JAVA 集合框架(一) Collection集合详解和常用方法

Java集合框架（Java Collections Framework）是一个强大的、高度灵活的数据结构库，它为Java应用程序提供了组织、存储和操作对象集合的标准方法。

集合类体系结构

接口类：

Collection: 是单例集合类的顶层接口，包括List、Set。
Map: 存储键值对（key-value pairs）的数据结构，不允许键重复，例如HashMap、TreeMap和LinkedHashMap。
List: 有序的、可重复的元素序列，允许通过索引进行访问，例如ArrayList、LinkedList和Vector。
Set: 不包含重复元素的集合，不保证元素的顺序，如HashSet、LinkedHashSet和TreeSet。

实现类：

ArrayList：基于动态数组实现，支持快速随机访问元素，但在插入和删除时可能需要移动大量元素。
LinkedList：基于链表实现，插入和删除操作更快，但随机访问相对较慢。
HashSet：基于哈希表实现，不允许重复元素，不保证元素的顺序。
TreeSet：基于红黑树实现，不允许重复元素且自动排序。
HashMap：基于哈希表实现，存储键值对，允许快速存取，键不能重复。
TreeMap：基于红黑树实现，存储键值对，键不能重复且自动排序。

Collection集合

java.util.Collection接口是所有单列集合（即只包含元素，不包含键值对）的顶层接口，它是Java集合框架的基础。它定义了集合对象的基本行为和操作，如添加元素、删除元素、检测集合是否为空、查询集合大小等。所有实现了 Collection 接口的类，如 List和Set，都遵循同样的基本操作。

创建Collection集合的对象

接口无法直接创建，需要使用多态的方式创建

代码示例：

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//创建集合对象
Collection<String> c = new ArrayList<>();

Collection集合常用方法

添加元素：

boolean add(E e): 将指定元素添加到集合中，如果集合因添加而发生改变则返回 true，否则返回 false。

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// 创建一个 ArrayList 实例，ArrayList 是 Collection 接口的实现类
Collection<String> list = new ArrayList<>();

// 添加元素
boolean res = list.add("Banana"); // 结果： true

boolean addAll(Collection<? extends E> c): 将指定集合中的所有元素添加到当前集合中，如果集合因添加而发生改变则返回 true，否则返回 false。

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// 创建第一个 ArrayList 实例
Collection<String> list1 = new ArrayList<>();
list1.add("Apple");
list1.add("Banana");
list1.add("Cherry");

// 创建第二个 ArrayList 实例
Collection<String> list2 = new ArrayList<>();
list2.add("Durian");
list2.add("Elderberry");
list2.add("Fig");

// 使用 addAll() 方法将 list2 中的所有元素添加到 list1 中
Collection<String> collection1 = list1;
collection1.addAll(list2);

// 输出合并后的 list1
System.out.println("合并后的 list: " + list1);

删除元素：

boolean remove(Object o): 从集合中移除指定元素，如果集合因移除而发生改变则返回 true，否则返回 false。

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// 创建第一个 ArrayList 实例
Collection<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Apple");
list.add("Banana");
list.add("Cherry");

// 删除元素
list.remove("Banana");
System.out.println("删除'Banana'后: " + list);

boolean removeAll(Collection<?> c): 从当前集合中移除与指定集合中相交的所有元素，如果集合因移除而发生改变则返回 true，否则返回 false。

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// 创建一个 ArrayList
Collection<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("Apple", "Banana", "Cherry", "Date", "Elderberry"));

// 创建另一个 ArrayList
Collection<String> toRemove = new ArrayList<>(Arrays.asList("Banana", "Date"));

// 输出原始 fruits 集合
System.out.println("原集合: " + list);

// 使用 removeAll() 方法移除 fruits 中与 toRemove 相同的元素
Collection<String> collection = list;
collection.removeAll(toRemove);

// 输出移除元素后的 fruits 集合
System.out.println("移除元素后的集合: " + list);

查询操作：

boolean contains(Object o): 判断集合中是否包含指定的元素。

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// 创建一个 ArrayList
Collection<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("Apple", "Banana", "Cherry", "Date", "Elderberry"));

// 检查集合是否包含某个元素
System.out.println("集合中是否包含 'Banana'? " + list.contains("Banana"));

boolean containsAll(Collection<?> c): 判断当前集合是否包含指定集合中的所有元素。

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// 创建一个 ArrayList
Collection<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("Apple", "Banana", "Cherry", "Date", "Elderberry"));

// 创建另一个 ArrayList
Collection<String> toContains = new ArrayList<>(Arrays.asList("Banana", "Date"));

boolean res = list.containsAll(toContains);

// 检查集合是否包含某个元素
System.out.println("第一个集合中是否包含第二个数组中的元素 ? " + res);

boolean isEmpty(): 判断集合是否为空。

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// 创建一个 ArrayList
Collection<String> list = new ArrayList<>();
// 判断集合是否为空
boolean res = list.isEmpty();
System.out.println("集合是否为空？ " + res);// 结果为：true

int size(): 返回集合中元素的个数。

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// 创建一个 ArrayList
Collection<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("Apple", "Banana", "Cherry", "Date", "Elderberry"));

