
        books.add(new B());
        books.add(new B());
        books.add(new C());
        books.add(new C());
        System.out.println(books);
    }
}

注意问题：当把一个对象放入HashSet中时，如果需要重写该对象对应类的equals()方法，则也应该重写其hashCode()方法。其规则是：如果两个对象通过equals()方法比较返回true，则两个对象的hashCode值也应该相同。

重写hashCode()方法的基本规则：
1）在程序运行过程中，同一个对象多次调用hashCode()方法应该返回相同的值。
2）当两个对象通过equals()方法比较返回true时，这两个对象的hashCode()方法应返回相等的值。
3）对象中用作equals()方法比较标准的Field，都应该用来计算hashCode值。

如果向HashSet中添加一个可变对象后，后面程序修改了该可变对象的Field，则可能导致它与集合中的其他元素相同，这就可能导致HashSet中包含两个相同的对象。

eg:

package cn.it.lsl;

import java.util.HashSet;
import java.util.Iterator;

class R{
    int count;
    public R(int count){
        this.count = count;
    }
    public String toString(){
        return "R[count:" + count + "]";
    }
    public boolean equals(Object obj){
        if(this == obj)
            return true;
        if(obj != null && obj.getClass() == R.class){
            R r = (R)obj;
            if(r.count == this.count){
                return true;
            }
        }
        return false;
    }
    public int hashCode(){
        return this.count;
    }
}
public class HashSetTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        HashSet hs = new HashSet();
        hs.add(new R(5));
        hs.add(new R(-3));
        hs.add(new R(9));
        hs.add(new R(-2));
        System.out.println(hs);
        Iterator it = hs.iterator();
        R first = (R)it.next();
        first.count = -3;
        System.out.println(hs);
        hs.remove(new R(-3));
        System.out.println(hs);
        System.out.println("hs是否包含count为-3的R对象？" + hs.contains(new R(-3)));
        System.out.println("hs是否包含count为5的R对象？" + hs.contains(new R(5)));
    }
}

当向HashSet中添加可变对象时，必须十分小心。如果修改HashSet集合中的对象，有可能导致该对象与集合中的其他对象相等，从而导致HashSet无法准确访问该对象。

2)LinkedHashSet类
HashSet还有一个子类LinkedHashSet，LinkedHashSet集合也是根据元素的hashCode值来决定元素的存储位置，但它同时使用链表维护元素的次序，这样使得元素看起来是以插入的顺序保存的。也就是说，当遍历LinkedHashSet集合里的元素时，LinkedHashSet将会按元素的添加顺序来访问集合里的元素。

package cn.it.lsl;

import java.util.LinkedHashSet;

public class LinkedHashSetTest {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedHashSet books = new LinkedHashSet();
        books.add("java");
        books.add("Android");
        System.out.println(books);
        books.remove("java");
        books.add("java");
        System.out.println(books);
    }
}

输出LinkedHashSet集合的元素时，元素的顺序总是与添加顺序一致。

虽然LinkedHashSet使用了链表记录集合元素的添加顺序，但LinkedHashSet依然是HashSet，因此它依然不允许集合元素重复。

3)TreeSet类
TreeSet是SortedSet接口的实现类，可以确保集合元素处于排序状态。
TreeSet中的几个方法：
Object first()：返回集合中的第一个元素。
Object last()：返回集合中的最后一个元素。
Object lower(Object e)：返回集合中位于指定元素之前的元素（即小于指定元素的最大元素，参数元素不需要是TreeSet集合里的元素）。
Object higher(Object e)：返回集合中位于指定元素之后的元素（即大于指定元素的最小元素，参数元素不需要是TreeSet集合里的元素）。
SortedSet subSet(formElement,toElement)：返回次Set的子集合，范围从formElement（包含）到toElement（不包含）。
SortedSet headSet(toElement)：返回此Set的子集，由小于toElement的元素组成。
SortedSet tailSet(fromElement)：返回此Set的子集，由大于或等于fromElement的元素组成。

package cn.it.lsl;

import java.util.TreeSet;

public class TreeSetTree {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet nums = new TreeSet();
        nums.add(5);
        nums.add(2);
        nums.add(10);
        nums.add(-9);
        System.out.println(nums);
        System.out.println(nums.first());
        System.out.println(nums.last());
        System.out.println(nums.headSet(4));    //不包含4
        System.out.println(nums.tailSet(5));        //包含5
        System.out.println(nums.subSet(-3, 4));
    }
}

