17、Java集合

一、Java集合框架概述

1、概述

> 一方面， 面向对象语言对事物的体现都是以对象的形式，为了方便对 多个对象 的操作，就要对对象 进行存储 。另一方面，使用Array 存储对象方面具有 一些弊 端 ，而 Java 集合就像一种容器，可以 动态地 把多个对象的引用放入容器中。

>数组在内存存储方面的特点：

        >数组初始化以后，长度就确定了。

        >数组声明的类型，就决定了进行元素初始化时的类型

>数组在存储数据方面的弊端：

        >数组初始化以后，长度就不可变了，不便于扩展

        >数组中提供的属性和方法少，不便于进行添加、删除、插入等操作，且效率不高。同时无法直接获取存储元素的个数

        >数组存储的数据是有序的、可以重复的。 ----> 存储数据的特点单一

> Java 集合类可以用于存 储数量不等 的多个 对象 ，还可用于保存具有 映射关系 的关联数组。

2、Java 集合可分为 Collection 和 Map 两种体系

 

>Collection 接口： 单列数据，定义了存取一组对象的方法的集合

        >List ： 元素有序、可重复的集合

        >Set ： 元素无序、不可重复的集合

> Map 接口： 双列数据，保存具有映射关系“ key-value 对”的集合

2.1、Collection接口继承树

 2.2、Map接口继承树

二、Collection接口方法

1、Collection接口概述：

> Collection 接口是 List 、 Set 和 Queue 接口的父接口，该接口里定义的方法既可用于操作 Set 集合，也可用于操作 List 和 Queue 集合。

> JDK 不提供此接口的任何直接实现，而是提供更具体的子接口 ( 如： Set 和 List)实现。

> 在 Java5 之前， Java 集合会丢失容器中所有对象的数据类型，把所有对象都 当成 Object 类型处理；从 JDK 5.0 增加了 泛型 以后， Java 集合可以记住容器中对象的数据类型。

      |----Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象
          |----List接口：存储有序的、可重复的数据。  -->“动态”数组
              |----ArrayList、LinkedList、Vector

          |----Set接口：存储无序的、不可重复的数据   -->高中讲的“集合”
              |----HashSet、LinkedHashSet、TreeSet

      |----Map接口：双列集合，用来存储一对(key - value)一对的数据   -->高中函数：y =                 f(x)
              |----HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、Hashtable、Properties

2、Collection接口方法

1） 、添加

add(Object obj)

addAll(Collection coll)

2） 、获取有效元素的个数

int size()

3） 、清空集合

void clear()

4） 、是否是空集合

boolean isEmpty()

5） 、是否包含某个元素

boolean contains(Object obj) ： 是通过 元素的equals方法来判断 是否是同一个对象

boolean containsAll(Collection c) ： 也是 调用元素的equals方法 来比较的。拿两个集合的元素挨个比较。

6） 、删除

boolean remove(Object obj) ： 通过 元素的equals方法判断 是否是要删除的那个元素。 只会删除找到的第一个元素 (返回boolean值)

boolean removeAll(Collection coll) ：

7） 、取两个集合的交集

boolean retainAll(Collection c) ： 把交集的结果存在当前集合中，不影响c

8） 、集合是否相等

boolean equals(Object obj)

9） 、转成对象数组

Object[] toArray()

补充：对象数组转集合 Arrays.asList()

        List<String> str1 = Arrays.asList("AA", "BB");
        System.out.println(str1);//[AA, BB]
        System.out.println(str1.size());//2


        List<String> str2 = Arrays.asList(new String[]{"aa", "bb"});
        System.out.println(str2);//[aa, bb]
        System.out.println(str2.size());//2

    //注意：基本数据类型和包装类的区别
        List<int[]> int1 = Arrays.asList(new int[]{12, 34});
        System.out.println(int1);//[[I@6ae40994]
        System.out.println(int1.size());//1

        List<Integer> int2 = Arrays.asList(new Integer[]{12, 34});
        System.out.println(int2);//[12, 34]
        System.out.println(int2.size());//2

10） 、获取集合对象的哈希值

hashCode()

11） 、遍历

iterator() ： 返回迭代器对象，用于集合遍历

三、Iterator迭代器接口

> Iterator 对象称为迭代器 ( 设计模式的一种 ) ，主要用于遍历 Collection 集合中的元素。

> GOF 给迭代器模式的定义为：提供一种方法访问一个容器 (container) 对象中各个元素，而又不需暴露该对象的内部细节。迭代器模式，就是为容器而生。 类似于“公交车上的售票员”、“火车上的乘务员”、“空姐”。

> Collection 接口继承了 java.lang.Iterable 接口，该接口有一个 iterator() 方法，那么所有实现了Collection 接口的集合类都有一个 iterator() 方法，用以返回一个实现了Iterator接口的对象。

