一、Java集合概述
Java集合框架(Java Collections Framework)是Java提供的一套用于存储和操作数据的接口、实现类和算法的统一架构。它大大简化了数据处理的复杂性,提高了代码的可重用性和效率。集合框架主要由几个核心接口组成,每个接口定义了一组操作和行为,具体实现类则提供了这些接口的具体功能。
二、集合框架的核心接口
1. Collection接口
Collection是所有单列集合的根接口,定义了基本的集合操作,如添加、删除、清空、检查是否包含元素等。
2. List接口
List继承自Collection,表示一个有序的元素集合,允许元素重复。List接口的主要实现类包括:
- ArrayList:基于动态数组,随机访问性能高,适合频繁读取的场景。
- LinkedList:基于双向链表,插入和删除操作效率高,适合频繁修改的场景。
- Vector:类似于ArrayList,但它是同步的,线程安全性高,但性能较低。
3. Set接口
Set继承自Collection,表示一个不包含重复元素的集合。Set接口的主要实现类包括:
- HashSet:基于哈希表,存储无序,允许null元素,查找速度快。
- TreeSet:基于红黑树,存储有序,自动排序,不允许null。
- LinkedHashSet:结合了HashSet和链表的特性,保持元素的插入顺序。
4. Queue接口
Queue继承自Collection,用于存储等待处理的元素,通常遵循先进先出(FIFO)的原则。Queue接口的主要实现类包括:
- PriorityQueue:基于优先级堆,实现元素的优先级排序。
- ArrayDeque:基于数组的双端队列,支持高效的插入和删除操作。
5. Map接口
Map并不继承自Collection,但它是集合框架的重要组成部分,表示键值对的集合。Map接口的主要实现类包括:
- HashMap:基于哈希表,存储无序,允许一个null键和多个null值。
- TreeMap:基于红黑树,存储有序,按键的自然顺序或自定义顺序排序。
- LinkedHashMap:结合了HashMap和链表的特性,保持键值对的插入顺序。
- Hashtable:类似于HashMap,但它是同步的,不允许null键或值。
三、集合框架的特点
1. 统一的接口
所有集合类都遵循统一的接口,提供一致的操作方式,方便使用和切换不同的实现。
2. 丰富的实现类
提供了多种数据结构的实现,如列表、集合、队列和映射,满足不同的需求。
3. 高效的性能
不同的实现类在性能上各有优势,开发者可以根据具体需求选择最合适的实现。
4. 线程安全性
部分集合类(如Vector、Hashtable)是线程安全的,同时提供了通过Collections工具类实现同步的方法。
5. 可扩展性
集合框架设计灵活,支持自定义集合实现,满足特定的业务需求。
四、常用集合类的使用示例
1. List接口的示例
java
import java.util.ArrayList;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
public class ListExample {
public static void main(String[] args) {
// ArrayList 示例
List<String> arrayList = new ArrayList<>();
arrayList.add("Apple");
arrayList.add("Banana");
arrayList.add("Cherry");
System.out.println("ArrayList: " + arrayList);
// LinkedList 示例
List<String> linkedList = new LinkedList<>();
linkedList.add("Dog");
linkedList.add("Elephant");
linkedList.add("Frog");
System.out.println("LinkedList: " + linkedList);
}
}
输出:
ArrayList: [Apple, Banana, Cherry]
LinkedList: [Dog, Elephant, Frog]
2. Set接口的示例
java
import java.util.HashSet;
import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.Set;
import java.util.TreeSet;
public class SetExample {
public static void main(String[] args) {
// HashSet 示例
Set<String> hashSet = new HashSet<>();
hashSet.add("Banana");
hashSet.add("Apple");
hashSet.add("Apple"); // 重复元素会被忽略
System.out.println("HashSet: " + hashSet);
// LinkedHashSet 示例
Set<String> linkedHashSet = new LinkedHashSet<>();
linkedHashSet.add("Banana");
linkedHashSet.add("Apple");
linkedHashSet.add("Cherry");
System.out.println("LinkedHashSet: " + linkedHashSet);
// TreeSet 示例
Set<String> treeSet = new TreeSet<>();
treeSet.add("Dog");
treeSet.add("Cat");
treeSet.add("Elephant");
System.out.println("TreeSet: " + treeSet);
}
}
输出:
HashSet: [Banana, Apple]
LinkedHashSet: [Banana, Apple, Cherry]
TreeSet: [Cat, Dog, Elephant]
3. Queue接口的示例
java
