JAVA全栈开发 集合详解（day14+day15汇总）

一、数组

数组是一个容器，可以存入相同类型的多个数据元素。

• 数组局限性：

  ​ 长度固定：（添加–扩容， 删除-缩容）

  ​ 类型是一致的

对象数组 ：

int[] arr = new int[5];

…

Student[] arr = new Student[5];

  Student[] arr = new Student[3];Student stu = new Student("张三",18);Student stu2 = new Student("李四",28);Student stu3= new Student("王老吉",38);arr[0] = stu;arr[1] = stu2;arr[2] = stu3;System.out.println(arr[0].name);

  //Object类型的数组，可以存放任意引用类型, 如果是基本类型，会自动装箱Object[] obj = new Object[5];obj[0] = new Student("赵四",18);obj[1] = new Teacher("杨老师",18);obj[2] = "abc";obj[3] = 111;obj[4] = true;

二、集合

• 集合：集合是java中提供的一种容器，可以用来存储多个数据。

• 特点： 长度不固定，还可以存储不同的数据（但是一般都用同一类型）

集合和数组既然都是容器，它们有啥区别呢？

1. 数组的长度是固定的。集合的长度是可变的。

2. 数组中存储的是同一类型的元素，可以存储基本数据类型值。集合存储的都是对象。而且对象的类型可以不一致。在开发中一般当对象多的时候，使用集合进行存储。

1.集合的体系

2.Collection 常用的方法

2.1基本功能

• public boolean add(E e)： 把给定的对象添加到当前集合中 。
• public void clear() :清空集合中所有的元素。
• public boolean remove(E e): 把给定的对象在当前集合中删除。
• public boolean contains(E e): 判断当前集合中是否包含给定的对象。
• public boolean isEmpty(): 判断当前集合是否为空。
• public int size(): 返回集合中元素的个数。
• public Object[] toArray(): 把集合中的元素，存储到数组中。

2.2高级功能

• boolean addAll(Collection<? extends E> c) 添加一个集合到当前集合
• boolean removeAll(Collection<?> c) 移除一个集合元素
• boolean retainAll(Collection<?> c) 两个集合都有的元素，思考元素去哪里?boolean又是什么意思?
• boolean containsAll(Collection<?> c) 判断当前集合是否包含指定集合的元素 一个还是所有?

2.3集合的遍历

 public static void main(String[] args) {Collection c = new ArrayList();c.add("hello");c.add("java");c.add("collection");//遍历集合Object[] arr = c.toArray();//String -> Objectfor(int i=0;i<arr.length;i++){String s = (String)arr[i];System.out.println(s);}}

3.Iterator 迭代器

3.1迭代器的介绍

专门为集合提供遍历的一种技术

3.2迭代器的怎么使用

 Collection c = new ArrayList();Student student = new Student("张三",18);Student student2 = new Student("李四",28);Student student3 = new Student("王老吉",38);c.add(student);c.add(student2);c.add(student3);Iterator iterator = c.iterator();while (iterator.hasNext()){Student s = (Student) iterator.next();System.out.println(s);}

3.3迭代器的原理

三、数据结构

• 数据结构的有什么用?

  数据结构：研究数据的存储

当你用着java里面的容器类很爽的时候，你有没有想过，怎么ArrayList就像一个无限扩充的数组，也好像链表之类的。好用吗？好用，这就是数据结构的用处，只不过你在不知不觉中使用了。

现实世界的存储，我们使用的工具和建模。每种数据结构有自己的优点和缺点，想想如果Google的数据用的是数组的存储，我们还能方便地查询到所需要的数据吗？而算法，在这么多的数据中如何做到最快的插入，查找，删除，也是在追求更快。

我们java是面向对象的语言，就好似自动档轿车，C语言好似手动档吉普。数据结构呢？是变速箱的工作原理。你完全可以不知道变速箱怎样工作，就把自动档的车子从 A点 开到 B点，而且未必就比懂得的人慢。写程序这件事，和开车一样，经验可以起到很大作用，但如果你不知道底层是怎么工作的，就永远只能开车，既不会修车，也不能造车。当然了，数据结构内容比较多，细细的学起来也是相对费功夫的，不可能达到一蹴而就。我们将常见的数据结构：堆栈、队列、数组、链表和红黑树 这几种给大家介绍一下，作为数据结构的入门，了解一下它们的特点即可。

1.常见的数据结构

数据存储的常用结构有：栈、队列、数组、链表和红黑树。我们分别来了解一下：

2.栈，队列

3.数组与链表

• 数组： 利于查询 ，不利于增删改

• 链表：不利于查询 ，利于增删改

  （根据需求，选择对应的数据形式，进行存储）

四、List 接口的方法

• void add(int index, E element)

• Object get(int index)