>Iterator 仅用于遍历集合 ， Iterator 本身并不提供承装对象的能力。如果需要创建Iterator 对象，则必须有一个被迭代的集合。

> 集合对象每次调用 iterator() 方法都得到一个全新的迭代器对象 ，默认游标都在集合的第一个元素之前。

四、Collection子接口一：List

1、List接口概述

>鉴于 Java 中数组用来存储数据的局限性，我们通常使用 List 替代数组

>List 集合类中 元素有序、且可重复 ，集合中的每个元素都有其对应的顺序索引。

> List 容器中的元素都对应一个整数型的序号记载其在容器中的位置，可以根据序号存取容器中的元素。

> JDK API 中 List 接口的实现类常用的有： ArrayList 、 LinkedList 和 Vector 。

> List 除了从 Collection 集合继承的方法外， List 集合里添加了一些根据索引来操作集合元素的方法。

        >void add(int index, Object ele): 在 index 位置插入 ele 元素

        >boolean addAll(int index, Collection eles): 从 index 位置开始将 eles 中 的所有元素添加进来

        >Object get(int index): 获取指定 index 位置的元素

        >int indexOf(Object obj): 返回 obj 在集合中首次出现的位置

        >int lastIndexOf(Object obj): 返回 obj 在当前集合中末次出现的位置

        >Object remove(int index): 移除指定 index 位置的元素，并返回此元素

        >Object set(int index, Object ele): 设置指定 index 位置的元素为 ele

        >List subList(int fromIndex, int toIndex): 返回从 fromIndex 到 toIndex 位置的子集合

* 1. List接口框架
*
*    |----Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象
*          |----List接口：存储有序的、可重复的数据。  -->“动态”数组,替换原有的数组
*              |----ArrayList：作为List接口的主要实现类；线程不安全的，效率高；底层
                使用Object[] elementData存储
*              |----LinkedList：对于频繁的插入、删除操作，使用此类效率比ArrayList高；
                底层使用双向链表存储
*              |----Vector：作为List接口的古老实现类；线程安全的，效率低；
                底层使用Object[] elementData存储
*
*
*   2. ArrayList的源码分析：
*   2.1 jdk 7情况下
*      ArrayList list = new ArrayList();//底层创建了长度是10的
        Object[]数组elementData
*      list.add(123);//elementData[0] = new Integer(123);
*      ...
*      list.add(11);//如果此次的添加导致底层elementData数组容量不够，则扩容。
*      默认情况下，扩容为原来的容量的1.5倍，同时需要将原有数组中的数据复制到新的数组中。
*
*      结论：建议开发中使用带参的构造器：ArrayList list = new ArrayList(int capacity)
*
*   2.2 jdk 8中ArrayList的变化：
*      ArrayList list = new ArrayList();//底层Object[] elementData初始化为{}.
        并没有创建长度为10的数组
*
*      list.add(123);//第一次调用add()时，底层才创建了长度10的数组，并将数据123添加
        到elementData[0]
*      ...
*      后续的添加和扩容操作与jdk 7 无异。
*   2.3 小结：jdk7中的ArrayList的对象的创建类似于单例的饿汉式，而jdk8中的ArrayList的对象
*            的创建类似于单例的懒汉式，延迟了数组的创建，节省内存。
*
*  3. LinkedList的源码分析：
*      LinkedList list = new LinkedList(); 内部声明了Node类型的first和last属性，
        默认值为null
*      list.add(123);//将123封装到Node中，创建了Node对象。
*
*      其中，Node定义为：体现了LinkedList的双向链表的说法
*      private static class Node<E> {
            E item;
            Node<E> next;
            Node<E> prev;

            Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
            }
        }
*
*   4. Vector的源码分析：jdk7和jdk8中通过Vector()构造器创建对象时，底层都创建了
        长度为10的数组。
*      在扩容方面，默认扩容为原来的数组长度的2倍。

2、常用实现类

2.1、List实现类之一：ArrayList

>ArrayList 是 List 接口的典型实现类、主要实现类

>本质上， ArrayList 是对象引用的一个 ” 变长 ” 数组

>ArrayList 的 JDK1.8 之前与之后的实现区别？

        >JDK1.7： ArrayList 像饿汉式，直接创建一个初始容量为 10 的数组

        >JDK1.8： ArrayList 像懒汉式，一开始创建一个长度为 0 的数组，当添加第一个元素时再创建一个始容量为10 的数组

>Arrays.asList(…) 方法返回的 List 集合，既不是 ArrayList 实例，也不是Vector 实例。 Arrays.asList(…) 返回值是一个固定长度的 List 集合

2.2、List实现类之二：LinkedList

>对于 频繁的插入或删除元素 的操作，建议 使用 LinkedList 类，效率较高

>新增方法：

        >void addFirst(Object obj)

        >void addLast(Object obj)

        >Object getFirst()

        >Object getLast()

        >Object removeFirst()

        >Object removeLast()

 

>LinkedList ： 双向链表 ，内部没有声明数组，而是定义了 Node 类型的 first 和 last ，用于记录首末元素。同时，定义内部类Node ，作为 LinkedList 中保存数据的基本结构。Node 除了保存数据，还定义了两个变量：

        >prev 变量记录前一个元素的位置

        >next 变量记录下一个元素的位置

2.3、List 实现类之三：Vector

>Vector 是一个古老的集合， JDK1.0 就有了。大多数操作与 ArrayList相同，区别之处在于 Vector 是线程安全的。

> 在各种 list 中，最好把 ArrayList 作为缺省选择。当插入、删除频繁时，使用LinkedList ； Vector 总是比 ArrayList 慢，所以尽量避免使用。

> 新增方法：

        >void addElement(Object obj)

        >void insertElementAt(Object obj,int index)

        >void setElementAt(Object obj,int index)

        >void removeElement(Object obj)

        >void removeAllElements()

 

2.4、ArrayList/LinkedList/Vector的异同？谈谈你的理解？ArrayList底层是什么？扩容机制？Vector和ArrayList的最大区别?

