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Java-集合框架

news 2025/12/25 13:20:08

文章目录

- 摘要
- Collection
- - Collection集合遍历
  - - Iterator迭代器
    - 增强for循环
  - 排序
- List
- - ArrayList
  - LinkedList
  - Vector
- Set
- - HashSet
- Map
- 小结

摘要

Java的集合框架提供了一组用于存储、管理和操作数据的类和接口。这个框架提供了各种数据结构，如列表、集合、队列和映射，以满足不同的数据处理需求。
根据实现接口可以分为：Collection、Map两大类

Collection

在这里插入图片描述

Collection集合遍历

Collection所有的实现子类集合都可以通过以下两种方式进行元素遍历：

Iterator迭代器
增强for循环

详细的介绍如下：

Iterator迭代器

Iterator称为迭代器，主要用于遍历Collection集合中的元素；
所有实现了Collection接口的集合子类都有一个Iterator()方法，返回Iterator对象，即迭代器；

执行原理：
在这里插入图片描述
Code：

Iterator iterator=[Collection].iterator();         //创建一个迭代器
while(iterator.hasNext()){                         //循环，直到集合中没有元素为止System.out.println(iterator.next());           //获取下一个元素并打印出来
}

iterator() ：方法用于获取集合的迭代器对象，这个迭代器对象用于遍历集合中的元素。
iterator.hasNext()：它会不断检查迭代器是否有下一个元素。如果有下一个元素，则循环会继续执行。
iterator.next()：返回下一个元素，并将迭代器的位置移动到下一个元素。
遍历完成后，next指针指向最后一个位置。

如果想要充值next指针，可以执行一下代码：

iterator=[Collection].iterator();

此时next指针就会指向第一位。

增强for循环

增强for循环底层任然是Iterator迭代器；
可以理解为简化版的Iterator。

Code：

List list=new ArrayList();
。。。
//增强for循环
for(Object str:list){System.out.println(str);
}

排序

Comparable 接口和 Comparator 接口都是 Java 中用于排序的接口，它们在实现类对象之间比较大小、排序等方面发挥了重要作用：

Comparable接口有一个CompareTo（Object obj）方法用来排序；
- 用于比较当前对象和传入对象的顺序
- -1表示当前对象小于，0表示等于，1表示大于。

public  class Person implements Comparable<Person> {private String name;private int age;public Person(String name, int age) {super();this.name = name;this.age = age;}/*** T重写compareTo方法实现按年龄来排序*/@Overridepublic int compareTo(Person o) {if (this.age > o.getAge()) {return 1;}if (this.age < o.getAge()) {return -1;}return 0;}
}public static void main(String[] args) {TreeMap<Person, String> pdata = new TreeMap<Person, String>();pdata.put(new Person("张三", 30), "zhangsan");pdata.put(new Person("李四", 20), "lisi");pdata.put(new Person("王五", 10), "wangwu");pdata.put(new Person("小红", 5), "xiaohong");// 得到key的值的同时得到key所对应的值Set<Person> keys = pdata.keySet();for (Person key : keys) {System.out.println(key.getAge() + "-" + key.getName());}}
输出：
5-小红
10-王五
20-李四
30-张三

Comparator接口有一个**Compare（Object obj1，Object obj2）**方法用来排序；

用于比较两个对象；
-1表示当前对象小于，0表示等于，1表示大于。

ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
arrayList.add(-1);
arrayList.add(3);
arrayList.add(3);
arrayList.add(-5);
arrayList.add(7);
arrayList.add(4);
arrayList.add(-9);
arrayList.add(-7);
// 定制排序的用法
Collections.sort(arrayList, new Comparator<Integer>() {@Overridepublic int compare(Integer o1, Integer o2) {return o2.compareTo(o1);}
});
System.out.println("定制排序后：");
System.out.println(arrayList);

List

在这里插入图片描述
特点：

List集合类中元素是有序的（按插入顺序排序），且可以重复的（null也可以）；
每个元素多有对应的索引

子类	描述	效率
ArrayList	基于动态数组的有序集合。	高
LinkedList	基于双向链表的有序集合。	高
Vector	与 ArrayList 类似，但是线程安全。	低

常见方法：

方法	说明
add(E element)	向列表末尾添加一个元素。
add(int index, E element)	在指定位置插入一个元素。
get(int index)	获取指定索引位置的元素。
set(int index, E element)	替换指定索引位置的元素。
remove(int index)	移除指定索引位置的元素。
size()	获取列表的大小。
contains(Object obj)	检查列表是否包含指定的元素。
indexOf(Object obj)	获取指定元素在列表中的第一个出现位置的索引。
clear()	清空列表中的所有元素。
toArray()	将列表转换为数组。
addAll(Collection<? extends E> c)	将另一个集合的所有元素添加到当前列表中。

ArrayList

数据结构：
ArrayList的数据结构由数组实现数据存储，如下图所示：
在这里插入图片描述
特点：

线程不安全（执行效率高），在多线程的情况下不建议使用。

源码分析：

ArrayList中维护了一个Object类型的数组elementData[]，存储元素。

transient Object[] elementData;   // transient，表示该变量不会被序列化

创建ArrayList对象
默认使用的无参构造，则初始化容量为elementData=0，第一次添加元素，则扩容elementData=10，如果还需要扩容，则扩容elementData为1.5倍。
```
   List list=new ArrayList();
```
源码如下：
添加元素
```
   list.add(元素);
```
源码如下：

LinkedList

数据结构：

LinkedList底层实现了双向链表、双端队列特点。

特点：

可以添加任意元素（可以重复），包括null；
线程不安全，没有实现线程同步

Vector

数据结构：

Vector底层是一个对象数组，
```
	protected Object[] elementData；
```

特点：

Vector是线程同步的，即线程安全，操作方法带有synchronized（支持线程同步和互斥）；

public synchronized void addElement(E obj) {modCount++;ensureCapacityHelper(elementCount + 1);elementData[elementCount++] = obj;}

Set

在这里插入图片描述
特点：

无序（添加的顺序和访问的顺序不一致）、没有索引
不允许重读元素，最多包含一个null；

HashSet

数据结构：
HashSet的底层实际上是HashMap，HashMap的底层是（数组+链表+红黑树）
图片描述

1. **元素存储到Key**；

HashSet 中每个元素都被存储为键-值对，但值部分被设置为一个固定的常量PRESENT（通常是**Object**类型的占位符），而不是实际的值。

```java
HashSet<String> set = new HashSet<>();
set.add("test");
```
底层键值对=`<test，PRESENT>`

扩容机制：
HashSet默认数组长度=11，每次扩充为原来的2n+1。

添加元素

当HashSet添加元素时，首先会计算元素的哈希码hashCode，并根据哈希码确定元素在哈希表中的位置；

//计算hashCode
static final int hash(Object key) {int h;// key.hashCode()：返回散列值也就是hashcode// ^：按位异或// >>>:无符号右移，忽略符号位，空位都以0补齐return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);}

判断链表是否有相同元素：对于多个对象来说hashCode可能相同，所以使用equals()方法来判断对象是否相同
1. 不相同：直接添加；
2. 相同：不添加。
如果有链表长度>8，且table的长度>64，先进行扩容，然后将链表转为红黑树。

Map

小结

Java集合框架为开发人员提供了强大的工具，以满足各种数据处理需求。了解不同集合类型的特性和适用场景对于编写高效和可维护的Java应用程序至关重要。通过选择合适的数据结构和算法，开发人员可以更轻松地解决各种问题。