基础容器
基本接口
java 提供了一些基础容器类,可以用特定的方式组织、存储和操作对象数据。这些集合框架分为两大分支:Collection 接口和 Map 接口。
所有容器都定义在 java.util 文件夹内,使用时需要进行导入。
Collection 接口
【集合】用特定的方式组织、存储和操作对象数据。有三个常用子接口 List 接口、Queue 接口、Set 接口。
Collection 接口以及所有子接口和子方法 都定义在 java.util 文件夹内,使用时需进行导入。
// 修改
collection.add(1); // 添加元素
collection.remove(1); // 删除元素
collection.clear(); // 清除所有元素
// 查询
collection.isEmpty(); // 判断集合是否为空
collection.size(); // 返回集合元素个数
collection.contains(1): // 判断集合中是否含有元素
// 多集合操作
collection.addAll(c2); // 并操作,添加其他集合中元素
collection.removeAll(c2); // 减操作,删除和其他集合共有元素
collection.retainAll(c2); // 交操作,只保留和其他集合共有元素
collection.equals(c2); // 判断是否和其他集合元素相同
collection.containsAll(c2); // 判断是否包含其它集合所有元素
// 创建迭代器
Iterator<Integer> iter = collection.iterator();Copy to clipboardErrorCopied
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List 接口
【列表】元素有序,可以按索引操作。
// 修改
list.add("data1"); // 末尾添加元素
list.add(0, "data0"); // 插入元素
list.remove(0); // 按索引删除元素(int)
list.remove("data"); // 按内容删除对象元素(Object)
list.remove(new Integer(3)); // 按内容删除基础类型元素
list.clear(); // 清除所有元素
list.set(0, "data2"); // 修改元素
// 查找
list.isEmpty(); // 判定是否为空
list.size(); // 查询列表元素个数
list.contains("data3"); // 判定是否含有元素
list.get(1); // 按索引查找元素
list.indexOf("data1"); // 查询索引号:如果有返回第一个,没有返回-1
list.lastIndexOf("data1"); // 查询索引号:如果有返回最后一个,没有返回-1
// 转化
list.toString(); // 转化为字符串
list.toArray(); // 转化为 Object[] 数组
(String [])list.toArray(); // 转化为对象数组,但不能是基础类型Copy to clipboardErrorCopied
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Queue 接口
【队列】元素有序,在队列尾插入/在队列首移除。常用 Deque 子接口。
//修改
queue.offer(10); // 队列尾插入元素,队列满返回 false
queue.peek(); // 获取队列首元素,队列空返回 null
queue.poll(); // 获取并移除队列首元素,队列空返回 null
queue.clear(); // 清空元素
/* offer/peek/poll 方法可以用 add/get/remove 方法代替,但队列空/满时会抛出异常。 */
// 查找
queue.isEmpty(); // 判定是否为空
queue.size(); // 查询列表元素个数
queue.contains("data3"); // 判定是否含有元素Copy to clipboardErrorCopied
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Deque 接口
【双端队列】元素可以在两端进出。
deque.offerFirst(e); // 队列首添加元素
deque.pollFirst(); // 队列首移除元素
deque.peekFirst(); // 获取队列首元素
deque.offerLast(e); // 队列尾添加元素
deque.pollLast(); // 队列尾移除元素
deque.peekLast(); // 获取队列尾元素
/* offer/peek/poll 方法可以用 add/get/remove 方法代替,但队列空/满时会抛出异常。 */Copy to clipboardErrorCopied
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Set 接口
【集】数据不可重复。
// 修改
set.add("data"); // 添加元素
set.remove("data"); // 删除元素
set.clear(); // 清除所有元素
// 查询
set.get(1); // 按序号查找元素(仅限于有序的 set 接口)
set.isEmpty(); // 判断是否为空
set.size(); // 返回元素个数
set.contains("data"); // 判定是否含有元素Copy to clipboardErrorCopied
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HashSet 类无序,因此不支持 get 方法:获取对象必须要通过 Iterator 来遍历。
Collections 类
Collections 类是针对集合类的一个帮助类,他提供一系列静态方法实现各种集合操作。
排序操作(主要针对 List 接口)
Collections.swap(list, 1, 2); // 元素交换顺序
Collections.shuffle(list); // 元素随机排序
Collections.reverse(list); // 元素颠倒排序
Collections.sort(list); // 元素按大小排序,可以自定义比较顺序
Collections.rotate(list, 2); // 元素右移指定长度Copy to clipboardErrorCopied
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查找和替换
Collections.binarySearch(list, "data"); // 二分查找元素索引,只适用于有序集合
Collections.max(list); // 返回最大元素,可以自定义比较顺序
Collections.min(list); // 返回最小元素,可以自定义比较顺序
Collections.frequency(list, "data"); // 返回对象出现次数
Collections.fill(list, "data"); // 使用指定元素填充
Collections.replaceAll(list, "old", "new"); // 使用指定元素替换Copy to clipboardErrorCopied