ArrayList 和 LinkedList 的异同

二者都线程不安全，相对线程安全的 Vector ，执行效率高。此外，ArrayList 是实现了基于动态数组的数据结构， LinkedList 基于链表的数据结构。对于随机访问get 和 set ， ArrayList 觉得优于 LinkedList ，因为 LinkedList 要移动指针。对于新增和删除操作add( 特指插入 ) 和 remove ， LinkedList 比较占优势，因为 ArrayList 要移动数据。

ArrayList 和 Vector 的区别

Vector 和 ArrayList 几乎是完全相同的 , 唯一的区别在于 Vector 是同步类 (synchronized) ，属于强同步类。因此开销就比ArrayList 要大，访问要慢。正常情况下 , 大多数的 Java 程序员使用ArrayList而不是 Vector, 因为同步完全可以由程序员自己来控制。 Vector 每次扩容请求其大小的2 倍空间，而 ArrayList 是 1.5 倍。 Vector 还有一个子类 Stack 。

五、Collection子接口一：Set

1、Set接口概述

>Set 接口是 Collection 的子接口， set 接口没有提供额外的方法

> Set 集合不允许包含相同的元素，如果试把两个相同的元素加入同一个Set 集合中，则添加操作失败。

>Set 判断两个对象是否相同不是使用 == 运算符，而是根据 equals() 方法

* 1. Set接口的框架：
*
* |----Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象
*          |----Set接口：存储无序的、不可重复的数据   -->高中讲的“集合”
*              |----HashSet：作为Set接口的主要实现类；线程不安全的；可以存储null值
*                  |----LinkedHashSet：作为HashSet的子类；
                    遍历其内部数据时，可以按照添加的顺序遍历;
                    对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet.(因为双向链表)
*              |----TreeSet：可以按照添加对象的指定属性，进行排序。
*
*
*  1. Set接口中没有额外定义新的方法，使用的都是Collection中声明过的方法。
*
*  2. 要求：向Set(主要指：HashSet、LinkedHashSet)中添加的数据，其所在的类一定要
        重写hashCode()和equals()
*     要求：重写的hashCode()和equals()尽可能保持一致性：相等的对象必须具有相等的散列码
*      重写两个方法的小技巧：对象中用作 equals() 方法比较的 Field，都应该用来
        计算 hashCode 值。

对set无序、不可重复的理解

以HashSet为例说明：
1. 无序性：不等于随机性。存储的数据在底层数组中并非按照数组索引的顺序添加，而是根据数据的哈希值决定的。

2. 不可重复性：保证添加的元素按照equals()判断时，不能返回true.即：相同的元素只能添加一个。

二、添加元素的过程：以HashSet为例：
    我们向HashSet中添加元素a,首先调用元素a所在类的hashCode()方法，计算元素a的哈希值，
    此哈希值接着通过某种算法计算出在HashSet底层数组中的存放位置（即为：索引位置），判断
    数组此位置上是否已经有元素：
        如果此位置上没有其他元素，则元素a添加成功。 --->情况1
        如果此位置上有其他元素b(或以链表形式存在的多个元素），则比较元素a与元素b的hash值：
            如果hash值不相同，则元素a添加成功。--->情况2
            如果hash值相同，进而需要调用元素a所在类的equals()方法：
                   equals()返回true,元素a添加失败
                   equals()返回false,则元素a添加成功。--->情况2

    对于添加成功的情况2和情况3而言：元素a 与已经存在指定索引位置上数据以链表的方式存储。
    jdk 7 :元素a放到数组中，指向原来的元素。
    jdk 8 :原来的元素在数组中，指向元素a
    总结：七上八下

    HashSet底层：数组+链表的结构。

2、Set实现类

2.1、Set实现类之一：HashSet

> HashSet 是 Set 接口的典型实现，大多数时候使用 Set 集合时都使用这个实现类。

>HashSet 按 Hash 算法来存储集合中的元素，因此具有很好的存取、查找、删除性能。

>HashSet 具有以下特点：

        >不能保证元素的排列顺序

        >HashSet 不是线程安全的

        >集合元素可以是 null

>HashSet 集合判断两个元素相等的标准 ： 两个对象通过 hashCode() 方法比较相等，并且两个对象的 equals() 方法返回值也相等。

> 对于存放在 Set 容器中的对象， 对应的类一定要重写 equals() 和 hashCode(Object obj) 方法，以实现对象相等规则。即：“相等的对象必须具有相等的散列码”。

> 向 HashSet 中添加元素的过程：

        >当向 HashSet 集合中存入一个元素时， HashSet 会调用该对象的 hashCode() 方法来得到该对象的 hashCode 值，然后根据 hashCode 值，通过某种散列函数决定该对象在 HashSet 底层数组中 的存储位置。（这个散列函数会与底层数组的长度相计算得到在数组中的下标，并且这种散列函数计算还尽可能保证能均匀存储元素，越是散列分布，该散列函数设计的越好）

        >如果两个元素的 hashCode() 值相等，会再继续调用 equals 方法，如果 equals 方法结果为true ，添加失败；如果为 false ，那么会保存该元素，但是该数组的位置已经有元素了，那么会通过 链表的方式 继续链接。

> 如果两个元素的 equals() 方法返回 true ，但它们的 hashCode() 返回值不相等，hashSet 将会把它们存储在不同的位置，但依然可以添加成功。

