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Java回顾之集合

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发表于 2017-4-11 18:36:11 |显示全部楼层
Java回顾之集合
  在这篇文章里,我们关注Java中的集合(Collection)。集合是编程语言中基础的一部分,Java自JDK早期,就引入了Java Collection Framework。设计JCF的那个人,后来还写了一本书,叫《Effective Java》。
  Java中的集合主要集中在2部分,一部分是java.util包中,一部分是java.util.concurrent中,后者是在前者的基础上,定义了一些实现了同步功能的集合。
  这篇文章主要关注java.util下的各种集合对象。Java中的集合对象可以粗略的分为3类:List、Set和Map。对应的UML图如下(包括了java.util下大部分的集合对象):
  (这张图经过缩放已经变形,完整清晰版图片请参见:http://files.cnblogs.com/wing011203/java_collection_structure.zip,解压缩后就可以看到未经缩放的版本。)
  Collection概述
  Java集合中的List和Set都从Collection出来,它是一个学习集合很不错的入口,它包含了集合中通常需要有的操作:
  • 添加元素:add/addAll
  • 清空集合:clear
  • 删除元素:remove/removeAll
  • 判断集合中是否包含某元素:contains/containsAll
  • 判断集合是否为空:isEmpty
  • 计算集合中元素的个数:size
  • 将集合转换为数组:toArray
  • 获取迭代器:iterator
  我们来看一个简单的例子,下面的代码会返回一个集合,集合中的元素是随机生成的整数:
[url=][/url]
1 private static Collection initCollection() 2 { 3     Collection<Integer> collection = new ArrayList<Integer>(); 4     Random r = new Random(); 5     for (int i = 0 ; i < 5; i++) 6     { 7         collection.add(new Integer(r.nextInt(100))); 8     } 9     10     return collection;11 }[url=][/url]

  在对集合进行操作的过程中,遍历是一个经常使用的操作,我们可以使用两种方式对集合进行遍历:
  1) 使用迭代器对集合进行遍历。正如上面描述Collection接口时所说,所有集合都会有一个迭代器,我们可以用它来遍历集合。
[url=][/url]
1 private static void AccessCollectionByIterator(Collection<Integer> collection)2 {3     Iterator<Integer> iterator = collection.iterator();4     System.out.println("The value in the list:");5     while(iterator.hasNext())6     {7         System.out.println(iterator.next());8     }9 }[url=][/url]

  2)使用foreach遍历集合。
[url=][/url]
1 private static void accessCollectionByFor(Collection<Integer> collection)2 {3     System.out.println("The value in the list:");4     for(Integer value : collection)5     {6         System.out.println(value);7     }8 }[url=][/url]

  List
  Java中的List是对数组的有效扩展,它是这样一种结构,如果不使用泛型,它可以容纳任何类型的元素,如果使用泛型,那么它只能容纳泛型指定的类型的元素。和数组相比,List的容量是可以动态扩展的。
  List中的元素是可以重复的,里面的元素是“有序”的,这里的“有序”,并不是排序的意思,而是说我们可以对某个元素在集合中的位置进行指定。
  List中常用的集合对象包括:ArrayList、Vector和LinkedList,其中前两者是基于数组来进行存储,后者是基于链表进行存储。其中Vector是线程安全的,其余两个不是线程安全的。
  List中是可以包括null的,即使是使用了泛型。
  ArrayList可能是我们平时用到的最多的集合对象了,在上述的示例代码中,我们也是使用它来实例化一个Collection对象,在此不再赘述。
  Vector
  Vector的示例如下,首先我们看如何生成和输出Vector:
[url=][/url]
1 private static void vectorTest1() 2 { 3     List<Integer> list = new Vector<Integer>(); 4     for (int i = 0 ; i < 5; i++) 5     { 6         list.add(new Integer(100)); 7     } 8     list.add(null); 9     System.out.println("size of vector is " + list.size());10     System.out.println(list);11 }[url=][/url]