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上锁(主要针对 List 接口)
调用 Collections 类中的 synchronizedList 方法,可以将 List 接口转换成线程安全的容器使用。
List 接口中的方法都会被添加 synchronized 锁(效率不高)。但是 iterator 方法没有加锁,如果要遍历还需要在外层加锁。
List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList());
synchronized (list) {
Iterator i = list.iterator();
while (i.hasNext())
foo(i.next());
}Copy to clipboardErrorCopied
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Map 接口
【图】组织存储 key-value 的数据元素组合:内部实际存储的是 Map.Entry<K, V>
静态内部类。
Entry 类可以通过 getKey、getValue、setKey、setValue 方法调整数据。
Map 接口方法
map.put("key_1",1); // 添加键值对,已有 key 则覆盖 value
map.putIfAbsent("key_2",2); // 添加键值对,已有 key 则不操作
map.remove("key_1"); // 删除键值对(按值)
map.remove("key_2",2); // 删除键值对(按键值)
map.get("key_1"); // 获取值, key 不存在返回null
map.getOrDefault("key_2",-1); // 获取值, key 不存在返回默认值
map.containsKey("key_1"); // 判断 key 是否存在
map.containsValue(1); // 判断 value 是否存在 Copy to clipboardErrorCopied
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线性存储
ArrayList 类
【数组序列】实现了 List 接口,内部使用 Object 数组存储:
可以高效地按索引进行元素修改和查询。
添加元素时动态扩容:当容量满后,ArrayList 类会新建一个 1.5 倍容量的新数组,然后将当前数组数据全部复制过去。
ArrayList 构造方法
List<Integer> list = new ArrayList<>(); // 默认初始容量为 10
List<Integer> list = new ArrayList<>(100); // 自定义初始容量
List<Integer> list = new ArrayList<>(queue); // 构造时直接复制其他容器元素(可以是任何 Collection 类)
List list = new ArrayList(); // 未指定元素类型则为 Object 类Copy to clipboardErrorCopied
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LinkedList 类
【链表序列】实现了 List 和 Deque 接口。内部使用双向链表存储:
可以高效地进行元素插入和删除。
容量无限。
LinkedList 构造方法
List<String> list = new LinkedList<>(); // 创建空对象
List<String> list = new LinkedList<>(queue); // 复制其他容器元素Copy to clipboardErrorCopied
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ArrayDeque 类
【数组双端队列】实现了 Deque 接口。内部使用 Object 数组存储(不允许存储 null 值):
可以高效进行元素查找和尾部插入取出,是用作队列、双端队列、栈甚至递归树的绝佳选择。
添加元素时动态扩容:当容量满后,ArrayDeque 类会新建一个 1.5 倍容量的新数组,然后将当前数组数据全部复制过去。
ArrayDeque 构造方法
ArrayDeque<String> queue = new ArrayDeque<>(); // 创建空对象
ArrayDeque<String> queue = new ArrayDeque<>(list); // 复制其他容器元素Copy to clipboardErrorCopied
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PriorityQueue 类
【无界优先级队列】实现了 Queue 接口。内部使用 Object 数组存储(不允许存储 null 值):
PriorityQueue 类内会自动对元素进行排序,是作为堆的绝佳选择。但实际在数组中并不是有序存储,而只保证队首元素是最小值:每次弹出队首元素后会自动查找剩余队列中的最小元素放到队首。
添加元素时动态扩容:当容量满后,PriorityQueue 类会新建一个 1.5 倍容量的新数组,然后将当前数组数据全部复制过去。
PriorityQueue 构造方法
开发者在构造队列时可通过重写 compare 方法自定义排序规则。如果存储未重写 compareTo 方法的自定义对象,则必须重写 compare 方法。
// 默认排序方法
PriorityQueue<Integer> queue = new PriorityQueue<Integer>();
// 自定义排序方法(Lambda 表达式)
PriorityQueue<Student> queue = new PriorityQueue<Student>((s1, s2) -> {
if(s1.getScore() == s2.getScore()){
return s1.getName().compareTo(s2.getName());
}
return s1.getScore() - s2.getScore();
});Copy to clipboardErrorCopied
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哈希存储
HashMap 类
【哈希表】 实现 Map 接口。底层使用散列存储:构造一个 Entry 数组,根据 key 的 hash 值将 Entry 存入指定位置。
key 值无序且不可重复,且允许 null 作为 key 值存在。
发生哈希冲突时,HashMap 采用链表保存多个元素。当链表长度大于 8 时,链表自动转化为红黑树。
达到负载因数后,HashMap 将调用 resize 方法动态扩容:新建一个 2 倍容量的新数组复制当前数组的数据。
HashMap 构造方法
Map<String,Integer> map = new HashMap<>(); // 默认初始容量 16 负载因数 0.75
Map<String,Integer> map = new HashMap<>(32); // 自定义初始容量
Map<String,Integer> map = new HashMap<>(32, 0.5f); // 自定义初始容量和负载因数Copy to clipboardErrorCopied
