java高级知识之集合

前言

集合是java开发中的重点内容，需要掌握的东西很多，面试中可问的东西很多，无论是深度还是广度。集合框架中Collection对应的实现类如下所示，这些都是要完全掌握，一个可以分为三大类List集合、Set‘集合以及Map集合’。

其中Collection代表单列集合，而Map代表双列集合，即一个key和可以对应的键值对。

1.Collection集合

Collection集合包括List和Set。他们都有不同的实现类，使用不同的数据结构，实现不同的性能属性。比如ArrayList在查找上会快点，而插入和删除就性能就比较差，LinkedList插入比较快，但是查找性能比较差。
1 、 List系列集合：有序集合：添加的元素是有序、可重复、有索引的

• ArrayList、LinkedList：有序、可重复、有索引
• 2、Set系列集合：添加的元素无序、不重复、无索引
• HashSet：无序、不重复、无索引
• LinkedHashSet：有序、不重复、无索引
• TreeSet：按照大小默认升序排序、不重复、无索引
  代码验证本文省略掉了。可以在java环境中试试看看。
  

1.1 Collection常用的方法

常用的方法便是add()、clear()、isEmpty()、size()、remove()、toArray()
Collection的遍历方式，如下图所示：

这里推荐使用迭代器的方式进行遍历，经过实验证明，迭代器遍历是速度最快的 。

2.List集合

2.1 特点、特有的方法

List系列的集合特点：有序、可重复、有索引

2.2 List集合的特有方法

List集合因为支持索引，所以多了很多与索引相关的方法，当然，Collection的功能List也都继承了。

这一系列的集合中，因为List是有索引的，可以直接用for进行循环，其他Collection的遍历方式也能使用。

2.3 ArrayList底层原理

ArrayList基于素组实现的。其中，索引根据索引查找速度会比较快；查询数据通过地址和索引定位，查询任意值数据耗时相同。
删除效率低：可能需要把后面的数据前移。
添加效率极低：可能需要把后面很多的数据后移，再添加元素;或者也可能需要进行数组的扩容。

ArrayList底层原理
1 . 利用无参构造器创建的集合，会在底层创建一个默认长度为0的数组；
2 .添加第一个元素时，底层会创建一个新的长度为10的数组；
3.存满时，会扩容1.5倍；
4.如果一次添加多个元素，1.5倍还放不下，则新创建数组的长度以实际为准

2.4 LinkedList底层原理

LinkedList是基于双向链表实现的。链表有什么特点呢，首先链表中的结点是独立的对象，在内存中是不连续的，每个结点包含数据值和下一个结点的地址。

链表的添加过程如下所示：

查询慢的特点：无论查询哪个数据都要从头开始。
链表的特点：链表增删相对快。只是修改指针。对首尾元素增删改查的速度极快。
索引Linked特意添加了头部与尾部的增删改的操作。

3.Set集合

Set系列集合特点:无序:添加数据的顺序和获取出的数据顺序不一致;不重复;无索引。

• HashSet:无序、不重复、无索引。
• LinkedHashset:有序、不重复、无索引。
• Treeset:排序、不重复、无索引。

3.1 HashSet底层实现原理

需要也别说明的是，在真正了解HashSet集合的底层原理前，需要先搞清楚一个前置知识：哈希值。

HashSet集合的实现原理

• 基于哈希表实现。
• 哈希表是一种中增删改查数据，性能都好比较的数据结构。
  哈希表
• JDK8之前，哈希表=数组+链表
  
• JDK8之后，哈希表=数组+链表+红黑树
• 
  关于红黑树，可理解为一颗自动平衡的二叉树。
  HashTable是一种增删改查性能都较好的数据结构。

3.2 HashSet去重原理

3.3 LinkedHashSet集合

特点：有序、不重复、无索引；实现依旧是基于数组+链表+红黑树实现。但是，它的每个元素都额外的多了一个双链表的机制记录他前后的位置。

缺点：占用内存比较大。

3.4 TreeSet集合

特点：不重复、无索引、可排序（默认升序，按照元素大小，由小到大排序）。
底层实现时基于红黑树的排序 。
注意：
对于数字类型：Integer、Double，默认按照本身的大小进行升序排序。
对于字符串类型：默认按照首字母升序排序
对于自定义类型如Student对象，TreeSet无法直接排序。
自定义排序规则

