集合

我们在进行Java程序开发的时候,除了最常用的基础数据类型和String对象外,也经常会用到集合相关类。
集合类存放的都是对象的引用,而非对象本身,出于表达上的便利,我们称集合中的对象就是指集合中对象的引用。

集合类型主要有3种:List、Set、和Map。
它们之间的关系可用下图来表示:
20180410191542757.png

注:Map不是collections的子类,但是它们完全整合在集合中了!

List

List 接口是继承于 Collection接口并定义 一个允许重复项的有序集合。该接口不但能够对列表的一部分进行处理,还添加了面向位置的操作。

一般来说,我们在单线程中主要使用的List是ArrayList和LinkedList来实现,多线程则是使用Vector或者使用Collections.sychronizedList来装饰一个集合。
这三个的解释如下:

  • ArrayList:内部是通过数组实现的,它允许对元素进行快随机访问。当从ArrayList的中间位置插入或者删除元素时,需要对数组进行复制、移动、代价比较高。因此,它适合随机查找和遍历,不适合插入和删除。
  • LinkedList: 则是链表结构存储数据的,很适合数据的动态插入和删除,随机访问和遍历速度比较慢。另外,他还提供了List接口中没有定义的方法,专门用于操作表头和表尾元素,可以当作堆栈、队列和双向队列使用。
  • Vector: 通过数组实现的,不同的是它支持线程的同步。访问速度ArrayList慢。

它们的用法如下:

List list1 = new ArrayList();
List list2 = new LinkedList();
List list3 = new Vector();
List list4=Collections.synchronizedList(new ArrayList())

在了解了它们的用法之后,我们来看看为什么说使用ArrayList比LinkedList查询快,使用LinkedList比ArrayList新增和删除快!
这里也用以下代码来进行说明,顺便也将Vector进行比较。

private final static int count=50000;
private static ArrayList arrayList = new ArrayList<>();  
   private static LinkedList linkedList = new LinkedList<>();  
   private static Vector vector = new Vector<>();  

public static void main(String[] args) {
    insertList(arrayList);
    insertList(linkedList);
    insertList(vector);

    System.out.println("--------------------");

    readList(arrayList);
    readList(linkedList);
    readList(vector);

    System.out.println("--------------------");

    delList(arrayList);
    delList(linkedList);
    delList(vector);
}
private  static void insertList(List list){   
     long start=System.currentTimeMillis();   
     Object o = new Object();   
     for(int i=0;i<count;i++){   
         list.add(0, o);   
     }
    System.out.println(getName(list)+"插入"+count+"条数据,耗时:"+(System.currentTimeMillis()-start)+"ms");
 }   
private  static void readList(List list){   
     long start=System.currentTimeMillis();   
     Object o = new Object();   
     for(int i = 0 ; i < count ; i++){  
            list.get(i);  
        }
    System.out.println(getName(list)+"查询"+count+"条数据,耗时:"+(System.currentTimeMillis()-start)+"ms");
 }  
private  static void delList(List list){   
     long start=System.currentTimeMillis();   
     Object o = new Object();   
     for(int i = 0 ; i < count ; i++){  
         list.remove(0);   
        }
    System.out.println(getName(list)+"删除"+count+"条数据,耗时:"+(System.currentTimeMillis()-start)+"ms");
 }  
private static String getName(List list) {  
       String name = "";  
       if(list instanceof ArrayList){  
           name = "ArrayList";  
       }  
       else if(list instanceof LinkedList){  
           name = "LinkedList";  
       }  
       else if(list instanceof Vector){  
           name = "Vector";  
       }  
       return name;  
   }

结果:

ArrayList插入50000条数据,耗时:281ms
LinkedList插入50000条数据,耗时:2ms
Vector插入50000条数据,耗时:274ms
--------------------
ArrayList查询50000条数据,耗时:1ms
LinkedList查询50000条数据,耗时:1060ms
Vector查询50000条数据,耗时:2ms
--------------------
ArrayList删除50000条数据,耗时:143ms
LinkedList删除50000条数据,耗时:1ms
Vector删除50000条数据,耗时:137ms

从上述结果中,可以明显看出ArrayList和LinkedList在新增、删除和查询性能上的区别。

在集合中,我们一般用于存储数据。不过有时在有多个集合的时候,我们想将这几个集合做合集、交集、差集和并集的操作。在List中,这些方法已经封装好了,我们无需在进行编写相应的代码,直接拿来使用就行。