• ListIterator listIterator()
  返回列表中的列表迭代器（按适当的顺序）。

• Object set(int index, E element)
  用指定的元素（可选操作）替换此列表中指定位置的元素。

• ListIterator listIterator() ： 此方法重要；不但可以正向还可以反向，还可以进行添加和修改

在迭代器在迭代元素时，用集合去操作，出现以下的异常：

ConcurrentModificationException 并发修改异常

• 解决方法
  ​ 迭代器在进行迭代元素时，就用迭代器去修改（包括添加）
  ​ 集合遍历元素时，就用集合去修改

1.List 子类特点

ArrayList类​         底层数组 ： 查询快，增删改慢​         线程不安全： 不安全，效率高Vecktor类​         底层数组 ： 查询快，增删改慢​         线程安全： 安全，效率低LinkedList类​        底层链表 ： 查询慢，增删改快​         线程不安全： 不安全，效率高以上子类的选择，根据项目的需要来做 (看情况)

2.AarryList的方法使用

四种遍历

ArrayList list = new ArrayList();list.add("hello");list.add("world");list.add("java");//数组Object[] arr  = list.toArray();for(int i=0; i<arr.length;i++){String s = (String)arr[i];System.out.println(arr[i]);}//迭代器Iterator iterator = list.iterator();while (iterator.hasNext()){System.out.println(iterator.next());}//列表迭代器ListIterator listIterator = list.listIterator();while (listIterator.hasNext()){System.out.println(listIterator.next());}//size  get()for(int i=0; i<list.size();i++){String s = (String)list.get(i);System.out.println(arr[i]);}

3.Vector类特有方法

• addElement(E obj)
  将指定的组件添加到此向量的末尾，将其大小增加1。

• elementAt(int index)
  返回指定索引处的组件。

• elements()
  返回此向量的组件的枚举。

• firstElement()
  返回此向量的第一个组件（索引号为 0的项目）。

JDK升级原因：
1. 效率
2. 简化书写
3. 安全

  /** Vector类特有的方法* addElement(E obj) 将指定的组件添加到此向量的末尾，将其大小增加1。   add()elementAt(int index)返回指定索引处的组件。   get()elements() 返回此向量的组件的枚举。           iteratorhasMoreElements()                    hasNext()nextElement()                         next()firstElement() 返回此向量的第一个组件（索引号为 0的项目）。* */Vector vector = new Vector();vector.addElement("hello");vector.addElement("world");vector.addElement("java");//        for(int i=0;i<vector.size();i++){
//            System.out.println(vector.elementAt(i));
//        }
//        System.out.println(vector.firstElement());Enumeration enumeration = vector.elements();while (enumeration.hasMoreElements()){System.out.println(enumeration.nextElement());}

4.LinkedList类特有的方法

• addFirst(E e)
  在该列表开头插入指定的元素。

• addLast(E e)
  将指定的元素追加到此列表的末尾。

五、泛型

• 泛型： 是一种把类型明确的工作推迟到创建对象或者调用方法的时候，才去明确的特殊类型， 参数化类型，把类型当做参数一样进行传递

• 格式：
  ​ ＜数据类型＞
  此处数据类型只能是引用类型

• 好处：

  1. 把运行时报的错误，提前到了编译期间
  2. 避免了强制转换
  3. 优化程序的设计，解决了黄色警告线

泛型的应用：

1.类上定义泛型

   public class ObjectTool<T> {private T obj;public T getObj() {return obj;}public void setObj(T obj) {this.obj = obj;}}

2.方法上定义泛型

在方法中定义泛型，相当于可以传任意类型的参数

    public <T> void show(T t){System.out.println(t);}

3.接口上定义泛型

• 方法1

 class MyListImpl implements MyList<String>{@Overridepublic void show(String s) {}
}

• 方法2

 class MyListImpl<T> implements MyList<T>{@Overridepublic void show(T s) {}
}

4.泛型通配符

<?> :  任意类型<? extends E> : 向下限定  ， E及子类<? supter  E > :  向上限定  ， E及父类

六、增加for遍历集合

• 语法：

for(数据类型  变量名: 数组名或集合){​       }//集合遍历 ，推荐使用增加for 

1.静态导入

注意事项：

1. 方法必须是静态
2. 注意不要和本类的方法同名，如果同名，记得加前缀，由此可见，静态导入的方式，意义不太

import static java.lang.Math.abs;
import static java.lang.Math.max;public static void main(String[] args) {System.out.println(abs(-100));System.out.println(java.lang.Math.max(100,200));}