具体实现代码如下所示：

关于Collection相关的集合已经结束，在工作过程中，可以根据集合的特性实现不同的业务功能。

注意并发执行修改出现的问题。如在集合遍历里面添加删除或者添加的问题。

修改后：


用增强for没办法解决并发修改的问题。

4.Map集合

4.1 前置知识：

可变参数

• 就是一种特殊的形参，定义在方法、构造器的形参列表里面，格式：数据类型…参数名称
  可变参数的特点和好处
• 特点：可以不传数据给他，可以传一个或者同时传多个数据给它，也可以传一个数组给它。
• 好处：常常用来灵活的接收数据
  

4.2 概述

• Map集合称为双列集合，格式:{key1=value1,key2=value2,key3=value3,….，一次需要存一对数据做为一个元素。
• Map集合的每个元素“key=value”称为一个键值对/键值对对象/一个Entry对象，Map集合也被叫做“键值对集合。
• Map集合的所有键是不允许重复的，但值可以重复，键和值是一一对应的，每一个键只能找到自己对应的值。

在开发中，如果遇到存储一一对应的数据时，就可以考虑使用Map集合来做。
Map集合体系的特点
注意：Map系列集合的特点都是由键决定的，值只是一个附属品，值是不做要求的

• HashMap(由键决定特点):无序、不重复、无索引;(用的最多)
• LinkedHashMap (由键决定特点):由键决定的特点:有序、不重复、无索引。
• TreeMap (由键决定特点):按照大小默认升序排序、不重复、无索引。

4.3 Map集合常用的方法以及遍历

常用的方法： put(key,value),get(key),clear，isEmpty（）。无非就是增删改查，清空的操作，判断是否为空。本文不进行代码实操了，有专门的javaapi文档，所以不需要记住，就跟我们不认识的字要去查字典一样。
遍历：一共就有三种，具体如下图所示：

第一种 方法：

代码实现：

第二种遍历方式：

第三种遍历方式：
推荐使用，代码太简单。直接上代码吧。

4.4 HashMap集合

特点：无序、无重复、无索引。
底层原理

• HashMap跟Hashset的底层原理是一模一样的，都是基于哈希表实现的。
  实际上:原来学的Set系列集合的底层就是基于Map实现的，只是Set集合中的元素只要键数据，不要值数据而已
  哈希表：
• JDK8之前，哈希表=数组+链表
• JDK8之后，哈希表=数组+链表+红黑树
• 哈希表是一种增删改查性能都较好的数据结构。
• HashMap的键依赖hashCode方法和equals方法保证键的唯一。
• 如果键存储的是自定义类型的对象，可以通过重写hashcode和equals方法，这样可以保证多个对象内容一样时，HashMap集合就能认为是重复的。

4.5 HashMap集合

LinkedHashMap集合的原理：
底层数据结构依然是基于哈希表实现的，只是每个键值对元素又额外的多了一个双链表的机制记录元素顺序(保证有序)。
实际上:原来学习的LinkedHashset集合的底层原理就是LinkedHashMap。

4.6 TreeMap特点

TreeMap (由键决定特点):按照键的大小默认升序排序、不重复、无索引。
TreeMap
特点:不重复、无索引、可排序(按照键的大小默认升序排序，只能对键排序）
原理:TreeMap跟TreeSet集合的底层原理是一样的，都是基于红黑树实现的排序。
TreeMap集合同样也支持两种方式来指定排序规则
让类实现Comparable接口，重写比较规则。
TreeMap集合有一个有参数构造器，支持创建Comparator比较器对象，以便用来指定比较规则。

或者这样更加灵活

结束语

结束了，关于集合看起来很多，其实有些实现原理是重复的，比如Set和Map的实现类，Set的实现类是基于Map实现的。