Java集合（3：Set和Map）

梦城忆2024-10-19 9:58

文章目录

Set

概述

  • Set集合也是一个接口，继承自Collection，与List类似，都需要通过实现类来进行操作。
    特点：
  1. 不允许包含重复的值
  2. 没有索引（就不能使用普通的for循环进行遍历）
java 复制代码 
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        //使用多态，父类的引用指向子类对象
        Set<String> set = new HashSet<>();
 
        //添加元素
        set.add("黄固");
        set.add("欧阳锋");
        set.add("段智兴");
        set.add("洪七公");
        set.add("段智兴");
        System.out.println(set);//打印集合
         //[洪七公, 黄固, 欧阳锋, 段智兴]
        //HashSet集合对于元素的读写顺序不做保证
        //相同的元素，多次存储，只能保留一个，并且不会报错
        //List集合可以存储重复元素，Set集合不行
    }
}

例：双色球

java 复制代码 
import java.util.Random;
import java.util.TreeSet;
 
public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        Random ran = new Random();//创建随机类对象
 
        int blueBall = ran.nextInt(16) + 1;
//        HashSet<Integer> redBalls = new HashSet<>();//创建集合用来存储红球
        TreeSet<Object> redBalls = new TreeSet<>();//TreeSet集合自带排序规则
 
        while (redBalls.size() < 6){
            redBalls.add(ran.nextInt(33) + 1);//将当前生成的红球直接存进集合中
            //因为Set集合不能存储重复的元素，所以去重的操作可以省略不做。
        }
        System.out.println("红球：" + redBalls + "篮球 [" + blueBall + "]");
    }
}

哈希值

Set集合的去重原理使用的是哈希值。

哈希值就是JDK根据对象地址 或者 字符串 或者数值 通过自己内部的计算出来的一个整数类型数据

public int hashCode() - 用来获取哈希值，来自于Object顶层类

对象的哈希值特点：

  • 同一个对象多次调用hashCode()方法，得到的结果是相同的。
  • 默认情况下，不同的对象的哈希值也是不同的（特殊情况除外）
java 复制代码 
public class Demo03 {
    public static void main(String[] args) {
        //相同对象哈希值相同
        System.out.println("张三".hashCode());//774889
        System.out.println("张三".hashCode());//774889
 
        //不同对象哈希值不同
        System.out.println(new Object().hashCode());
        System.out.println(new Object().hashCode());
 
        //不同的对象的哈希值也有可能相同，例外情况
        System.out.println("辂鹅".hashCode());//1179395
        System.out.println("较鸦".hashCode());//1179395
        System.out.println("辄鸇".hashCode());//1179395
        System.out.println("辅鷨".hashCode());//1179395
    }
}

HashSet去重原理

HashSet集合的特点：

  1. 底层结构是"哈希表"
  2. 集合对于读写顺序不做保证
  3. 没有索引
  4. Set集合中的内容不能重复
java 复制代码 
public class Demo04 {
    public static void main(String[] args) {
        HashSet<Student> set = new HashSet<>();
        //添加元素
        set.add(new Student("黄固",28));
        set.add(new Student("欧阳锋",38));
        set.add(new Student("段智兴",48));
        set.add(new Student("洪七公",40));
        set.add(new Student("段智兴",48));
        //从程序的角度来考虑，两个段智兴不是同一个对象，都有自己的存储空间，所以哈希值也不一样。
        for (Student stu : set) {
            System.out.println(stu);
        }
        /*
        重写hashcode和equals
        Student{name='段智兴', age=48}
        Student{name='欧阳锋', age=38}
        Student{name='洪七公', age=40}
        Student{name='黄固', age=28}
         */
    }
}

LinkedHashSet

特点:

  1. LinkedHashSet是哈希表和链表实现的Set接口，具有可预测的读写顺序。
  2. 有链表来保证元素有序
  3. 有哈希表来保证元素的唯一性
java 复制代码 
public class Demo05 {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedHashSet<String> set = new LinkedHashSet<>();
 
        //添加元素
        set.add("黄固");
        set.add("欧阳锋");
        set.add("段智兴");
        set.add("洪七公");
        set.add("段智兴");//重复的元素不能存进去
 
        System.out.println(set);//打印集合 [黄固, 欧阳锋, 段智兴, 洪七公]
    }
}

TreeSet

  1. TreeSet集合底层实际上是一个TreeMap
  2. TreeMap集合底层是一个二叉树。
  3. 放到TreeSet集合中的元素，等同于放到TreeMap集合key部分了。
  4. TreeSet集合中的元素：无序不可重复，但是可以按照元素的大小顺序自动排序。
java 复制代码 
import java.util.TreeSet;
public class TreeSetTest02 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个TreeSet集合
        TreeSet<String> ts = new TreeSet<>();
        // 添加String
        ts.add("zhangsan");
        ts.add("lisi");
        ts.add("wangwu");
        ts.add("zhangsi");
        ts.add("wangliu");
        // 遍历
        for(String s : ts){
            // 按照字典顺序，升序！
            System.out.println(s);
 