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LinkedHashMap 类
【链式哈希表】继承 HashMap 类。
底层使用散列存储:构造一个 Entry 数组,根据 key 的 hash 值将 Entry 存入指定位置。
Entry 额外添加了引用 before & after ,使哈希表内的所有 Entry 构成一个双向链表维护 Entry 的顺序。
LinkedHashMap 构造方法
在默认情况下 Entry 按照插入顺序排序,可指定创建时的初始容量和负载因数。
Map<String,Integer> map = new LinkedHashMap<>(); // 默认初始容量 16 负载因数 0.75
Map<String,Integer> map = new LinkedHashMap<>(32); // 自定义初始容量
Map<String,Integer> map = new LinkedHashMap<>(32, 0.5f); // 自定义初始容量和负载因数Copy to clipboardErrorCopied
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Entry 也可以按照访问顺序排序:对 Entry 进行操作时会先删除再插入,将 Entry 移动到双向链表的表尾。
Map<String,Integer> map = new LinkedHashMap<>(32,0.5f, true); // 基于访问顺序排序Copy to clipboardErrorCopied
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LinkedHashMap 类提供了 removeEldestEntry 方法,在使用 put 操作插入 Entry 时将自动调用此方法决定是否移除双向链表表头的 Entry:默认返回 false ,可通过重写此方法以实现 LRU 算法。
// Entry 超过容量后自动删除最久未使用的 Entry
Map<String,Integer> map = new LinkedHashMap<>(capacity, 0.5f, true){
@Override
protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) {
return size() > capacity;
}
};Copy to clipboardErrorCopied
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TreeMap 类
【树表】 实现了 Map 接口。底层使用红黑树存储:Entry 按照 key 值大小插入红黑树,并动态调整红黑树高度。
TreeMap 类方法
TreeMap 类提供了以下专属方法使用。
map.firstKey(); // 返回最小 key
map.lastKey(); // 返回最大 key
map.ceilingKey("10"); // 返回大于等于10的最小 Key,不存在则返回 null
map.ceilingEntry("10"); // 返回大于等于10的最小 Key 的键值对(getKey / getValue 方法)
map.floorKey("10"); // 返回小于等于10的最大 Key,不存在则返回 null
map.floorEntry("10"); // 返回小于等于10的最大 Key 的键值对Copy to clipboardErrorCopied
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Set 子类
HashSet 类:【散列集】基于 HashMap 类实现。
LinkedHashSet 类:【链式散列集】基于 LinkedHashMap 类实现。
TreeSet 类:【树集】基于 TreeMap 类实现。
元素遍历
遍历容器
Iterable 接口
是集合框架的顶级接口,被所有容器类都实现。
提供 iterator 方法,用来创建一个实现了 Iterator 接口的 iterator 对象:按容器类规定的顺序实现遍历集合。
JDK 1.8 引入 foreach 方法遍历集合。效率更高,但不能对元素进行删除操作,否则会抛出异常。
Iterator 接口
提供了 hasNext、next、remove 三个方法,可以按容器类规定的顺序实现遍历集合。
遍历顺序
List / Queue 接口
Map / Set 接口
HashSet/HashMap 类:在返回数据时没有特别的顺序。
LinkedHashSet/LinkedHashMap 类:默认按插入顺序返回数据,也可以按访问顺序返回。
TreeSet/TreeMap 类:在返回数据时按 key 值从小到大排列,即按照树的中序遍历返回。
遍历方法
Collection 接口
List<String> list = new ArrayList<>();
// iterator 遍历
Iterator<Integer> iter = list.iterator();
while(iter.hasNext()){
int num = iter.next();
if(num < 0) iter.remove();
}
// 随机遍历(效率更高,但不能进行删除操作)
for (String str : list) {
System.out.println(str);
}Copy to clipboardErrorCopied
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Map 接口
Map<String,String> map=new HashMap<String,String>();
// iterator 遍历
Iterator<Map.Entry<String, String>> iter = map.entrySet().iterator();
while (iter.hasNext()) {
Map.Entry<String, String> entry = iter.next();
System.out.println(entry.getKey() + entry.getValue());
}
// 随机遍历(效率更高,但不能进行删除操作)
for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
System.out.println(entry.getKey() + entry.getValue());
}
// 只遍历 key
for (String key : map.keySet()) {
System.out.println(key + map.get(key));
}
// 只遍历 value
for (String value : map.values()) {
System.out.println(value);
}Copy to clipboardErrorCopied
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遍历失败
在迭代元素的时候不能通过集合的方法修改或删除元素,但可以通过迭代器的 remove 方法删除元素。
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