代码示例如下:

    /**
     * 合集
     * @param ls1
     * @param ls2
     * @return
     */
    private static List<String> addAll(List<String> ls1,List<String>ls2){
        ls1.addAll(ls2);
        return ls1;
    }

    /**
     * 交集 (retainAll 会删除 ls1在ls2中没有的元素)
     * @param ls1
     * @param ls2
     * @return
     */
    private static List<String> retainAll(List<String> ls1,List<String>ls2){
        ls1.retainAll(ls2);
        return ls1;
    }

    /**
     * 差集 (删除ls2中没有ls1中的元素)
     * @param ls1
     * @param ls2
     * @return
     */
    private static List<String> removeAll(List<String> ls1,List<String>ls2){
        ls1.removeAll(ls2);
        return ls1;
    }

    /**
     * 无重复的并集 (ls1和ls2中并集,并无重复)
     * @param ls1
     * @param ls2
     * @return
     */
    private static List<String> andAll(List<String> ls1,List<String>ls2){
        //删除在ls1中出现的元素
        ls2.removeAll(ls1);
        //将剩余的ls2中的元素添加到ls1中
        ls1.addAll(ls2);
        return ls1;
    }

当然,经常用到的还有对List进行遍历。
List数组遍历主要有这三种方法,普通的for循环,增强for循环(jdk1.5之后出现),和Iterator(迭代器)。

List<String> list=new ArrayList<String>();
   list.add("a");
   list.add("b");
   list.add("c");

   for(int i=0;i<list.size();i++){
       System.out.println(list.get(i));
   }
   for (String str : list) {  
       System.out.println(str);
   }

   Iterator<String> iterator=list.iterator();
   while(iterator.hasNext())
   {
       System.out.println(iterator.next());
   }

说明:
普通的for循环和增强for循环区别不大,主要区别在于普通的for循环可以获取集合的下标,而增强for循环则不可以。但增强for循环写起来方法,如果不需要获取具体集合的下标,推荐使用增强for循环。至于Iterator(迭代器)这种也是无法获取数据下标,但是该方法可以不用担心在遍历的过程中会集合的长度发生改变。也就是在遍历的时候对集合进行增加和删除。

Map

Map 接口并不是 Collection 接口的继承。Map提供key到value的映射。一个Map中不能包含相同的key,每个key只能映射一个value。Map接口提供3种集合的视图,Map的内容可以被当作一组key集合,一组value集合,或者一组key-value映射。

Map接口主要由HashMap、TreeMap、LinkedHashMap、Hashtable和ConcurrentHashMap这几个类实现。
它们的解释如下:

  • HashMap: HashMap的键是根据HashCode来获取,所以根据键可以很快的获取相应的值。不过它的键对象是不可以重复的,它允许键为Null,但是最多只能有一条记录,不过却是可以允许多条记录的值为Null。因为HashMap是非线程安全的,所以它的效率很高。
  • TreeMap:可以将保存的记录根据键进行排序,默认是按键值的升序排序(自然顺序)。也可以指定排序的比较器,当用Iterator遍历TreeMap时,得到的记录是排过序的。它也是不允许key值为空,并且不是线程安全的。
  • LinkedHashMap:LinkedHashMap基本和HashMap一致。不过区别在与LinkedHashMap是维护一个双链表,可以将里面的数据按写入 的顺序读出。可以认为LinkedHashMap是HashMap+LinkedList。即它既使用HashMap操作数据结构,又使用LinkedList维护插入元素的先后顺序。它也不是线程安全的。
  • Hashtable:Hashtable与HashMap类似,可以说是HashMap的线程安全版。不过它是不允许记录的键或者值为null。因为它支持线程的同步,是线程安全的,所以也导致了Hashtale在效率较低。
  • ConcurrentHashMap: ConcurrentHashMap在Java 1.5作为Hashtable的替代选择新引入的。使用锁分段技术技术来保证线程安全的,可以看作是Hashtable的升级版。

在工作中,我们使用得最多的Map应该是HashMap。不过有时在使用Map的时候,需要进行自然顺序排序。这里我们就可以使用TreeMap,而不必自己实现这个功能。TreeMap的使用和HashMap差不多。不过需要注意的是TreeMap是不允许key为null。 这里简单的介绍下TreeMap的使用。