2.2、重写HashCode()方法的基本原则

>在程序运行时，同一个对象多次调用 hashCode() 方法应该返回相同的值。

>当两个对象的 equals() 方法比较返回 true 时，这两个对象的 hashCode()方法的返回值也应相等。

> 对象中用作 equals() 方法比较的 Field ，都应该用来计算 hashCode 值。

 2.3、重写equals()方法的基本原则

以自定义的 Customer 类为例，何时需要重写 equals() ？

>当一个类有自己特有的“逻辑相等”概念 , 当改写 equals() 的时候，总是要改写hashCode() ，根据一个类的 equals 方法（改写后），两个截然不同的实例有可能在逻辑上是相等的，但是，根据Object.hashCode() 方法， 它们仅仅是两个对象。

>因此，违反了 “相等的对象必须具有相等的散列码”。

> 结论：复写 equals 方法的时候一般都需要同时复写 hashCode 方法。 通 常参与计算 hashCode 的对象的属性也应该参与到 equals() 中进行计算。

2.4、Eclipse/IDEA工具里hashCode()的重写

以 Eclipse/IDEA 为例，在自定义类中可以调用工具自动重写 equals 和 hashCode 。问题： 为什么用 Eclipse/IDEA 复写 hashCode 方法，有 31 这个数字？

>选择系数的时候要选择尽量大的系数。因为如果计算出来的 hash 地址越大，所谓的“冲突”就越少，查找起来效率也会提高。（减少冲突）

> 并且 31 只占用 5bits, 相乘造成数据溢出的概率较小。

>31 可以 由 i*31== (i<<5)-1 来表示 , 现在很多虚拟机里面都有做相关优化。（提高算法效率）

>31 是一个素数，素数作用就是如果我用一个数字来乘以这个素数，那么最终出来的结果只能被素数本身和被乘数还有1 来整除！ ( 减少冲突 )

2.5、Set实现类之二：LinkedHashSet

>LinkedHashSet 是 HashSet 的子类

>LinkedHashSet 根据元素的 hashCode 值来决定元素的存储位置，但它同时使用双向链表维护元素的次序，这使得元素看起来是以 插入顺序保存 的。

> LinkedHashSet 插入性能略低于 HashSet ， 但在迭代访问 Set 里的全部元素时有很好的性能。

> LinkedHashSet 不允许集合元素重复。

//提示hashCode
HashSet set = new HashSet();
Person p1 = new Person(1001,"AA");
Person p2 = new Person(1002,"BB");
set.add(p1);
set.add(p2);
p1.name = "CC";
set.remove(p1);
System.out.println(set);
set.add(new Person(1001,"CC"));
System.out.println(set);
set.add(new Person(1001,"AA"));
System.out.println(set);

//在List内去除重复数字值，要求尽量简单

public static List duplicateList(List list) {
HashSet set = new HashSet();
set.addAll(list);
return new ArrayList(set);
}
public static void main(String[] args) {
List list = new ArrayList();
list.add(new Integer(1));
list.add(new Integer(2));
list.add(new Integer(2));
list.add(new Integer(4));
list.add(new Integer(4));
List list2 = duplicateList(list);
for (Object integer : list2) {
System.out.println(integer);
} }

 2.6、Set实现类之三：TreeSet

1）.向TreeSet中添加的数据，要求是相同类的对象。
2）.两种排序方式：自然排序（实现Comparable接口） 和 定制排序（Comparator）
3）.自然排序中，比较两个对象是否相同的标准为：compareTo().不再是equals().
4）.定制排序中，比较两个对象是否相同的标准为：compare().不再是equals().

>TreeSet 是 SortedSet 接口的实现类， TreeSet 可以确保集合元素处于排序状态。

> TreeSet 底层使用 红黑树 结构存储数据

>新增的方法如下： ( 了解 )

        >Comparator comparator()

        >Object first()

        >Object last()

        >Object lower(Object e)

        >Object higher(Object e)

        >SortedSet subSet(fromElement, toElement)

        >SortedSet headSet(toElement)

        >SortedSet tailSet(fromElement)

> TreeSet 两种排序方法： 自然排序 和 定制排序 。默认情况下， TreeSet 采用自然排序。

参 http://www.cnblogs.com/yangecnu/p/Introduce-Red-Black-Tree.html 对红黑树的讲解写得不错。

2.6.1、排 序 — 自然排序

>自然排序 ： TreeSet 会调用集合元素的 compareTo(Object obj) 方法来比较元素之间的大小关系，然后将集合元素按升序( 默认情况 ) 排列

>如果试图把一个对象添加到 TreeSet 时，则该对象的类必须实现 Comparable接口。

        >实现 Comparable 的类必须实现 compareTo(Object obj) 方法，两个对象即通过

        compareTo(Object obj) 方法的返回值来比较大小。

> Comparable 的典型实现：

        >BigDecimal 、 BigInteger 以及所有的数值型对应的包装类：按它们对应的数值大小进行比较

        >Character ：按字符的 unicode 值来进行比较

        >Boolean ： true 对应的包装类实例大于 false 对应的包装类实例

        >String ：按字符串中字符的 unicode 值进行比较

        >Date 、 Time ：后边的时间、日期比前面的时间、日期大

> 向 TreeSet 中添加元素时，只有第一个元素无须比较 compareTo() 方法，后面添加的所有元素都会调用compareTo() 方法进行比较。

> 因为只有相同类的两个实例才会比较大小，所以向 TreeSet 中添加的应该是同 一个类的对象。

> 对于 TreeSet 集合而言，它 判断两个对象是否相等的唯一标准 是：两个对象通过 compareTo(Object obj) 方法比较返回值。

> 当需要把一个对象放入 TreeSet 中，重写该对象对应的 equals() 方法时，应保证该方法与 compareTo(Object obj) 方法有一致的结果：如果两个对象通过equals() 方法比较返回 true ，则通过 compareTo(Object obj) 方法比较应返回 0 。否则，让人难以理解。

