Java 集合框架

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学习目标

  • Java集合框架的层次结构
  • Collection 接口
  • HashSet 、LinkedHashSet 和 TreeSet
  • Comparable 和Comparator 接口
  • ArrayList 和LinkedList
  • 规则集和线性表性能比较
  • Vector 和Stack
  • Queue和 PriorityQueue
  • Map接口及 HashMap, LinkedHashMap和TreeMap

Java集合框架的层次结构

  • 一个集合就是一个容器对象，用来代表一组对象，其中的每个对象称为元素。
  • Java 集合框架支持三种类型的集合：规则集sets, 线性表lists, 和映射 maps。

Set 和 List 是Collection的子接口

映射的实例是一组关联关键字的对象。
可以使用关键字从映射中获取一个对象或者把一个对象放到映射中

Collection 接口

Collection接口是处理对象集合的根接口

Set 接口

  • Set接口继承 Collection 接口。它没有引入新的方法或者常量，只是规定Set的实例不能包含重复元素。
  • 实现Set的类必须确保没有重复元素添加到这个规则集。也就是说，在一个规则集中，一定不存在两个元素e1 、 e2 使得 e1.equals(e2) 的返回值是true。

Set 接口继承结构

AbstractSet 类

  • AbstractSet 类是一个便利类，它继承 AbstractCollection 并实现Set。
  • AbstractSet类提供了 equals 和 hashCode 方法的具体实现。一个规则集的散列码是这个规则集中所有元素散列码的和。
  • 由于AbstractSet类没有实现size 和iterator 方法，所以 AbstractSet 是一个抽象类。

HashSet 类

  • HashSet 类是一个实现Set接口的具体类。
  • 它可以用来存储互不相同的元素。
  • 考虑到效率，添加到散列集中对象必须以一种正确分散散列码的方式实现 hashCode 方法。

for-each 循环
可以使用 JDK 1.5中的加强循环来替代迭代器:

1
2
for (Object element: set)
  System.out.print(element.toString() + " ");

SortedSet 接口和 TreeSet 类

  • SortedSet 是 Set的一个子接口，它确保规则集中的元素是有序的。
  • TreeSet 是实现 SortedSet 接口的一个具体类。可以使用迭代器以排序次序遍历规则集元素有两种排序方式。

使用 TreeSet 对规则集元素排序

方式一：使用 Comparable 接口。

方式二：如果元素所属的类没有实现 Comparable 接口，或者在实现 Comparable 接口的类中不想使用 compareTo 方法，那么就可以指定一个比较器。

Comparator 接口

  • 有时希望将不同类型的元素插入到树形集。这些元素可能不是 Comparable
    的实例或者是不可以比较的。这时就可以定义比较器来比较这些元素。
  • 为了做到这点，需要创建一个实现 java.util.Comparator 接口的类。 Comparator 接口有两个方法：
    compare 和 equals。

public int compare(Object element1, Object element2)
如果 element1 小于 element2 ，就返回一个负值；如果 element1 大于element2，就返回一个正值；若相等就返回0

public boolean equals(Object element)
如果指定对象也是一个比较器，并且与这个比较器具有相同的排序，就返回true

List 接口

  1. 规则集中只能存放不重复的元素。
  2. 为了允许在集合内存储重复元素，需要使用线性表。
  3. 线性表不但可以存储重复元素，还可以让用户指定元素存储位置。
  4. 用户可以使用下标来随机访问元素。

List 迭代器

ArrayList 和 LinkedList

ArrayList 类和 LinkedList 类是 实现 List 接口的两个具体类。
要选用这两种类中的哪一个取决于特定需求：

  • 如果需要通过下标随机访问元素，除了在末尾之外，无需再其他位置上插入或者删除元素，那么 ArrayList 提供了更高效率。
  • 如果应用程序需要在线性表的任意位置上插入或者删除元素，就应该选择LinkedList。
  • 线性表的大小是可以动态增大或者减小的，而数组一旦被创建，它的大小就是固定的。如果应用程序不需要插入或者删除元素，那么数组是效率最高的数据结构。

ArrayList：

LinkedList：

Collections 类

Collections 类提供了许多静态方法用来操作集合和映射、创建同步集合类、创建只读集合类。

Collections 类 UML 图：

规则集和线性表的性能

Vector 和 Stack

Java 集合框架式在Java2中引入的。Java2之前也支持一些数据结构，其中就有 Vector 类和 Stack 类。为了适应Java集合框架，这些类被重新设计，但为了向后兼容，保留了它们旧形式的方法。

Vector 类

在 Java 2中，除了包含用于访问和修改向量的同步方法外， Vector 与 ArrayList 是一样的。至此介绍过的集合数据结构中没有一个是同步的。如果需要同步，可以使用集合类中同步版本。

Stack 类

Stack 类是用来表示后进先出的栈对象的 。只有栈顶元素可以被访问, 可以返回、插入、删除栈顶元素。

队列和优先队列

  • 队列是一种先进先出的数据结构。在队尾添加元素，在队头删除元素。
  • 在优先队列中，元素被赋予优先级。当访问元素时，拥有最高优先级的元素首先被删除。

Queue 接口

PriorityQueue 类

Map 接口

Map 是一种依照键值存储元素的容器，键值类似于下标。在List中，下标是整数的；而在 Map中，键值可以是任意类型。

Map 接口 UML 图

具体Map 类

HashMap 和 TreeMap

  • HashMap 和 TreeMap 类是Map 接口的两个具体实现。
  • 对于定位一个值，插入一个映射或者删除一个映射而言， HashMap类是高效的。
  • TreeMap 类实现了，所以它在遍历排好顺序的键值时是高效的。

LinkedHashMap

  • LinkedHashMap 在JDK 1.4中引入。它用链表实现来扩展 HashMap，支持映射中条目的排序。
  • HashMap中的条目是没有顺序的，但是在 LinkedHashMap 中，元素既可以按照它们插入映射的顺序排序 (称为插入顺序), 也可以按照它们最后一次访问时的顺序，从早到晚排序 (访问顺序). LinkedHashMap 的无参构造方法是以插入顺序来创建对象的。
  • 要按访问顺序创建LinkedHashMap 对象，应使用LinkedHashMap(initialCapacity, loadFactor, true)。

Arrays 类

Arrays 类包含许多静态方法用于对数组进行排序、查找、比较数组、填充数组元素，以及把数组转换成线性表。

Arrays 类 UML 图

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