Map<String,Object> hashMap=new HashMap<String,Object>();
    hashMap.put("a", 1);
    hashMap.put("c", 3);
    hashMap.put("b", 2);
    System.out.println("HashMap:"+hashMap);

    Map<String,Object> treeMap=new TreeMap<String,Object>();
    treeMap.put("a", 1);
    treeMap.put("c", 3);
    treeMap.put("b", 2);
    System.out.println("TreeMap:"+treeMap);

结果:
HashMap:{b=2, c=3, a=1}
TreeMap:{a=1, b=2, c=3}

上述中可以看出HashMap是无序的,TreeMap是有序的。

在使用Map的时候,也会对Map进行遍历。一般遍历Map的key和value有三种方式:
第一种通过Map.keySet遍历;
第二种通过Map.entrySet使用iterator遍历;
第三种是通过Map.entrySet进行遍历。

使用如下:

Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
for (String key : map.keySet()) {
      System.out.println("key= "+ key + " and value= " + map.get(key));
     }
 Iterator<Map.Entry<String, String>> it = map.entrySet().iterator();
   while (it.hasNext()) {
      Map.Entry<String, String> entry = it.next();
      System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue());
     }


     for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
      System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue());
     }

如果只想获取Map中value的话,可以使用foreach对Map.values()进行遍历:

for (String v : map.values()) {
     System.out.println("value= " + v);
 }

在上述遍历中,我们最多使用的是第一种Map.keySet,因为写起来比较简单。不过在容量大的时候,推荐使用第三种,效率会更高!

Set

Set是一种不包含重复的元素的Collection,即任意的两个元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false,Set最多有一个null元素。因为Set是一个抽象的接口,所以是不能直接实例化一个set对象。Set s = new Set() 这种写法是错误的。

Set接口主要是由HashSet、TreeSet和LinkedHashSet来实现。
它们简单的使用如下:

Set hashSet = new HashSet();
Set treeSet = new TreeSet();
Set linkedSet = new LinkedHashSet();

因为Set是无法拥有重复元素的,所以也经常用它来去重。例如在一个list集合中有两条相同的数据,想去掉一条,这时便可以使用Set的机制来去重。
代码示例:

public static void set(){
       List<String> list = new ArrayList<String>();
       list.add("Java");
       list.add("C");
       list.add("C++");
       list.add("JavaScript");
       list.add("Java");
       Set<String> set = new HashSet<String>();
       for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
           String items = list.get(i);
           System.out.println("items:"+items);
           if (!set.add(items)) {
               System.out.println("重复的数据: " + items);
           }
       }
       System.out.println("list:"+list);
}

结果:
items:Java
items:C
items:C++
items:JavaScript
items:Java
重复的数据: Java
list:[Java, C, C++, JavaScript, Java]

注意:如果是将对象进行去重的话,是需要重写set中的equals和hashcode方法的。

总结

关于集合中List、Map、Set这三个的总结如下:

  • List:List和数组类似,可以动态增长,根据实际存储的数据的长度自动增长List的长度。查找元素效率高,插入删除效率低,因为会引起其他元素位置改变 <实现类有ArrayList,LinkedList,Vector>
    • ArrayList:非线程安全,适合随机查找和遍历,不适合插入和删除。
    • LinkedList : 非线程安全,适合插入和删除,不适合查找。
    • Vector : 线程安全。不过不推荐。
  • Map:一个key到value的映射的类 。
    • HashMap:非线程安全,键和值都允许有null值存在。
    • TreeMap:非线程安全,按自然顺序或自定义顺序遍历键(key)。
    • LinkedHashMap:非线程安全,维护一个双链表,可以将里面的数据按写入的顺序读出。写入比HashMap强,新增和删除比HashMap差。
    • Hashtable:线程安全,键和值不允许有null值存在。不推荐使用。
    • ConcurrentHashMap:线程安全,Hashtable的升级版。推荐多线程使用。
  • Set:不允许重复的数据 。检索效率低下,删除和插入效率高。
    • HashSet: 非线程安全、无序、数据可为空。
    • TreeSet: 非线程安全、有序、数据不可为空。
    • LinkedHashSet:非线程安全、无序、数据可为空。写入比HashSet强,新增和删除比HashSet差。

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