2.6.2、排 序—定制排序

>TreeSet 的自然排序要求元素所属的类实现 Comparable 接口，如果元素所属的类没有实现Comparable 接口，或不希望按照升序 ( 默认情况 ) 的方式排列元素或希望按照其它属性大小进行排序，则考虑使用定制排序。定制排序，通过Comparator 接口来实现。需要重写compare(T o1,T o2) 方法。

> 利用 int compare(T o1,T o2) 方法，比较 o1 和 o2 的大小：如果方法返回正整数，则表示o1 大于 o2 ；如果返回 0 ，表示相等；返回负整数，表示 o1 小于 o2 。

> 要实现定制排序，需要将实现 Comparator 接口的实例作为形参传递给 TreeSet 的构造器。

> 此时， 仍然只能向 TreeSet 中添加类型相同的对象 。否则发生 ClassCastException 异常。

> 使用定制排序 判断两个元素相等的标准 是：通过 Comparator 比较两个元素返回了 0 。

六、Map接口

 * 一、Map的实现类的结构：
 *  |----Map:双列数据，存储key-value对的数据   ---类似于高中的函数：y = f(x)
 *         |----HashMap:作为Map的主要实现类；线程不安全的，效率高；可以存储null的key和value
 *              |----LinkedHashMap:保证在遍历map元素时，可以按照添加的顺序实现遍历。
 *                      原因：在原有的HashMap底层结构基础上，添加了一对指针，指向前一个和后一        个元素。
 *                      对于频繁的遍历操作，此类执行效率高于HashMap。
 *         |----TreeMap:保证按照添加的key-value对进行排序，实现排序遍历。此时考虑key的自然排序或定制排序
 *                      底层使用红黑树
 *         |----Hashtable:作为古老的实现类；线程安全的，效率低；不能存储null的key和value
 *              |----Properties:常用来处理配置文件。key和value都是String类型
 *
 *
 *      HashMap的底层：数组+链表  （jdk7及之前）
 *                    数组+链表+红黑树 （jdk 8）
 *
 *
 *  面试题：
 *  1. HashMap的底层实现原理？
 *  2. HashMap 和 Hashtable的异同？
 *  3. CurrentHashMap 与 Hashtable的异同？
 *
 *  二、Map结构的理解：
 *    Map中的key:无序的、不可重复的，使用Set存储所有的key  ---> key所在的类要重写equals()和hashCode() （以HashMap为例）
 *    Map中的value:无序的、可重复的，使用Collection存储所有的value --->value所在的类要重写equals()
 *    一个键值对：key-value构成了一个Entry对象。
 *    Map中的entry:无序的、不可重复的，使用Set存储所有的entry
 *
 *  三、HashMap的底层实现原理？以jdk7为例说明：
 *      HashMap map = new HashMap():
 *      在实例化以后，底层创建了长度是16的一维数组Entry[] table。
 *      ...可能已经执行过多次put...
 *      map.put(key1,value1):
 *      首先，调用key1所在类的hashCode()计算key1哈希值，此哈希值经过某种算法计算以后，得到在Entry数组中的存放位置。
 *      如果此位置上的数据为空，此时的key1-value1添加成功。 ----情况1
 *      如果此位置上的数据不为空，(意味着此位置上存在一个或多个数据(以链表形式存在)),比较key1和已经存在的一个或多个数据
 *      的哈希值：
 *              如果key1的哈希值与已经存在的数据的哈希值都不相同，此时key1-value1添加成功。----情况2
 *              如果key1的哈希值和已经存在的某一个数据(key2-value2)的哈希值相同，继续比较：调用key1所在类的equals(key2)方法，比较：
 *                      如果equals()返回false:此时key1-value1添加成功。----情况3
 *                      如果equals()返回true:使用value1替换value2。
 *
 *       补充：关于情况2和情况3：此时key1-value1和原来的数据以链表的方式存储。
 *
 *      在不断的添加过程中，会涉及到扩容问题，当超出临界值(且要存放的位置非空)时，扩容。默认的扩容方式：扩容为原来容量的2倍，并将原有的数据复制过来。
 *
 *      jdk8 相较于jdk7在底层实现方面的不同：
 *      1. new HashMap():底层没有创建一个长度为16的数组
 *      2. jdk 8底层的数组是：Node[],而非Entry[]
 *      3. 首次调用put()方法时，底层创建长度为16的数组
 *      4. jdk7底层结构只有：数组+链表。jdk8中底层结构：数组+链表+红黑树。
 *         4.1 形成链表时，七上八下（jdk7:新的元素指向旧的元素。jdk8：旧的元素指向新的元素）
           4.2 当数组的某一个索引位置上的元素以链表形式存在的数据个数 > 8 且当前数组的长度 > 64时，此时此索引位置上的所数据改为使用红黑树存储。
 *
 *      DEFAULT_INITIAL_CAPACITY : HashMap的默认容量，16
 *      DEFAULT_LOAD_FACTOR：HashMap的默认加载因子：0.75
 *      threshold：扩容的临界值，=容量*填充因子：16 * 0.75 => 12
 *      TREEIFY_THRESHOLD：Bucket中链表长度大于该默认值，转化为红黑树:8
 *      MIN_TREEIFY_CAPACITY：桶中的Node被树化时最小的hash表容量:64
 *
 *  四、LinkedHashMap的底层实现原理（了解）
 *      源码中：
 *      static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
             Entry<K,V> before, after;//能够记录添加的元素的先后顺序
             Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
                super(hash, key, value, next);
             }
         }
 *
 *
 *   五、Map中定义的方法：
 添加、删除、修改操作：
 Object put(Object key,Object value)：将指定key-value添加到(或修改)当前map对象中
 void putAll(Map m):将m中的所有key-value对存放到当前map中
 Object remove(Object key)：移除指定key的key-value对，并返回value
 void clear()：清空当前map中的所有数据
 元素查询的操作：
 Object get(Object key)：获取指定key对应的value
 boolean containsKey(Object key)：是否包含指定的key
 boolean containsValue(Object value)：是否包含指定的value
 int size()：返回map中key-value对的个数
 boolean isEmpty()：判断当前map是否为空
 boolean equals(Object obj)：判断当前map和参数对象obj是否相等
 元视图操作的方法：
 Set keySet()：返回所有key构成的Set集合
 Collection values()：返回所有value构成的Collection集合
 Set entrySet()：返回所有key-value对构成的Set集合

