Java集合（Collection、Iterator、Map、Collections）介绍与使用

前言

本讲我们将继续来讲解Java的其他重要知识点------Java集合。Java集合框架是Java编程语言中一个重要的部分，它提供了一套预定义的类和接口，供程序员使用数据结构来存储和操作一组对象。Java集合框架主要包括两种类型：一种是集合（Collection），存储一个元素列表，另一种是图（Map），存储键/值对映射。 我们之前讲解了数组，数组的大小长度是固定的，后期无法动态扩展，所以在项目开发中我们基本会用集合来存储数据，Java 集合就像一种容器，可以动态地把多个对象的引用放入容器中。Java集合框架的应用非常广泛，几乎在任何涉及到数据处理的场景中都可以使用。例如，你可以使用List来存储用户的输入，使用Set来消除重复的元素，使用Map来存储用户的姓名和邮箱地址等。

一、Collection

Collection接口：它是集合框架的根接口，所有的集合类都实现这个接口或者其子接口。它定义了集合的基本操作，如添加元素、删除元素、遍历元素等。

关于Collection的类关系结构图如下：

1.List接口

创建结构：

List<T> list = new 子类<>();

​

这是Collection接口的子接口，代表一个有序、可重复的集合。List接口提供了一些方法来处理元素列表，如添加元素到列表的特定位置，获取指定位置的元素等。

import java.util.ArrayList;  
import java.util.List;  
  
public class ListExample {  
    public static void main(String[] args) {  
        List<String> list = new ArrayList<>();  
        list.add("Apple");  
        list.add("Banana");  
        list.add("Cherry");  
        System.out.println(list);  // prints [Apple, Banana, Cherry]  
    }  
}

运行结果：

2.Set接口

创建结构：

Set<T> set = new 子类<>(); 

这也是Collection接口的子接口，代表一个无序、不可重复的集合。Set接口提供了一些方法来处理元素集合，如检查集合是否包含特定元素，获取集合的大小等

import java.util.HashSet;  
import java.util.Set;  
  
public class SetExample {  
    public static void main(String[] args) {  
        Set<String> set = new HashSet<>();  
        set.add("Apple");  
        set.add("Apple");  
        set.add("Banana");  
        set.add("Cherry");  
        System.out.println(set);  // prints [Apple, Banana, Cherry] (order may vary)  
    }  
}

运行结果，可以看到Set去重了，只有一个Apple

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3.Iterator迭代器接口

iterator迭代器接口在Java集合框架中起着非常重要的作用，它提供了一种方法，允许程序员顺序访问聚合对象中的每个元素，而无需暴露该对象的内部表示。

迭代器模式是一种设计模式，它提供了一种方法，可以以一致的方式遍历一个聚合对象中的元素，而无需暴露该对象的底层表示。迭代器模式包括三个角色：迭代器（Iterator）、聚合对象（Aggregate）和客户端（Client）。

在Java中，迭代器模式是通过Iterator接口和Collection接口实现的。Collection接口定义了遍历集合的基本操作，而Iterator接口定义了遍历元素的方法。

Iterator接口具有以下方法：

• boolean hasNext()：返回一个布尔值，表示是否还有下一个元素可以遍历。
• E next()：返回当前遍历到的元素，并将迭代器的位置向前移动一个位置。
• void remove()：删除当前遍历到的元素。

代码案例：

import java.util.ArrayList;  
import java.util.Iterator;  
  
public class IteratorExample {  
    public static void main(String[] args) {  
        // 创建一个ArrayList  
        ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();  
        list.add("Apple");  
        list.add("Banana");  
        list.add("Cherry");  
        list.add("Date");  
        list.add("Elderberry");  
  
        // 获取Iterator对象  
        Iterator<String> it = list.iterator();  
  
        // 使用hasNext()方法检查是否还有下一个元素  
        while(it.hasNext()){  
            // 使用next()方法获取下一个元素  
            String fruit = it.next();  
            System.out.println(fruit);  
        }  
    }  
}