// 获取集合的长度
int size = list.size();
System.out.println("集合的长度为: " + size);

其它操作：

Object[] toArray(): 返回一个包含集合中所有元素的数组。

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// 创建一个 ArrayList
Collection<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("Apple", "Banana", "Cherry", "Date", "Elderberry"));
// 集合转数组
Object[] arr = list.toArray();
// 遍历数组
for (Object ele : arr) {
    System.out.println(ele);
}

<T> T[] toArray(T[] a): 将集合转换为指定类型的数组。
- <T>：表示泛型，代表集合中元素的实际类型，这个类型会被用来创建返回的数组。
- T[] a：参数是一个对象数组，其元素类型与集合中的元素类型相同。如果传入的数组足够大（即长度大于等于集合的大小），那么集合的元素将被复制到这个数组中，并返回这个数组。如果传入的数组太小，系统会创建一个新的数组，大小正好足以容纳集合中的所有元素，并返回这个新数组。

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// 创建一个 ArrayList
Collection<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("Apple", "Banana", "Cherry", "Date", "Elderberry"));
// 使用toArray()方法将集合转换为String数组
String[] array = list.toArray(new String[0]);
// 遍历数组
for (String str : array) {
    System.out.println(str);
}

void clear(): 清除集合中的所有元素。

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 // 创建一个 ArrayList
Collection<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("Apple", "Banana", "Cherry", "Date", "Elderberry"));
// 清空集合
list.clear();
System.out.println("输出清空后的集合: "+list); // 结果为: []

遍历Collection集合

Collection集合的遍历可以通过多种方式进行，以下是几种常见的遍历方法：

迭代器（Iterator）方式：

迭代器（Iterator）是用于遍历集合（包括Set、List等实现Collection接口的类）中元素的一种设计模式。迭代器提供了一种统一的方式来访问集合中的元素，无需关心集合底层的具体实现。

迭代器的工作原理：

获取迭代器 ：要遍历一个Collection集合，首先需要获取该集合的迭代器。这通常通过调用集合的iterator()方法实现：

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Collection<String> collection = new ArrayList<>();
// ... 添加元素到collection ...
// 获取迭代器
Iterator<String> iterator = collection.iterator();

迭代过程 ：迭代器提供了如下三个基本方法来进行遍历操作：
- boolean hasNext(): 检查集合中是否还有更多的元素可以迭代。如果有，则返回true，否则返回false。
- E next(): 如果集合中还有元素，则返回下一个元素，并将迭代器内部的指针向前移动一位。如果没有更多的元素，将抛出NoSuchElementException。
- void remove(): 移除上次调用next()方法返回的元素。注意，此方法只能在调用next()之后使用，并且不能在调用next()之前或两次next()之间调用

使用迭代器遍历集合的示例：

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// 创建一个 ArrayList
Collection<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("Apple", "Banana", "Cherry", "Date", "Elderberry"));
// 获取迭代器
Iterator<String> iterator = list.iterator();
// 检测集合中是否还有元素, 取空停止循环
while (iterator.hasNext()){
    // 取出元素,并把指针向后移动一位
    String item = iterator.next();
    System.out.println(item);
}

迭代器的优点：

抽象了遍历集合的行为，使得无论集合内部数据结构，都可以采用统一的方式来遍历元素。
提供了灵活的遍历控制，比如可以根据条件决定是否继续遍历或删除当前元素。
支持fail-fast机制，在迭代过程中，如果集合发生了结构性修改（如添加、删除元素），将会立即抛出ConcurrentModificationException，防止了数据一致性问题。

增强型for循环（foreach）方式：

增强型for循环（也称作foreach循环）是Java 5引入的简洁遍历集合的方式，语法简洁易读，不需要显式调用迭代器。

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// 创建一个 ArrayList
Collection<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("Apple", "Banana", "Cherry", "Date", "Elderberry"));
// foreach方式遍历集合
for (String str : list) {
    System.out.println(str);
}

Stream API 方式：

Java 8引入的Stream API可以对集合进行流式处理，这里通过stream()方法将集合转换为Stream，然后调用forEach()方法进行遍历并处理每个元素。

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// 创建一个 ArrayList
Collection<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("Apple", "Banana", "Cherry", "Date", "Elderberry"));
// 使用Stream API方式遍历集合
list.stream().forEach(System.out::println);

传统的for循环遍历索引（仅限List接口实现类）：

对于List接口的实现类，如ArrayList、LinkedList等，还可以通过传统for循环遍历索引的方式来访问元素，但这种方法并不适用于Set接口的实现类，因为Set接口的实现类不具备索引访问能力。

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// 创建一个 ArrayList
ArrayList<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("Apple", "Banana", "Cherry", "Date", "Elderberry"));
// 使用传统for循环遍历List集合
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
    System.out.println(list.get(i));
}