Java 集合框架

java 集合框架

java 提供了一些特定类,用来存储和操作对象组,比如:dictionary, vector, stack, 和 properties。

这些类各有各的实现,没有统一的访问和操作方式,所以使用 vector 类的方式和使用 properties 类的方式有着很大不同

集合框架被设计成要满足以下几个目标:

  • 该框架必须是高性能的。基本集合(动态数组,链表,树,哈希表)的实现也必须是高效的。
  • 该框架允许不同类型的集合,以类似的方式工作,具有高度的互操作性。
  • 对一个集合的扩展和适应必须是简单的。

为此,整个集合框架就围绕一组标准接口而设计。你可以直接使用这些接口的标准实现,诸如: linkedlist, hashset, 和 treeset 等,除此之外你也可以通过这些接口实现自己的集合。

从上面的集合框架图可以看到,java 集合框架主要包括两种类型的容器,一种是集合(collection),存储一个元素集合,另一种是图(map),存储键/值对映射。collection 接口又有 3 种子类型,list、set 和 queue,再下面是一些抽象类,最后是具体实现类,常用的有 arraylistlinkedlisthashset、linkedhashset、hashmap、linkedhashmap 等等。

集合框架是一个用来代表和操纵集合的统一架构。所有的集合框架都包含如下内容:

  • 接口:是代表集合的抽象数据类型。例如 collection、list、set、map 等。之所以定义多个接口,是为了以不同的方式操作集合对象
  • 实现(类):是集合接口的具体实现。从本质上讲,它们是可重复使用的数据结构,例如:arraylist、linkedlist、hashset、hashmap。
  • 算法:是实现集合接口的对象里的方法执行的一些有用的计算,例如:搜索和排序。这些算法被称为多态,那是因为相同的方法可以在相似的接口上有着不同的实现。

除了集合,该框架也定义了几个 map 接口和类。map 里存储的是键/值对。尽管 map 不是集合,但是它们完全整合在集合中。

 

1. 集合框架体系

java 集合框架提供了一套性能优良,使用方便的接口和类,java集合框架位于java.util包中, 所以当使用集合框架的时候需要进行导包。

 

2. 集合接口

集合框架定义了一些接口。本节提供了每个接口的概述:

序号 接口描述
1 collection 接口

collection 是最基本的集合接口,一个 collection 代表一组 object,即 collection 的元素, java不提供直接继承自collection的类,只提供继承于的子接口(如list和set)。

collection 接口存储一组不唯一,无序的对象。

2 list 接口

list接口是一个有序的 collection,使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置,能够通过索引(元素在list中位置,类似于数组的下标)来访问list中的元素,第一个元素的索引为 0,而且允许有相同的元素。

list 接口存储一组不唯一,有序(插入顺序)的对象。

3 set

set 具有与 collection 完全一样的接口,只是行为上不同,set 不保存重复的元素。

set 接口存储一组唯一,无序的对象。

4 sortedset
继承于set保存有序的集合。
5 map

map 接口存储一组键值对象,提供key(键)到value(值)的映射。

6 map.entry
描述在一个map中的一个元素(键/值对)。是一个 map 的内部接口。
7 sortedmap
继承于 map,使 key 保持在升序排列。
8 enumeration
这是一个传统的接口和定义的方法,通过它可以枚举(一次获得一个)对象集合中的元素。这个传统接口已被迭代器取代。

 

3. set 和 list 区别

  • 1. set 接口范例存储的是无序的,不重复的数据。list 接口范例存储的是有序的,可以重复的元素。
  • 2. set检索效率低下,删除和插入效率高,插入和删除不会引起元素位置改变 <实现类有hashset,treeset>。
  • 3. 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> 。

 

4. 集合实现类(集合类)

java提供了一套实现了collection接口的标准集合类。其中一些是具体类,这些类可以直接拿来使用,而另外一些是抽象类,提供了接口的部分实现。

标准集合类汇总于下表:

序号 类描述
1 abstractcollection 
实现了大部分的集合接口。
2 abstractlist 
继承于abstractcollection 并且实现了大部分list接口。
3 abstractsequentiallist 
继承于 abstractlist ,提供了对数据元素的链式访问而不是随机访问。
4 linkedlist

该类实现了list接口,允许有null(空)元素。主要用于创建链表数据结构,该类没有同步方法,如果多个线程同时访问一个list,则必须自己实现访问同步,解决方法就是在创建list时候构造一个同步的list。例如:

list list=collections.synchronizedlist(newlinkedlist(...));

linkedlist 查找效率低。

5 arraylist

该类也是实现了list的接口,实现了可变大小的数组,随机访问和遍历元素时,提供更好的性能。该类也是非同步的,在多线程的情况下不要使用。arraylist 增长当前长度的50%,插入删除效率低。