 *总结：常用方法：
 * 添加：put(Object key,Object value)
 * 删除：remove(Object key)
 * 修改：put(Object key,Object value)
 * 查询：get(Object key)
 * 长度：size()
 * 遍历：keySet() / values() / entrySet()
 *

1、Map接口概述

>Map 与 Collection 并列存在。用于保存具有 映射关系 的数据 :key-value

> Map 中的 key 和 value 都可以是任何引用类型的数据

> Map 中的 key 用 Set 来存放， 不允许重复 ，即同一个 Map 对象所对应的类，须重写hashCode() 和 equals() 方法

> 常用 String 类作为 Map 的“键”

> key 和 value 之间存在单向一对一关系，即通过指定的 key 总能找到唯一的、确定的 value

> Map 接口的常用实现类： HashMap 、 TreeMap 、 LinkedHashMap 和Properties。其中， HashMap 是 Map 接口使用频率最高的实现类

 2、Map接口：常用方法

> 添加、删除、修改操作：

        >Object put(Object key,Object value) ：将指定 key-value 添加到 ( 或修改 ) 当前 map 对象中

        >void putAll(Map m): 将 m 中的所有 key-value 对存放到当前 map 中

        >Object remove(Object key) ：移除指定 key 的 key-value 对，并返回 value

        >void clear() ：清空当前 map 中的所有数据

> 元素查询的操作：

        >Object get(Object key) ：获取指定 key 对应的 value

        >boolean containsKey(Object key) ：是否包含指定的 key

        >boolean containsValue(Object value) ：是否包含指定的 value

        >int size() ：返回 map 中 key-value 对的个数

        >boolean isEmpty() ：判断当前 map 是否为空

        >boolean equals(Object obj) ：判断当前 map 和参数对象 obj 是否相等

> 元视图操作的方法：

        >Set keySet() ：返回所有 key 构成的 Set 集合

        >Collection values() ：返回所有 value 构成的 Collection 集合

        >Set entrySet() ：返回所有 key-value 对构成的 Set 集合

Map map = new HashMap();
//map.put(..,..)省略
System.out.println("map的所有key:");
Set keys = map.keySet();// HashSet
for (Object key : keys) {
System.out.println(key + "->" + map.get(key));
}
System.out.println("map的所有的value：");
Collection values = map.values();
Iterator iter = values.iterator();
while (iter.hasNext()) {
System.out.println(iter.next());
}
System.out.println("map所有的映射关系：");
// 映射关系的类型是Map.Entry类型，它是Map接口的内部接口
Set mappings = map.entrySet();
for (Object mapping : mappings) {
Map.Entry entry = (Map.Entry) mapping;
System.out.println("key是：" + entry.getKey() + "，value是：" + entry.getValue());
}

3、Map实现类之一：HashMap

> HashMap 是 Map 接口 使用频率最高 的实现类。

> 允许使用 null 键和 null 值，与 HashSet 一样，不保证映射的顺序。

> 所有的 key 构成的集合是 Set: 无序的、不可重复的。所以， key 所在的类要重写：equals()和 hashCode()

> 所有的 value 构成的集合是 Collection: 无序的、可以重复的。所以， value 所在的类要重写：equals()

