Java-集合进阶

1.集合体系结构

分为单列集合（Collection）和双列集合（Map）

List系列集合：添加的元素是有序（存和取的顺序一样）、可重复、有索引

Set系列集合：添加的元素是无序、不重复、无索引

2.Collection

Collection是单列集合的祖宗接口，它的功能是全部单列集合都可以继续使用的。Collection是一个接口，不能直接创建对象，只能创建实现类的对象，比如ArrayList。

2.1基本方法

Collection里面定义的方法是共性的方法，所以不能通过索引对元素进行删除，只能通过元素的对象进行删除。

contains方法的底层是依赖equals方法进行判断是否存在的。如果集合中存储的是自定义对象，也想通过equals来判断是否包含，那在JavaBean中要重写equals方法。

2.2Collection的遍历方式：

1）迭代器遍历：

--特点：迭代器不依赖索引

--迭代器在Java中的类Iterator，迭代器是集合专用的遍历方式

--Collection集合获取迭代器：

--Iterator中常用的方法：

Iterator<String> it = c.iterator();//创建指针
        while (it.hasNext()) {//判断是否有元素
            String s = it.next();//获取元素，移动指针
            System.out.println(s);
        }

细节：

--报错NoSuchElementException

--迭代器遍历完毕，指针不会复位

--循环中只能使用一次next方法

--迭代器遍历时，不能用集合的方法进行增加或者删除。如果实在要删除，可以使用迭代器里面的方法remove进行删除

2）增强for遍历：

底层就是迭代器，为了简化迭代器的代码书写的，是jdk5之后出现的，其内部原理就是一个iterator迭代器。

所有的单列集合和数组才可以用增强for进行遍历。

/**
 * 基本格式
 * for(元素的数据类型 变量名：数组或集合）{
 *
 * }
 * 修改增强for中的变量，不会改变集合中原本的元素
 */

for(String s:c){
    System.out.println(s);
}

3）Lambda表达式遍历：

/**
 * 底层原理：自己会遍历集合，依次得到每一个元素，
 * 将得到的元素交给accept方法，s表示依次得到的每一个元素
 */
c.forEach(new Consumer<String>() {
    @Override
    public void accept(String s) {
        System.out.println(s);
    }
});

//替换为lambda表达式
c.forEach(s-> System.out.println(s));

3.List集合

3.1基本方法

Collection的方法List都继承了，但是List有索引

remove方法删除元素的细节：

继承了Collection的remove方法和自己的remove方法，在调用方法的时候如果方法出现重载现象，优先调用实参类型和形参类型一致的方法，如果实在要通过元素进行删除，可以手动装箱把数据编程包装类。

3.2遍历方式

1）迭代器遍历

2）列表迭代器遍历（独有的）

listIterator()迭代器，和迭代器差不多，使用方法一致，但是额外增加了一个方法，可以使用add方法添加元素

3）增强for遍历

4）Lambda表达式遍历

5）普通for循环

4.ArrayList集合

1）利用空参创建的集合，在底层创建一个默认长度为0的数组

2）添加第一个元素时，底层会创建一个新的长度为10的数组

3）存满时，会扩容1.5倍，也就是15--接着再存满时持续扩容

4）如果一次添加多个元素，1.5倍还放不下，则新创建数组的长度以实际为准

5.LinkedList集合

1）底层数据结构是双链表，查询慢，增删快，但是如果操作的是首尾元素，速度也是极快的

2）LinkedList本身有很多直接操作首尾元素的特有API

6.泛型深入

6.1泛型基本概述

泛型：是jdk5中引入的特性，可以在编译阶段约束操作的数据类型，并进行检查。

泛型格式：<数据类型>

注意：泛型只能支持引用数据类型

泛型的好处：1）统一数据类型 2）把运行时期的问题提前到了编译时间，避免了强制类型转换可能出现的异常，因为在编译阶段类型就能确定下来

拓展：Java中的泛型是伪泛型

解释：编译的时候检查添加的字符串是否符合泛型，如果不是，直接编译报错，

细节：

1）泛型中不写基本数据类型

2）指定泛型的具体类型后，传递数据时，可以传入该类类型或者其子类类型

3）如果不写成泛型，默认类型是Object

6.2泛型的使用

泛型可以在很多地方进行定义：类后面（泛型类），方法上面（泛型方法），接口后面（泛型接口）

1）泛型类

使用场景：当一个类中，某个变量的数据类型不确定时，就可以定义带有泛型的类

格式：修饰符 class 类名<类型>{} 不确定类型时，可以把类型写成E就表示是不确定类型

此处的E可以理解为变量，但是不是用来记录数据的，而是记录数据的类型

2）泛型方法

使用场景：方法中形参类型不确定的时候，可以使用类名后面定义的泛型（所有方法都能使用）或者在方法申明上定义自己的泛型（只有本方法可以使用）

格式：修饰符 <类型> 返回值类型 方法名（类型 变量名）{}

3）泛型接口

格式：修饰符 interface 接口名<类型>{}

使用方式：1）实现类给出具体类型 2）实现类延续泛型，创建对象时再确定

6.3泛型的继承和通配符

泛型不具备继承性，但是数据具备继承性

public class test{
    public static void main(String[] args) {
        
        ArrayList<Ye> list1 = new ArrayList<>();
        ArrayList<Fu> list2 = new ArrayList<>();
        ArrayList<Zi> list3 = new ArrayList<>();
        
        method(list1);
        //因为泛型不具备继承性
        method(list2);//报错
        method(list3);//报错