import java.util.ArrayDeque;
import java.util.PriorityQueue;
import java.util.Queue;
public class QueueExample {
public static void main(String[] args) {
// PriorityQueue 示例
Queue<Integer> priorityQueue = new PriorityQueue<>();
priorityQueue.add(10);
priorityQueue.add(1);
priorityQueue.add(5);
while (!priorityQueue.isEmpty()) {
System.out.println(priorityQueue.poll());
}
}
}
输出:
1
5
10
4. Map接口的示例
java
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.TreeMap;
public class MapExample {
public static void main(String[] args) {
// HashMap 示例
Map<String, Integer> hashMap = new HashMap<>();
hashMap.put("Apple", 3);
hashMap.put("Banana", 1);
hashMap.put("Cherry", 2);
System.out.println("HashMap: " + hashMap);
// TreeMap 示例
Map<String, Integer> treeMap = new TreeMap<>();
treeMap.put("Dog", 3);
treeMap.put("Elephant", 1);
treeMap.put("Frog", 2);
System.out.println("TreeMap: " + treeMap);
}
}
输出:
HashMap: {Apple=3, Banana=1, Cherry=2}
TreeMap: {Dog=3, Elephant=1, Frog=2}
五、集合框架的遍历
在Java中,集合框架提供了多种方式来遍历集合。以下是几种常见的遍历方式,适用于不同类型的集合(如List、Set、Map等)。
1. 使用for-each
循环(增强for循环)
适用于:List、Set、以及其他实现了Iterable
接口的集合。
java
List<String> list = Arrays.asList("A", "B", "C");
for (String item : list) {
System.out.println(item);
}
2. 使用迭代器(Iterator)
适用于:List、Set、以及其他实现了Iterable
接口的集合。
java
List<String> list = Arrays.asList("A", "B", "C");
Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
System.out.println(iterator.next());
}
3. 使用ListIterator
适用于:List及其实现类,提供了双向遍历的功能。
java
List<String> list = Arrays.asList("A", "B", "C");
ListIterator<String> listIterator = list.listIterator();
while (listIterator.hasNext()) {
System.out.println(listIterator.next());
}
// 逆向遍历
while (listIterator.hasPrevious()) {
System.out.println(listIterator.previous());
}
4. 使用Java 8的Stream API
适用于:所有集合类型。
java
List<String> list = Arrays.asList("A", "B", "C");
list.stream().forEach(item -> {
System.out.println(item);
});
5. 使用索引(适用于List)
适用于:List及其实现类。
java
List<String> list = Arrays.asList("A", "B", "C");
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
System.out.println(list.get(i));
}
6. 遍历Map
6.1 使用keySet
遍历键
java
Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
map.put("A", 1);
map.put("B", 2);
map.put("C", 3);
for (String key : map.keySet()) {
System.out.println("Key: " + key + ", Value: " + map.get(key));
}
6.2 使用entrySet
遍历键值对
java
for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {
System.out.println("Key: " + entry.getKey() + ", Value: " + entry.getValue());
}
6.3 使用values
遍历值
java
for (Integer value : map.values()) {
System.out.println("Value: " + value);
}
7. 使用Java 8的Map.forEach
方法
java
map.forEach((key, value) -> {
System.out.println("Key: " + key + ", Value: " + value);
});
不同的遍历方式适用于不同的场景,可以根据具体需求选择合适的遍历方法。