        }
        /*
        lisi
         wangliu
         wangwu
         zhangsan
         zhangsi
         */
        TreeSet<Integer> ts2 = new TreeSet<>();
        ts2.add(100);
        ts2.add(200);
        ts2.add(900);
        ts2.add(800);
        ts2.add(600);
        ts2.add(10);
        for(Integer elt : ts2){
            // 升序！
            System.out.println(elt);
        }
    }
}

自定义排序规则

对于自定义的类无法排序，因为类中对象之间没有比较规则，不知道谁大谁小。

java 复制代码 
import java.util.TreeSet;
 
public class TreeSetTest04 {
    public static void main(String[] args) {
        Customer c1 = new Customer(32);
        Customer c2 = new Customer(20);
        Customer c3 = new Customer(30);
        Customer c4 = new Customer(25);
 
        // 创建TreeSet集合
        TreeSet<Customer> customers = new TreeSet<>();
        // 添加元素
        customers.add(c1);
        customers.add(c2);
        customers.add(c3);
        customers.add(c4);
 
        // 遍历
        for (Customer c : customers){
            System.out.println(c);
        }
    }
}
 
// 放在TreeSet集合中的元素需要实现java.lang.Comparable接口。
// 并且实现compareTo方法。equals可以不写。
class Customer implements Comparable<Customer>{
 
    int age;
    public Customer(int age){
        this.age = age;
    }
    // 需要在这个方法中编写比较的逻辑，或者说比较的规则，按照什么进行比较！
    // k.compareTo(t.key)
    // 拿着参数k和集合中的每一个k进行比较，返回值可能是>0 <0 =0
    // 比较规则最终还是由程序员指定的：例如按照年龄升序。或者按照年龄降序。
    @Override
    public int compareTo(Customer c) { // c1.compareTo(c2);
        return c.age - this.age;
    }
 
    public String toString(){
        return "Customer[age="+age+"]";
    }
}

匿名内部类方式

java 复制代码 
public class TreeSetTest05 {
    public static void main(String[] args) {
//        TreeSet<Student> ts = new TreeSet<>();//默认排序规则
        TreeSet<Student> ts = new TreeSet<>(new Comparator<Student>() {
            @Override
            public int compare(Student o1, Student o2) {
                int res = o1.getAge() - o2.getAge();
                return 0 == res ? o1.getName().compareTo(o2.getName()) : res;
                 //三目运算符  等于零用姓名排序
            }
        });//默认排序规则
 
        //添加元素
        ts.add(new Student("Andy",19));
        ts.add(new Student("Jack",18));
        ts.add(new Student("Tom",21));
        ts.add(new Student("Lucy",17));
        ts.add(new Student("Bob",21)); //当年龄相同时，按照姓名的字典顺序排序
 
        for (Student stu : ts) {
            System.out.println(stu);
        }
    }
}

Comparable和Comparator怎么选择呢？

当比较规则不会发生改变的时候，或者说当比较规则只有1个的时候，建议实现Comparable接口。

如果比较规则有多个，并且需要多个比较规则之间频繁切换，建议使用Comparator接口。

Map

概述

双列集合：用来存储键值对的集合。

  • interface Map<K,V> : K(key)键 ，V(value)值
  • 将键映射到值的对象，不能出现重复的键，每个键最多可以映射到一个值

1、Map和Collection没有继承关系。

2、Map集合以key和value的方式存储数据：键值对

key和value都是引用数据类型。

key和value都是存储对象的内存地址。

key起到主导的地位，value是key的一个附属品。

Map的基本方法

方法名 说明
V put(K key,V value) 设置键值对
V remove(Object key) 删除元素
void clear() 清空集合
boolean containsKey(Object key) 判断键是否存在，存在则返回true
boolean containsValue(Object value) 判断值是否存在，存在则返回true
boolean isEmpty() 判断集合是否为空
int size() 获取集合元素个数
java 复制代码 
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
 
public class Map01 {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String,String> map = new HashMap<>();
 
        map.put("STU001","Andy");
        map.put("STU002","Jack");
        map.put("STU003","Tom");
        map.put("STU004","Bob");
        map.put("STU004","Smith");//设置（修改）
        //如果键不存在，则表示添加元素。如果键存在，则表示设置值。
 
