java基础从入门到上手(九):Java - List、Set、Map

一、List集合

        List 是一种用于存储有序元素的集合接口，它是 java.util 包中的一部分，并且继承自 Collection 接口。List 接口提供了多种方法，用于按索引操作元素，允许元素重复，并且保持插入顺序。常用的 List 实现类包括 ArrayList、LinkedList 和 Vector。

1.1概述

        List 接口继承自 Collection 接口，它支持按索引访问元素。与 Set 不同，List 允许存储重复元素，并且可以通过索引获取、插入和删除元素。

List 常用方法：

add(E e)：将元素 e 添加到列表的末尾。

add(int index, E element)：将元素 element 插入到指定的索引位置。

get(int index)：返回指定位置的元素。

set(int index, E element)：将指定位置的元素替换为新的元素。

remove(int index)：删除指定位置的元素。

remove(Object o)：删除指定的元素。

size()：返回列表的元素个数。

isEmpty()：检查列表是否为空。

contains(Object o)：检查列表是否包含指定元素。

indexOf(Object o)：返回元素首次出现的位置（如果不包含则返回 -1）。

lastIndexOf(Object o)：返回元素最后一次出现的位置。

clear()：清空列表。

1.2 实现类

1.2.1 ArrayList

ArrayList 是最常用的 List 实现，它基于动态数组来存储元素，支持快速的随机访问。

优点：

1.提供快速的访问操作（get 和 set）。

2.插入和删除元素时，位于末尾的操作非常高效。

缺点：

1.插入和删除元素时，尤其是对中间位置的元素，性能较差，因为需要移动元素。

1.2.2 LinkedList

LinkedList 是 List 接口的另一个实现，它基于双向链表实现，因此在插入和删除元素时效率较高，尤其是在列表的头部和中间位置。

优点：

1. 插入和删除操作（尤其是在头部或中间位置）性能较好。
2. 支持队列和栈的操作（通过 offer、poll、push 和 pop 方法）。

缺点：

1. 随机访问性能较差，特别是当需要访问列表中的元素时，它需要从头部或尾部开始遍历。

1.2.3 Vector

Vector 类与 ArrayList 类类似，也基于动态数组实现，但与 ArrayList 的区别在于，Vector 是线程安全的（每个方法都使用 synchronized 关键字进行同步）。但由于同步的开销，它的性能通常较差。

优点：

1. 线程安全。

缺点：

1. 性能较差，因为所有的方法都进行了同步操作。
2.  不推荐在新代码中使用。

二、Set集合

Set 是一个不允许重复元素的集合接口。它继承自 Collection 接口，并且提供了与 List 不同的行为：Set 不保证元素的插入顺序，并且不允许包含重复元素。因此，Set 在应用程序中用于需要保证元素唯一性的场景。

Set 接口代表一个集合，主要特点如下：

1. 不允许包含重复的元素。
2. 不保证元素的顺序（但某些实现可能会有顺序，如 LinkedHashSet）。
3. 基本操作包括添加、删除和查找元素。

Set 接口的常见实现类包括：

1. HashSet：最常用的实现类，基于哈希表，不保证元素的顺序。
2. LinkedHashSet：与 HashSet 类似，但它保持插入顺序。
3. TreeSet：基于红黑树实现，按元素的自然顺序（或自定义的比较器）对元素进行排序。

Set 接口的常用方法

add(E e)：将元素 e 添加到集合中。如果集合已经包含该元素，则返回 false。

remove(Object o)：删除指定的元素。

contains(Object o)：检查集合中是否包含指定的元素。

size()：返回集合中的元素数量。

isEmpty()：检查集合是否为空。

clear()：清空集合中的所有元素。

iterator()：返回集合元素的迭代器，通常用于遍历集合。

2.1 HashSet

HashSet 是最常用的 Set 实现，基于哈希表实现，不保证元素的顺序。它的操作通常是快速的（平均时间复杂度为 O(1)），但不保证插入顺序。

2.2 LinkedHashSet

LinkedHashSet 继承自 HashSet，它保持元素的插入顺序（通过链表维护插入顺序）。与 HashSet 相比，LinkedHashSet 的插入操作稍慢一些，但它保证了元素的顺序。

2.3 TreeSet

TreeSet 是一个基于红黑树实现的 Set，它会自动按元素的自然顺序（或指定的比较器）对元素进行排序。TreeSet 中的元素是有序的，因此它支持基于排序的操作（如查找最小元素、最大元素等）。

2.4 应用场景

去重：Set 常用于去重操作，因为它不允许包含重复元素。可以利用 Set 来确保数据的唯一性。

集合运算：可以使用 Set 来进行集合的并集、交集和差集操作。Set 提供了 retainAll（交集）、removeAll（差集）和 addAll（并集）等方法。

三、Map集合

Map 是一个用于存储键值对（key-value）映射的集合接口。Map 与 Set 和 List 不同，因为它是根据键（key）来存储值（value）的，而不是按照元素的顺序或索引顺序。Map 接口并不继承自 Collection 接口，虽然它也可以存储多个对象，但它的结构是以键值对的形式组织的。

主要特点：

1. 键唯一：Map 中的每个键都是唯一的，但多个键可以对应相同的值。
2. 无序性：Map 本身并不保证键值对的存储顺序，但是一些实现类（如 LinkedHashMap）可以保证顺序。
3. 支持快速查找：通过键可以非常高效地找到对应的值。

3.1 HashMap

HashMap 是最常用的 Map 实现类，基于哈希表实现，不保证键值对的顺序。它的查找和插入操作平均时间复杂度是 O(1)，非常高效。

3.2 LinkedHashMap

LinkedHashMap 继承自 HashMap，除了基于哈希表存储元素外，还通过链表维护键值对的插入顺序。它保证了元素的插入顺序，因此适用于需要顺序存储的场景。

3.3 TreeMap

TreeMap 是一个有序的 Map 实现类，它基于红黑树实现，按键的自然顺序（或通过构造时提供的比较器）对键值对进行排序。它支持键值对的排序操作。

3.4 Hashtable

Hashtable 是一个古老的线程安全的 Map 实现，它的行为类似于 HashMap，但它是同步的，因此比 HashMap 更慢。由于现代 Java 程序更倾向于使用 ConcurrentHashMap 或其他线程安全的集合类，Hashtable 现在很少使用。

3.5Map 接口常用方法

put(K key, V value)：将指定的值与指定的键关联。如果键已经存在，则更新值。

get(Object key)：返回指定键所映射的值。如果键不存在，返回 null。

containsKey(Object key)：检查 Map 是否包含指定的键。

containsValue(Object value)：检查 Map 是否包含指定的值。

remove(Object key)：删除指定键的键值对。

size()：返回 Map 中键值对的数量。

isEmpty()：检查 Map 是否为空。

clear()：清空 Map 中的所有键值对。

keySet()：返回 Map 中所有键的集合。

values()：返回 Map 中所有值的集合。

entrySet()：返回 Map 中所有键值对的集合，Map.Entry 是 Map 键值对的表示。

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