2.可变参数

• 可变参数：

  定义时方法时不知道参数具体个数，可以使用此技术

• 格式：

	修饰符 返回值 类型  方法名（数据类型...  参数名）{}// ... 表示是可变参数

注意事项

1. 可以了可变参数，此变量相当于是一个数组
2. 如果方法里有多个参数，其它包含可变参数，那可变参数必须放在最后

3.数组转集合

Arrays.asList 此方法可以将数组转集合，但是本质还是数组，所以不能操作集合改变数组大小的方法

List<String> list = Arrays.asList("hello","world","java");System.out.println(list);System.out.println(list.get(0));//UnsupportedOperationException//list.add("java ee");list.set(1,"hahaha");for(String str:list){System.out.println(str);}

七、Set 接口

特点： 不包含重复的元素，无序（指的是存数据 ，和取数据的顺序是否一致）

1.HashSet子类

无序，唯一性

2.HashSet 如何实现唯一性(看源码)

HashSet 的底层是使用的HashMap

根据源码分析，得到要保证HashSet里的元素的唯一性，涉及到了Hash值 和equals方法

interface Collection{....
}
interface Set extends Collection{...
}
class HashSet implements Set{// Collection 就相当于单身，  Map 一对夫妻private transient HashMap<E,Object> map;public HashSet() {map = new HashMap<>();}public boolean add(E e) {return map.put(e, PRESENT)==null;}
}
class HashMap implements Map{final float loadFactor;static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;public HashMap() {this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted}public V put(K key, V value) {return putVal(hash(key), key, value, false, true);}final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,boolean evict) {Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)n = (tab = resize()).length;if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)tab[i] = newNode(hash, key, value, null);else {Node<K,V> e; K k;if (p.hash == hash &&((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))e = p;else if (p instanceof TreeNode)e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);else {for (int binCount = 0; ; ++binCount) {if ((e = p.next) == null) {p.next = newNode(hash, key, value, null);if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1sttreeifyBin(tab, hash);break;}if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))break;p = e;}}if (e != null) { // existing mapping for keyV oldValue = e.value;if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)e.value = value;afterNodeAccess(e);return oldValue;}}++modCount;if (++size > threshold)resize();afterNodeInsertion(evict);return null;}
}

自定义对象，使用HashSet; 如果想实现当所有属性相同时，认为是重复，不添加；

需要重写hashcode 和 equals

3.去重原理

HashSet 的底层是HashMap, hashMap的底层是哈希表（数组和链表的结合）

什么是哈希表呢？

在JDK1.8之前，哈希表底层采用数组+链表实现，即使用链表处理冲突，同一hash值的链表都存储在一个链表里。但是当位于一个桶中的元素较多，即hash值相等的元素较多时，通过key值依次查找的效率较低。而JDK1.8中，哈希表存储采用数组+链表+红黑树实现，当链表长度超过阈值（8）时，将链表转换为红黑树，这样大大减少了查找时间。

简单的来说，哈希表是由数组+链表+红黑树（JDK1.8增加了红黑树部分）实现的，如下图所示。

看到这张图就有人要问了，这个是怎么存储的呢？

为了方便大家的理解我们结合一个存储流程图来说明一下：

总而言之，JDK1.8引入红黑树大程度优化了HashMap的性能，那么对于我们来讲保证HashSet集合元素的唯一，其实就是根据对象的hashCode和equals方法来决定的。如果我们往集合中存放自定义的对象，那么保证其唯一，就必须复写hashCode和equals方法建立属于当前对象的比较方式。

4.LinkedHashSet 子类

底层数据结构：哈希表+链表

保证了唯一性，链表保存有序（存储和取出是一致）

LinkedHashSet<String> hs = new LinkedHashSet<String>();hs.add("hello");hs.add("world");hs.add("java");hs.add("hello");for(String str :hs){System.out.println(str);}

5.TreeSet 子类

• 特点：排序 和唯一

• 排序 ： 自然排序（就是升序）和比较器排序

public static void main(String[] args) {TreeSet<Integer> treeSet = new TreeSet<Integer>();treeSet.add(66);treeSet.add(18);treeSet.add(12);treeSet.add(66);treeSet.add(77);for(Integer integer: treeSet){System.out.println(integer);}}

八、Map体系

1.概述

现实生活中，我们常会看到这样的一种集合：IP地址与主机名，身份证号与个人，系统用户名与系统用户对象等，这种一一对应的关系，就叫做映射。Java提供了专门的集合类用来存放这种对象关系的对象，即java.util.Map接口。

我们通过查看Map接口描述，发现Map接口下的集合与Collection接口下的集合，它们存储数据的形式不同，如下图。

• Collection中的集合，元素是孤立存在的（理解为单身），向集合中存储元素采用一个个元素的方式存储。
• Map中的集合，元素是成对存在的(理解为夫妻)。每个元素由键与值两部分组成，通过键可以找对所对应的值。
• Collection中的集合称为单列集合，Map中的集合称为双列集合。
• 需要注意的是，Map中的集合不能包含重复的键，值可以重复；每个键只能对应一个值。