> 一个 key-value 构成一个 entry

> 所有的 entry 构成的集合是 Set: 无序的、不可重复的

> HashMap 判断两个 key 相等的标准 是：两个 key 通过 equals() 方法返回 true ，hashCode 值也相等。

> HashMap 判断两个 value 相等的标准 是：两个 value 通过 equals() 方法返回 true 。

HashMap 源码中的重要常量

DEFAULT_INITIAL_CAPACITY : HashMap 的默认容量， 16

MAXIMUM_CAPACITY ： HashMap 的最大支持容量， 2^30

DEFAULT_LOAD_FACTOR ： HashMap 的默认加载因子

TREEIFY_THRESHOLD ： Bucket 中链表长度大于该默认值，转化为红黑树

UNTREEIFY_THRESHOLD ： Bucket 中红黑树存储的 Node 小于该默认值，转化为链表

MIN_TREEIFY_CAPACITY ： 桶中的 Node 被树化时最小的 hash 表容量。（当桶中 Node 的数量大到需要变红黑树时，若hash 表容量小于 MIN_TREEIFY_CAPACITY 时，此时应执行resize扩容操作这个 MIN_TREEIFY_CAPACITY 的值至少是 TREEIFY_THRESHOLD 的 4倍。）

table ： 存储元素的数组，总是 2 的 n 次幂

entrySet ： 存储具体元素的集

size ： HashMap 中存储的键值对的数量

modCount ： HashMap 扩容和结构改变的次数。

threshold ： 扩容的临界值， = 容量 * 填充因子

loadFactor ： 填充因子

HashMap 的存储结构： JDK 1.8 之前

> HashMap 的内部存储结构其实是 数组和链表的结合 。当实例化一个 HashMap 时，系统会创建一个长度为Capacity 的 Entry 数组，这个长度在哈希表中被称为容量(Capacity)，在这个数组中可以存放元素的位置我们称之为“桶” (bucket) ，每个bucket都有自己的索引，系统可以根据索引快速的查找 bucket 中的元素。

> 每个 bucket 中存储一个元素，即一个 Entry 对象，但每一个 Entry 对象可以带一个引用变量，用于指向下一个元素，因此，在一个桶中，就有可能生成一个Entry 链。而且 新添加的元素作为链表的 head 。

> 添加元素的过程：

向 HashMap 中添加 entry1(key ， value) ，需要首先计算 entry1 中 key 的哈希值 ( 根据key所在类的 hashCode() 计算得到 ) ，此哈希值经过处理以后，得到在底层 Entry[] 数组中要存储的位置i 。如果位置 i 上没有元素，则 entry1 直接添加成功。如果位置 i 上已经存在entry2( 或还有链表存在的 entry3 ， entry4) ，则需要通过循环的方法，依次比较entry1 中 key 和其他的 entry 。如果彼此 hash 值不同，则直接添加成功。如果hash值不同，继续比较二者是否 equals 。如果返回值为 true ，则使用 entry1 的 value 去替换equals 为 true 的 entry 的 value 。如果遍历一遍以后，发现所有的 equals 返回都为false, 则 entry1 仍可添加成功。 entry1 指向原有的 entry 元素。

 

HashMap 的扩容

当 HashMap 中的元素越来越多的时候， hash 冲突的几率也就越来越高，因为数组的长度是固定的。所以为了提高查询的效率，就要对HashMap 的数组进行扩容，而在 HashMap数组扩容之后，最消耗性能的点就出现了：原数组中的数据必须重新计算其在新数组中的位置，并放进去，这就是resize 。

那么 HashMap 什么时候进行扩容呢？

当 HashMap 中的元素个数超过数组大小 ( 数组总大小 length, 不是数组中个数size)*loadFactor 时 ， 就 会 进 行 数 组 扩 容 ， loadFactor 的默认值(DEFAULT_LOAD_FACTOR ) 为 0.75 ，这是一个折中的取值。也就是说，默认情况下，数组大小( DEFAULT_INITIAL_CAPACITY ) 为 16 ，那么当 HashMap 中元素个数超过16*0.75=12 （这个值就是代码中的 threshold 值，也叫做临界值）的时候，就把数组的大小扩展为 2*16=32 ，即扩大一倍，然后重新计算每个元素在数组中的位置，

而这是一个非常消耗性能的操作， 所以如果我们已经预知 HashMap 中元素的个数，那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap 的性能。

 

HashMap 的存储结构： JDK 1.8

> HashMap 的内部存储结构其实是 数组 + 链表 + 树的结合 。当实例化一个HashMap时，会初始化 initialCapacity 和 loadFactor ，在 put 第一对映射关系时，系统会创建一个长度为initialCapacity 的 Node 数组，这个长度在哈希表中被称为容量(Capacity) ，在这个数组中可以存放元素的位置我们称之为“桶”(bucket) ，每个 bucket 都有自己的索引，系统可以根据索引快速的查找bucket 中的元素。

> 每个 bucket 中存储一个元素，即一个 Node 对象 ，但每一个 Node 对象可以带一个引用变量next ，用于指向下一个元素，因此， 在一个桶中，就有可能生成一个Node 链。也可能是一个一 TreeNode 对象 ，每一个 TreeNode 对象可以有两个叶子结点left 和 right ，因此，在一个桶中，就有可能生成一个TreeNode树。而新添加的元素作为链表的 last ，或树的叶子结点。

 

那么 HashMap 什么时候进行扩容和树形化呢？

当 HashMap 中的元素个数超过数组大小 ( 数组总大小 length, 不是数组中个数size)*loadFactor 时 ， 就会进行数组扩容 ， loadFactor 的默认 值(DEFAULT_LOAD_FACTOR ) 为 0.75 ，这是一个折中的取值。也就是说，默认情况下，数组大小( DEFAULT_INITIAL_CAPACITY ) 为 16 ，那么当 HashMap 中元素个数超过16*0.75=12 （这个值就是代码中的 threshold 值，也叫做临界值） 的时候，就把数组的大小扩展为 2*16=32 ，即扩大一倍，然后重新计算每个元素在数组中的位置，而这是一个非常消耗性能的操作，所以如果我们已经预知HashMap中元素的个数，那么预设元素的个数能够有效的提高 HashMap 的性能。 当HashMap 中的其中一个链的对象个数如果达到了 8 个，此时如果 capacity 没有达到64 ，那么 HashMap 会先扩容解决，如果已经达到了 64 ，那么这个链会变成