二、Map

    Map是一个独立于Collection接口的接口，代表一个具有**键值对**的映射。Map接口提供了一些方法来处理键值对，如根据键获取值，根据键添加或更新值等

1.Map类结构

Map接口是Java集合框架中的一部分，它提供了许多方法来操作键值对，一般我们使用Map的子类HashMap。以下是Map的一些常用方法：

1. put(K key, V value)：将一个键值对添加到Map中。如果键已经存在，则更新对应的值。
2. get(Object key)：根据指定的键从Map中获取对应的值。
3. remove(Object key)：从Map中删除指定的键值对。
4. containsKey(Object key)：检查Map中是否包含指定的键。
5. containsValue(Object value)：检查Map中是否包含指定的值。
6. size()：返回Map中的键值对数量。
7. clear()：从Map中删除所有的键值对。

import java.util.HashMap;  
import java.util.Map;  
  
public class MapExample {  
    public static void main(String[] args) {  
        // 创建一个HashMap实例  
        Map<String, Integer> map = new HashMap<>();  
  
        // 添加键值对到Map中  
        map.put("apple", 1);  
        map.put("banana", 2);  
        map.put("orange", 3);  
  
        // 获取指定键的值  
        int value = map.get("banana");  
        System.out.println("Banana value: " + value);  
  
        // 检查Map中是否包含指定的键和值  
        boolean containsKey = map.containsKey("orange");  
        boolean containsValue = map.containsValue(2);  
        System.out.println("Contains key 'orange': " + containsKey);  
        System.out.println("Contains value 2: " + containsValue);  
  
        // 删除指定的键值对  
        map.remove("apple");  
        System.out.println("After removing 'apple': " + map);  
  
        // 获取Map中的键值对数量  
        int size = map.size();  
        System.out.println("Size of map: " + size);  
  
        // 清空Map中的所有键值对  
        map.clear();  
        System.out.println("After clearing map: " + map);  
    }  
}

三、Collections工具类

Collections工具类是一个位于java.util包下的操作Set、List和Map等集合的实用程序类。这个类提供了一系列静态的方法对集合的元素进行排序、查询和修改等操作。

例如，它提供了一个静态的binarySearch方法，这个方法可以在一个已排序的列表中搜索一个元素，如果找到了就返回该元素的索引，如果没找到就返回-1。此外，Collections类也提供了一些其他的方法，例如shuffle方法可以将一个列表的元素随机排序，sort方法可以对一个列表的元素进行排序等。

如果你想让你的集合对象变得线程安全，你可以使用Collections类提供的synchronizedList、synchronizedMap等方法。这些方法返回的集合对象是线程安全的，可以在多线程环境下使用。

举例来说：

排序集合元素：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 1, 4, 1, 5, 9);  
Collections.sort(numbers);  
System.out.println(numbers); // 输出：[1, 1, 3, 4, 5, 9]

查找集合中的最大值和最小值：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 1, 4, 1, 5, 9);  
int max = Collections.max(numbers);  
int min = Collections.min(numbers);  
System.out.println("Max: " + max); // 输出：Max: 9  
System.out.println("Min: " + min); // 输出：Min: 1

反转集合中的元素顺序：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 1, 4, 1, 5, 9);  
Collections.reverse(numbers);  
System.out.println(numbers); // 输出：[9, 5, 1, 4, 1, 3]

随机打乱集合中的元素顺序：

List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 1, 4, 1, 5, 9);  
Collections.shuffle(numbers);  
System.out.println(numbers); // 输出：[1, 5, 3, 9, 4, 1]（每次运行结果不同）

总结

Java集合类提供了一组强大的、灵活的、高效的工具，使得程序员可以更加轻松和高效地处理数据。Java集合类提供了一组统一的接口，如Collection、List、Set和Map等，这些接口定义了一些公共的操作方法，使得不同的集合类可以使用相同的代码进行操作。在实际开发中，我们也是经常使用