6 abstractset 
继承于abstractcollection 并且实现了大部分set接口。
7 hashset

该类实现了set接口,不允许出现重复元素,不保证集合中元素的顺序,允许包含值为null的元素,但最多只能一个。

8 linkedhashset
具有可预知迭代顺序的 set 接口的哈希表和链接列表实现。
9 treeset

该类实现了set接口,可以实现排序等功能。

10 abstractmap 
实现了大部分的map接口。
11 hashmap
hashmap 是一个散列表,它存储的内容是键值对(key-value)映射。
该类实现了map接口,根据键的hashcode值存储数据,具有很快的访问速度,最多允许一条记录的键为null,不支持线程同步。
12 treemap
继承了abstractmap,并且使用一颗树。
13 weakhashmap
继承abstractmap类,使用弱密钥的哈希表。
14 linkedhashmap
继承于hashmap,使用元素的自然顺序对元素进行排序.
15 identityhashmap
继承abstractmap类,比较文档时使用引用相等。

在前面的教程中已经讨论通过java.util包中定义的类,如下所示:

序号 类描述
1 vector

该类和arraylist非常相似,但是该类是同步的,可以用在多线程的情况,该类允许设置默认的增长长度,默认扩容方式为原来的2倍。

2 stack
栈是vector的一个子类,它实现了一个标准的后进先出的栈。
3 dictionary
dictionary 类是一个抽象类,用来存储键/值对,作用和map类相似。
4 hashtable

hashtable 是 dictionary(字典) 类的子类,位于 java.util 包中。

5 properties
properties 继承于 hashtable,表示一个持久的属性集,属性列表中每个键及其对应值都是一个字符串。
6 bitset
一个bitset类创建一种特殊类型的数组来保存位值。bitset中数组大小会随需要增加。

 

5. 集合算法

集合框架定义了几种算法,可用于集合和映射。这些算法被定义为集合类的静态方法。

在尝试比较不兼容的类型时,一些方法能够抛出 classcastexception异常。当试图修改一个不可修改的集合时,抛出unsupportedoperationexception异常。

集合定义三个静态的变量:empty_set,empty_list,empty_map的。这些变量都不可改变。

序号 算法描述
1 collection algorithms
这里是一个列表中的所有算法实现。

 

 

6. 如何使用迭代器

通常情况下,你会希望遍历一个集合中的元素。例如,显示集合中的每个元素。

一般遍历数组都是采用for循环或者增强for,这两个方法也可以用在集合框架,但是还有一种方法是采用迭代器遍历集合框架,它是一个对象,实现了iterator 接口或 listiterator接口。

迭代器,使你能够通过循环来得到或删除集合的元素。listiterator 继承了 iterator,以允许双向遍历列表和修改元素。

序号 迭代器方法描述
1 使用 java iterator
这里通过范例列出 iterator 和 listiterator 接口提供的所有方法。

 

7. 遍历 arraylist

import java.util.*;

public class test{
    public static void main(string[] args) {
        list<string> list=new arraylist<string>();
        list.add("hello");
        list.add("world");
        list.add("hahahaha");
        //第一种遍历方法使用 for-each 遍历 list
        for (string str : list) {            
            //也可以改写 for(int i=0;i<list.size();i++) 这种形式
            system.out.println(str);
        }
    
        //第二种遍历,把链表变为数组相关的内容进行遍历
        string[] strarray=new string[list.size()];
        list.toarray(strarray);
        for(int i=0;i<strarray.length;i++) //这里也可以改写为  for(string str:strarray) 这种形式
        {
        system.out.println(strarray[i]);
        }
        
    //第三种遍历 使用迭代器进行相关遍历
        
        iterator<string> ite=list.iterator();
        while(ite.hasnext())//判断下一个元素之后有值
        {
            system.out.println(ite.next());
        }
    }
}

解析:

三种方法都是用来遍历arraylist集合,第三种方法是采用迭代器的方法,该方法可以不用担心在遍历的过程中会超出集合的长度。

 

8. 遍历 map

import java.util.*;

public class test{
    public static void main(string[] args) {
        map map = new hashmap();
        map.put("1", "value1");
        map.put("2", "value2");
        map.put("3", "value3");
        
        //第一种:普遍使用,二次取值
        system.out.println("通过map.keyset遍历key和value:");
        for (string key : map.keyset()) {
            system.out.println("key= "+ key + " and value= " + map.get(key));
        }
        
        //第二种
        system.out.println("通过map.entryset使用iterator遍历key和value:");
        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());
        }
        
        //第三种:推荐,尤其是容量大时
        system.out.println("通过map.entryset遍历key和value");
        for (map.entry<string, string> entry : map.entryset()) {
            system.out.println("key= " + entry.getkey() + " and value= " + entry.getvalue());
        }

        //第四种
        system.out.println("通过map.values()遍历所有的value,但不能遍历key");
        for (string v : map.values()) {
            system.out.println("value= " + v);
        }
    }
}

 

9. 如何使用比较器

treeset和treemap的按照排序顺序来存储元素. 然而,这是通过比较器来精确定义按照什么样的排序顺序。

这个接口可以让我们以不同的方式来排序一个集合。

序号 比较器方法描述
1 使用 java comparator
这里通过范例列出comparator接口提供的所有方法

 

10. 总结

java集合框架为程序员提供了预先包装的数据结构和算法来操纵他们。

集合是一个对象,可容纳其他对象的引用。集合接口声明对每一种类型的集合可以执行的操作。

集合框架的类和接口均在java.util包中。

任何对象加入集合类后,自动转变为object类型,所以在取出的时候,需要进行强制类型转换。

下一节:java arraylist

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