2.Map接口中的常用方法

• public V put(K key, V value): 把指定的键与指定的值添加到Map集合中。
• public V remove(Object key): 把指定的键 所对应的键值对元素 在Map集合中删除，返回被删除元素的值。
• public V get(Object key) 根据指定的键，在Map集合中获取对应的值。
• boolean containsKey(Object key) 判断集合中是否包含指定的键。
• public Set<K> keySet(): 获取Map集合中所有的键，存储到Set集合中。
• public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet(): 获取到Map集合中所有的键值对对象的集合(Set集合)。

九、面试题

第一题：List a=new ArrayList() 和 ArrayList a =new ArrayList()的区别？

List list = new ArrayList();//这句创建了一个 ArrayList 的对象后把上溯到了 List。此时它是一个List对象了，有些ArrayList 有但是 List 没有的属性和方法，它就不能再用了。ArrayList list=new ArrayList();// 创建一对象则保留了ArrayList 的所有属性。所以需要用到 ArrayList 独有的方法的时候不能用前者。实例代码如下：List list = new ArrayList();ArrayList arrayList = new ArrayList();list.trimToSize(); //错误，没有该方法。arrayList.trimToSize(); //ArrayList里有该方法。

第二题：说一下ArrayList的扩容机制

（1）带初始容量参数的构造函数，用户可以自己定义容量
（2）默认构造函数，使用初始容量10构造一个空列表(无参数构造)
（3）构造包含指定collection元素的列表，这些元素利用该集合的迭代器按顺序返回

首先获取数组的旧容量，然后计算新容量的值，计算使用位运算，将其扩容至原来的1.5倍。
得到新容量的值后，校验扩容后的容量是否大于需要的容量，如果小于，则把最小需要容量当作扩容后的新容量。并确保扩容后的容量不超过数组能设置的最大大小值。
最后将老数组的数据复制到新的数组中。

第三题：Vector和ArrayList以及LinkedList区别和联系，以及分别的应用场景?

Vector的底层的实现其实是一个数组,是线程安全的实现类,方法都有synchronized

LinkedList的底层其实是一个双向链表,每一个对象都是一个Node节点,Node就是一个静态内部类,它是**线程不安全的,**所有的方法都没有加锁或者进行同步

这里先简单介绍一下,下面会对ArrayList的扩容机制进行分析

ArrayList是线程不安全的,如果不指定它的初始容量,那么它的初始容量是0,当第一次进行添加操作的时候它的容量将扩容为10

三种集合的使用场景

1. Vector很少用,有其他线程安全的List集合
2. 如果需要大量的添加和删除则可以选择LinkedList 原因是:它查询的时候需要遍历整个链表,插入和删除的时候无需移动节点
3. 如果需要大量的查询和修改则可以选择ArrayList 原因:底层为数组,删除和插入需要移动其他元素,查询的时候根据下标来查

第四题：我们想要使用线程安全的List集合,你有什么办法?

1:可以使用Vector

2.自己重写类似于ArrayList的但是线程安全的集合

3.可以使用**Collections(工具类)**中的方法,将ArrayList变成一个线程安全的集合

4.可以使用java.util.concurrent包下的CopyOnWriteArrayList,它是线程安全的

第五题：那你说说CopyOnWriteArrayList是怎么实现线程安全的?

它是juc包下的,专门用于并发编程的,他的设计思想是:读写分离,最终一致,写时复制

它不能指定容量,初始容量是0.它底层也是一个数组,集合有多大,底层数组就有多大,不会有多余的空间

CopyOnWriteArrayList的缺点

底层是数组,删除插入的效率不高,写的时候需要复制,占用内存,浪费空间,如果集合足够大的时候容易触发GC

数据一致性问题。CopyOnWrite容器只能保证数据的最终一致性，不能保证数据的实时一致性。所以如果你希望写入的的数据，马上能读到，请不要使用CopyOnWrite容器。【当执行add或remove操作没完成时，get获取的仍然是旧数组的元素】。CopyOnWriteArrayList读取时不加锁只是写入和删除时加锁

应用场景:读操作远大于写操作的时候

CopyOnWriteArrayList和Collections.synchronizedList区别

CopyOnWriteArrayList和Collections.synchronizedList是实现线程安全的列表的两种方式。两种实现方式分别针对不同情况有不同的性能表现，其中CopyOnWriteArrayList的写操作性能较差，而多线程的读操作性能较好。而Collections.synchronizedList的写操作性能比CopyOnWriteArrayList在多线程操作的情况下要好很多，而读操作因为是采用了synchronized关键字的方式，其读操作性能并不如CopyOnWriteArrayList。因此在不同的应用场景下，应该选择不同的多线程安全实现类。