  它的元素中,既包括了重复元素,也包括了null,输出结果如下:
size of vector is 6[100, 100, 100, 100, 100, null]
  下面的示例,演示了Vector中的一些常用方法:
[url=][/url]
1 private static void vectorTest2() 2 { 3     Vector<Integer> list = new Vector<Integer>(); 4     Random r = new Random(); 5     for (int i = 0 ; i < 10; i++) 6     { 7         list.add(new Integer(r.nextInt(100))); 8     } 9     System.out.println("size of vector is " + list.size());10     System.out.println(list);11     System.out.println(list.firstElement());12     System.out.println(list.lastElement());13     System.out.println(list.subList(3, 8));14     List<Integer> temp = new ArrayList<Integer>();15     for(int i = 4; i < 7; i++)16     {17         temp.add(list.get(i));18     }19     list.retainAll(temp);20     System.out.println("size of vector is " + list.size());21     System.out.println(list);22 }[url=][/url]

  它的输出结果如下:
[url=][/url]
size of vector is 10[39, 41, 20, 9, 29, 32, 54, 12, 94, 82]3982[9, 29, 32, 54, 12]size of vector is 3[29, 32, 54][url=][/url]

  LinkedList
  LinkedList使用链表来存储数据,它的示例代码如下:
LinkedList示例
  这里列出了LinkedList常用的各个方法,从方法名可以看出,LinkedList也可以用来实现栈和队列。
  输出结果如下:
[url=][/url]
size of linked list is 11[17, 21, 5, 84, 19, 57, 68, 26, 27, 47, null]1717null1717null1721null5size of linked list is 8[100, 84, 19, 57, 68, 26, 27, 47][url=][/url]

  Set
  Set 和List类似,都是用来存储单个元素,单个元素的数量不确定。但Set不能包含重复元素,如果向Set中插入两个相同元素,那么后一个元素不会被插入。
  Set可以大致分为两类:不排序Set和排序Set,不排序Set包括HashSet和LinkedHashSet,排序Set主要指TreeSet。其中HashSet和LinkedHashSet可以包含null。
  HashSet
  HashSet是由Hash表支持的一种集合,它不是线程安全的。
  我们来看下面的示例,它和Vector的第一个示例基本上是相同的:
[url=][/url]
1 private static void hashSetTest1() 2 { 3     Set<Integer> set = new HashSet<Integer>(); 4      5     for (int i = 0; i < 3; i++) 6     { 7         set.add(new Integer(100)); 8     } 9     set.add(null);10     11     System.out.println("size of set is " + set.size());12     System.out.println(set);13 }[url=][/url]

  这里,HashSet中没有包含重复元素,但包含了null,和Vector不同,这里的输出结果如下
size of set is 2[null, 100]
  对于HashSet是如何判断两个元素是否是重复的,我们可以深入考察一下。Object中也定义了equals方法,对于HashSet中的元素,它是根据equals方法来判断元素是否相等的,为了证明这一点,我们可以定义个“不正常”的类型:
[url=][/url]
1 class MyInteger 2 { 3     private Integer value; 4      5     public MyInteger(Integer value) 6     { 7         this.value = value; 8     } 9     10     public String tostring()11     {12         return String.valueOf(value);13     }14     15     public int hashCode()16     {17         return 1;18     }19     20     public boolean equals(Object obj)21     {22         return false;23     }24 }[url=][/url]

  可以看到,对于MyInteger来说,对于任意两个实例,我们都认为它是不相等的。
  下面是对应的测试方法:
[url=][/url]
1 private static void hashSetTest2() 2 { 3     Set<MyInteger> set = new HashSet<MyInteger>(); 4      5     for (int i = 0; i < 3; i++) 6     { 7         set.add(new MyInteger(100)); 8     } 9     10     System.out.println("size of set is " + set.size());11     System.out.println(set);12 }[url=][/url]

  它的输出结果如下:
size of set is 3[100, 100, 100]
  可以看到,现在HashSet里有“重复”元素了,但对于MyInteger来说,它们不是“相同”的。
  TreeSet
  TreeSet是支持排序的一种Set,它的父接口是SortedSet。
  我们首先来看一下TreeSet都有哪些基本操作:
[url=][/url]
1 private static void treeSetTest1() 2 { 3     TreeSet<Integer> set = new TreeSet<Integer>(); 4      5     Random r = new Random(); 6     for (int i = 0 ; i < 5; i++) 7     { 8         set.add(new Integer(r.nextInt(100))); 9     }10 11     System.out.println(set);12     System.out.println(set.first());13     System.out.println(set.last());14     System.out.println(set.descendingSet());15     System.out.println(set.headSet(new Integer(50)));16     System.out.println(set.tailSet(new Integer(50)));17     System.out.println(set.subSet(30, 60));18     System.out.println(set.floor(50));19     System.out.println(set.ceiling(50));20 }[url=][/url]