        //删除
        System.out.println(map.remove("STU003"));  //Tom
        //判断是否包含
        System.out.println(map.containsKey("STU003"));  //false
        System.out.println(map.containsKey("STU004"));  //true
        System.out.println("-----------------------");
        System.out.println(map.containsValue("Tom"));  //false
        System.out.println(map.containsValue("Smith")); //true
 
        System.out.println("-----------------------");
        System.out.println(map.isEmpty());//判断集合是否为空   false
        map.clear();//清空集合
        System.out.println(map.isEmpty()); //true
 
        System.out.println(map); //{}
 
    }
}

Map集合的获取功能

java 复制代码 
import java.util.Collection;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Set;
 
public class map_get {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String,String> map = new HashMap<>();
 
        map.put("STU001","Andy");
        map.put("STU002","Jack");
        map.put("STU003","Tom");
        map.put("STU004","Bob");
 
        //get通过键获取值
        System.out.println(map.get("STU003"));
        System.out.println("------------------");
        //keySet 获取所有键的Set集合
        Set<String> keySet = map.keySet();
        System.out.println(keySet);
        //values  获取所有值的Collection集合
        Collection<String> values = map.values();
        System.out.println(values);
        //entrySet  获取所有键值对对象的Set集合
        Set<Map.Entry<String, String>> es = map.entrySet();
        //Map集合通过entrySet()方法转换成的这个Set集合，Set集合中元素的类型是 Map.Entry<K,V>
        //Map.Entry和String一样，都是一种类型的名字，只不过：Map.Entry是静态内部类，是Map中的静态内部类
        System.out.println(es);
         //[STU001=Andy, STU003=Tom, STU002=Jack, STU004=Bob]
         for (Map.Entry<String, String> entry:es){
             System.out.println("key:"+entry.getKey()+"    "+"value:"+entry.getValue());
         }
        /*
        key:STU001    value:Andy
        key:STU003    value:Tom
        key:STU002    value:Jack
        key:STU004    value:Bob
         */
    }
}

哈希表

通过 数组 + 链表 实现的一种数据结构

哈希表的构造方法的参数是一个长度为16个元素的数组，通过哈希值 % 16 的值，作为头节点在数组中选择对应的位置，就形成了哈希表。

HashMap

底层源码

java 复制代码 
 public class HashMap{
            // HashMap底层实际上就是一个数组。（一维数组）
            Node<K,V>[] table;
            // 静态的内部类HashMap.Node
            static class Node<K,V> {
                final int hash; // 哈希值（哈希值是key的hashCode()方法的执行结果。hash值通过哈希函数/算法，可以转换存储成数组的下标。）
                final K key; // 存储到Map集合中的那个key
                V value; // 存储到Map集合中的那个value
                Node<K,V> next; // 下一个节点的内存地址。
            }
        }

特点

  • 1、无序，不可重复。

    为什么无序？ 因为不一定挂到哪个单向链表上。

    不可重复是怎么保证的？ equals方法来保证HashMap集合的key不可重复。

    如果key重复了，value会覆盖。

  • 2、放在HashMap集合key部分的元素其实就是放到HashSet集合中了。

    所以HashSet集合中的元素也需要同时重写hashCode()+equals()方法。

  • 3、HashMap集合的默认初始化容量是16，默认加载因子是0.75

    这个默认加载因子是当HashMap集合底层数组的容量达到75%的时候，数组以二叉树开始扩容。

重点，记住：HashMap集合初始化容量必须是2的倍数，这也是官方推荐的，

这是因为达到散列均匀，为了提高HashMap集合的存取效率，所必须的。

注意

1.向Map集合中存，以及从Map集合中取，都是先调用key的hashCode方法，然后再调用equals方法！ equals方法有可能调用，也有可能不调用。 拿put(k,v)举例，什么时候equals不会调用？

k.hashCode()方法返回哈希值， 哈希值经过哈希算法转换成数组下标。 数组下标位置上如果是null，equals不需要执行。 拿get(k)举例，什么时候equals不会调用？ k.hashCode()方法返回哈希值， 哈希值经过哈希算法转换成数组下标。 数组下标位置上如果是null，equals不需要执行。

4.假设将所有的hashCode()方法返回值固定为某个值，那么会导致底层哈希表变成了 纯单向链表。

这种情况我们成为：散列分布不均匀。什么是散列分布均匀？
假设有100个元素，10个单向链表，那么每个单向链表上有10个节点，这是最好的， 是散列分布均匀的。假设将所有的hashCode()方法返回值都设定为不一样的值，可以吗，有什么问题？ 不行，因为这样的话导致底层哈希表就成为一维数组了，没有链表的概念了。 也是散列分布不均匀。散列分布均匀需要你重写hashCode()方法时有一定的技巧。

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