        //以下方式不会报错--因为数据可以继承
        list1.add(new Ye());
        list1.add(new Fu());
        list1.add(new Zi());
    }
    
    public static void method(ArrayList<Ye> list){
        
    }

    //如果使用E泛型写的话，那任何类型的数据都可以装配进去
    public static<E> void method2(ArrayList<E> list){
        
    }
    
}
class Ye{}
class Fu extends Ye{}
class Zi extends Fu{}

使用通配符解决以上问题：? extends E:表示可以传递E或者E所有的子类类型

? super E:表示可以传递E或者E所有的父类类型

应用场景：

1.如果在定义类、方法、接口的时候，如果类型不确定，就可以定义泛型类、泛型方法、泛型接口

2.如果类型不确定，但是能指定以后只能传递某个继承体系中的，就可以使用泛型的通配符

7.Set集合

Set集合的特点：无序、不重复、无索引

Set接口中的方法上基本与Collection的API一致

7.1HashSet

无序、不重复、无索引

HashSet集合底层是采取哈希表存储数据。哈希表是一种对于增删改查数据性能都比较好的结构

在jdk8之前：哈希表是由数组+链表组成的

在jdk8开始：哈希表是由数组+链表+红黑树组成的

哈希值：哈希值对象整数的表现形式

哈希值是根据hashCode方法算出来的int类型的整数

该方法定义在Object类中，所有对象都可以调用，默认使用地址值进行计算

一般情况下，会重写hashCode方法，利用对象内部的属性值计算哈希值

对象的哈希值特点：

如果没有重写hashCode方法，不同对象计算出的哈希值是不同的

如果已经重写hashCode方法，不同的对象只要属性值相同，计算出的哈希值就是一样的

在小部分情况下，不同的属性值或者不同的地址值计算出来的哈希值也有可能一样（哈希碰撞）

hashSet的底层原理：

jdk8以后，当链表长度超过8且数组长度大于等于64时，自动转换为红黑树

如果集合中存储的是自定义对象，必须要重写hashCode和equals方法

7.2LinkedHashSet

有序、不重复、无索引

底层原理：底层数据结构依然是哈希表，知识每个元素又额外的多了一个双链表的机制记录存储顺序。

7.3TreeSet

可排序、不重复、无索引

底层原理：TreeSet集合底层是基于红黑树的数据结构实现排序的，增删改查性能都比较好

TreeSet默认的规则：

对于数值类型：Integer、double，默认找从小到大的顺序进行排序

对于字符、字符串类型：按照字符在ASCII码表中的数字升序进行排序

TreeSet的两种比较方式：

方式一：默认排序/自然排序：Javabean类实现Comparable接口指定比较规则

方式二：比较器排序：创建TreeSet对象时候，传递比较器Comparable指定规则

使用规则：默认使用第一种，如果第一种不能满足当前需求，就使用第二种

8.双列集合

特点：

1）双列集合一次需要存一对数据，分别为键和值

2）键不能重复，值可以重复

3）键和值是一一对应的，每一个键只能找到自己对应的值

4）键+值这个整体称之位键值对

Map常见API：

Map是双列集合的顶层接口，它的功能是全部双列集合都可以继承使用的

put添加元素的时候，如果键不存在，那么直接把键值对对象添加到map集合当中，方法返回null。

如果键存在，那么原有的键值对对象被覆盖，会把被覆盖的值进行返回。

Map的遍历方式：

1）键找值：map.keySet();获取键集合，map.get(key);获取值

2）键值对：Set<Map.Entry<String, String>> entries = map.entrySet();获取键值对对象，String key = entry.getKey(); String value = entry.getValue();获取键和值

3）Lambda表达式

8.1HashMap

HashMap的特点：

1）HashMap是Map里面的一个实现类

2）没有额外需要学习的特有方法，直接使用Map里面的方法就可以了

3）特点都是由键决定的：无序、不重复、无索引

4）hashMap和hashSet的底层原理是一样的，都是哈希表结构的，依赖hashCode和equals方法保证键的唯一性。如果键存储的是自定义对象，需要重写hashCode和equals方法；如果值存储的是自定义对象，不需要重写hashCode和equals方法

8.2LinkedHashMap

特点：

1）由键决定：有序（存和取的顺序一样）、不重复、无索引

2）原理：底层数据结构是哈希表，只是每个键值对元素额外多了一个双链表的机制记录存储顺序

8.3TreeMap

特点：

1）TreeMap跟TreeSet底层原理一样，都是红黑树结构的

2）由键决定特性：不重复、无索引、可 排序（对键进行排序）

3）默认按照键的从小到大进行排序，也可以自己规定键的排序规则

书写两种排序规则：

1）实现Comparable接口，指定比较规则

2）创建集合时进行传递Comparator比较器对象，指定比较规则

9.Collections

java.util.Collections是集合类工具。作用：Collections不是集合，而是集合的工具类

常用API：

10.不可变集合

应用场景：

1）如果某个数据不能被修改，把它防御性地拷贝到不可变集合中是个很好的实践。

2）或者当集合对象被不可信的库调用时，不可变形式是安全的。

在List、Set、Map接口中，都存在静态的of方法，可以获取一个不可变的集合。

一旦创建无法修改、添加、删除，只能进行查询操作。

三个方法的细节：

List：直接使用

Set：元素不能重复

Map：元素不能重复、键值对数量最多10个，超过十个用ofEntries方法。jdk10之后还可以使用copyof的方法