  它的输出结果如下:
[url=][/url]
[8, 42, 48, 49, 53]853[53, 49, 48, 42, 8][8, 42, 48, 49][53][42, 48, 49, 53]4953[url=][/url]

  TreeSet中的元素,一般都实现了Comparable接口,默认情况下,对于Integer来说,SortedList是采用升序来存储的,我们也可以自定义Compare方式,例如以降序的方式来存储。
  下面,我们首先重新定义Integer:
定义MyInteger2对象
  下面是测试代码:
[url=][/url]
1 private static void treeSetTest2() 2 { 3     TreeSet<Integer> set1 = new TreeSet<Integer>(); 4     TreeSet<MyInteger2> set2 = new TreeSet<MyInteger2>(); 5     Random r = new Random(); 6     for (int i = 0 ; i < 5; i++) 7     { 8         int value = r.nextInt(100); 9         set1.add(new Integer(value));10         set2.add(new MyInteger2(value));11     }12     System.out.println("Set1 as below:");13     System.out.println(set1);14     System.out.println("Set2 as below:");15     System.out.println(set2);16 }[url=][/url]

  代码的运行结果如我们所预期的那样,如下所示:
Set1 as below:[13, 41, 42, 45, 61]Set2 as below:[61, 45, 42, 41, 13]
  Map
  Map中存储的是“键值对”,和Set类似,Java中的Map也有两种:排序的和不排序的,不排序的包括HashMap、Hashtable和LinkedHashMap,排序的包括TreeMap。
  非排序Map
  HashMap和Hashtable都是采取Hash表的方式进行存储,HashMap不是线程安全的,Hashtable是线程安全的,我们可以把HashMap看做是“简化”版的Hashtable。
  HashMap是可以存储null的,无论是对Key还是对Value。Hashtable是不可以存储null的。
  无论HashMap还是Hashtable,我们观察它的构造函数,就会发现它可以有两个参数:initialCapacity和loadFactor,默认情况下,initialCapacity等于16,loadFactor等于0.75。这和Hash表中可以存放的元素数目有关系,当元素数目超过initialCapacity*loadFactor时,会触发rehash方法,对hash表进行扩容。如果我们需要向其中插入过多元素,需要适当调整这两个参数。
  我们首先来看HashMap的示例:
[url=][/url]
1 private static void hashMapTest1() 2 { 3     Map<Integer,String> map = new HashMap<Integer, String>(); 4      5     map.put(new Integer(1), "a"); 6     map.put(new Integer(2), "b"); 7     map.put(new Integer(3), "c"); 8      9     System.out.println(map);10     System.out.println(map.entrySet());11     System.out.println(map.keySet());12     System.out.println(map.values());13 }[url=][/url]

  这会输出HashMap里的元素信息,如下所示。
{1=a, 2=b, 3=c}[1=a, 2=b, 3=c][1, 2, 3][a, b, c]
  下面的示例是对null的演示:
[url=][/url]
1 private static void hashMapTest2() 2 { 3     Map<Integer,String> map = new HashMap<Integer, String>(); 4      5     map.put(null, null); 6     map.put(null, null); 7     map.put(new Integer(4), null); 8     map.put(new Integer(5), null); 9     10     System.out.println(map);11     System.out.println(map.entrySet());12     System.out.println(map.keySet());13     System.out.println(map.values());14 }[url=][/url]

  执行结果如下:
{null=null, 4=null, 5=null}[null=null, 4=null, 5=null][null, 4, 5][null, null, null]
  接下来我们演示Hashtable,和上述两个示例基本上完全一样(代码不再展开):
Hashtable示例
  执行结果如下:
[url=][/url]
{3=c, 2=b, 1=a}[3=c, 2=b, 1=a][3, 2, 1][c, b, a]Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException    at java.util.Hashtable.put(Unknown Source)    at sample.collections.MapSample.hashTableTest2(MapSample.java:61)    at sample.collections.MapSample.main(MapSample.java:11)[url=][/url]

  可以很清楚的看到,当我们试图将null插入到hashtable中时,报出了空指针异常。
  排序Map
  排序Map主要是指TreeMap,它对元素增、删、查操作时的时间复杂度都是O(log(n))。它不是线程安全的。
  它的特点和TreeSet非常像,这里不再赘述。

    作者:李胜攀
    出处:http://wing011203.cnblogs.com/

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