4)EnumSet类
EnumSet是一个专为枚举类设计的集合类，EnumSet中的所有元素都必须是指定枚举类型的枚举值。
EnumSet类没有暴露任何构造器来创建该类的实例，程序应该通过它提供的static方法来创建EnumSet对象。
static EnumSet allOf(Class elementType)：创建一个包含指定枚举类里所有枚举值的EnumSet集合。
static EnumSet complementOf(EnumSet s)：创建一个其元素类型与指定EnumSet里元素类型相同的EnumSet集合，新EnumSet集合包含原EnumSet集合所不包含的、此枚举类剩下的枚举值（
即新EnumSet集合和原EnumSet集合的集合元素加起来就是该枚举类的所有枚举值）。
static EnumSet copyOf(Collection c)：使用一个普通集合来创建EnumSet集合。
static EnumSet copyOf(EnumSet s)：创建一个与指定EnumSet具有相同元素类型、相同集合元素的EnumSet集合。
static EnumSet noneOf(Class elementType)：创建一个元素类型为指定枚举类型的空EnumSet。
static EnumSet of(E first, E...rest)：创建一个包含一个或多个枚举值的EnumSet集合，传入的多个枚举值必须属于同一个枚举类。
static EnumSet range(E from, E to)：创建一个包含从from枚举值到to枚举值范围内所有枚举值的EnumSet集合。

eg:

package cn.it.lsl;

import java.util.EnumSet;

enum Season{
    SPRING,SUMMER,FAIL,WINTER
}
public class EnumSetTest {
    public static void main(String[] args) {
        EnumSet es1 = EnumSet.allOf(Season.class);
        System.out.println(es1);
        EnumSet es2 = EnumSet.noneOf(Season.class);
        System.out.println(es2);
        es2.add(Season.WINTER);
        es2.add(Season.SPRING);
        System.out.println(es2);
        EnumSet es3 = EnumSet.of(Season.SUMMER , Season.WINTER);
        System.out.println(es3);
        EnumSet es4 = EnumSet.range(Season.SUMMER, Season.WINTER);
        System.out.println(es4);
        EnumSet es5 = EnumSet.complementOf(es4);
        System.out.println(es5);
    }
}

复制另一个EnumSet集合中的所有元素来创建新的EnumSet集合，或者复制另一个Collection集合中的所有元素来创建新的EnumSet集合。当复制Collection集合中的所有元素来创建新的EnumSet集合时，要求Collection集合中的所有元素必须是同一个枚举类的枚举值。

package cn.it.lsl;

import java.util.Collection;
import java.util.EnumSet;
import java.util.HashSet;

public class EnumSetTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        Collection c = new HashSet();
        c.clear();
        c.add(Season.FAIL);
        c.add(Season.SPRING);
        EnumSet enumSet = EnumSet.copyOf(c);
        System.out.println(enumSet);
//        c.add("java");
//        c.add("Android");
//        enumSet = EnumSet.copyOf(c);
    }
}

当试图复制一个Collection集合里的元素来创建EnumSet集合时，必须保证Collection集合里的所有元素都是同一个枚举类的枚举值。

总结：

HashSet的性能总是比TreeSet好（特别是最常用的添加、查询元素等操作），因为TreeSet需要额外的红黑树算法来维护集合元素的次序。只有当需要一个保持排序的Set时，才应该使用TreeSet，否则都应该使用HashSet。
对于普通的插入、删除操作，LinkedHashSet比HashSet要略微慢一点，这是由维护链表所带来的额外开销造成的；不过，因为有了链表，遍历LinkedHashSet会更快。
EnumSet是所有Set实现类中性能最好的，但它只能保存同一个枚举类的枚举值作为集合元素。