树，结点类型由 Node 变成 TreeNode 类型。当然，如果当映射关系被移除后，下次resize 方法时判断树的结点个数低于 6 个，也会把树再转为链表。

关于映射关系的 key 是否可以修改？ answer ：不要修改

映射关系存储到 HashMap 中会存储 key 的 hash 值，这样就不用在每次查找时重新计算每一个Entry 或 Node （ TreeNode ）的 hash 值了，因此如果已经 put 到 Map 中的映射关系，再修改key 的属性，而这个属性又参与 hashcode 值的计算，那么会导致匹配不上。

总结： JDK1.8 相较于之前的变化：

1.HashMap map = new HashMap();// 默认情况下，先不创建长度为 16 的数组

2. 当首次调用 map.put() 时，再创建长度为 16 的数组

3. 数组为 Node 类型，在 jdk7 中称为 Entry 类型

4. 形成链表结构时，新添加的 key-value 对在链表的尾部（七上八下）

5. 当数组指定索引位置的链表长度 >8 时，且 map 中的数组的长度 > 64 时，此索引位置上的所有key-value 对使用红黑树进行存储。

4、Map实现类之二：LinkedHashMap

>LinkedHashMap 是 HashMap 的子类

>在 HashMap 存储结构的基础上，使用了一对双向链表来记录添加元素的顺序

> 与 LinkedHashSet 类似， LinkedHashMap 可以维护 Map 的迭代顺序：迭代顺序与 Key-Value 对的插入顺序一致

5、Map实现类之三：TreeMap

> TreeMap 存储 Key-Value 对时，需要根据 key-value 对进行排序。TreeMap 可以保证所有的 Key-Value 对处于 有序 状态。

> TreeSet 底层使用 红黑树 结构存储数据

> TreeMap 的 Key 的排序：

        >自然排序 ： TreeMap 的所有的 Key 必须实现 Comparable 接口，而且所有的 Key 应该是同一个类的对象，否则将会抛出 ClasssCastException

        >定制排序 ：创建 TreeMap 时，传入一个 Comparator 对象，该对象负责对TreeMap 中的所有 key 进行排序。此时不需要 Map 的 Key 实现Comparable 接口

> TreeMap 判断 两个 key 相等的标准 ：两个 key 通过 compareTo() 方法或者compare() 方法返回 0 。

 6、Map实现类之四：Hashtable

> Hashtable 是个古老的 Map 实现类， JDK1.0 就提供了。不同于 HashMap ，Hashtable是线程安全的。

> Hashtable 实现原理和 HashMap 相同，功能相同。底层都使用哈希表结构，查询速度快，很多情况下可以互用。

>与 HashMap 不同， Hashtable 不允许使用 null 作为 key 和 value

>与 HashMap 一样， Hashtable 也不能保证其中 Key-Value 对的顺序

>Hashtable 判断两个 key 相等、两个 value 相等的标准，与 HashMap 一致。

 

7、Map实现类之五：Properties

>Properties 类是 Hashtable 的子类，该对象用于处理属性文件

> 由于属性文件里的 key 、 value 都是字符串类型，所以 Properties 里的 key 和 value 都是字符串类型

> 存取数据时，建议使用 setProperty(String key,String value) 方法和 getProperty(String key)方法

Properties pros = new Properties();
pros.load(new FileInputStream("jdbc.properties"));
String user = pros.getProperty("user");
System.out.println(user);

七、Collections工具类

>Collections 是一个操作 Set 、 List 和 Map 等的工具类

>Collections 中提供了一系列静态的方法对集合元素进行排序、查询和修改等操作，还提供了对集合对象设置不可变、对集合对象实现同步控制等方法

> 排序操作 ： （均为 static 方法）

        >reverse(List) ： 反转 List 中元素的顺序

        >shuffle(List) ： 对 List 集合元素进行随机排序

        >sort(List)： 根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素按升序排序

        >sort(List， Comparator) ： 根据指定的 Comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序

        >swap(List， int ， int) ： 将指定 list 集合中的 i 处元素和 j 处元素进行交换

 

Collections 常用方法

查找、替换

> Object max(Collection) ： 根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最大元素

>Object max(Collection ， Comparator) ： 根据 Comparator 指定的顺序，返回给定集合中的最大元素

> Object min(Collection)

>Object min(Collection ， Comparator)

>int frequency(Collection ， Object) ： 返回指定集合中指定元素的出现次数

>void copy(List dest,List src) ：将 src 中的内容复制到 dest 中

>boolean replaceAll(List list ， Object oldVal ， Object newVal) ： 使用新值替换List 对象的所有旧值

@Test
    public void test1() {
        List list = new ArrayList();
        list.add(-34);
        list.add(5);
        list.add(-4);
        list.add(98);
        //错误写法        
        List dest = new ArrayList();
        //注意写法
        List dest = Arrays.asList(new Object[list.size()]);
        copy(dest, list);
        System.out.println(dest);
    }

 

Collections 常用方法：同步控制

> Collections 类中提供了多个 synchronizedXxx() 方法，该方法可使将指定集

合包装成线程同步的集合，从而可以解决多线程并发访问集合时的线程安全

问题