集合
一、集合概念
- 对象的容器,实现了对对象常用的操作,类似数组功能。
二、集合和数组的区别
-
(1)数组长度固定,集合长度不固定
-
(2)数组可以存储基本类型和引用类型,集合只能存储引用类型
1、Collection父接口
- 特点:代表一组任意类型的对象,无序、无下标、不能重复。
- 方法:
- boolean add(Object obj) //添加一个对象。
- boolean
addAll
(Collection c) //将一个集合中的所有对象添加到此集合中。 - void clear() //清空此集合中的所有对象。
- boolean contains(Object o) //比较此集合是否与指定对象相等。
- boolean
isEmpty()
//判断此集合是否为空。 - boolean remove(Object o) //在此集合中移除o对象。
- int size() //返回此集合中的元素个数。
- Object[]
toArray()
//将此集合转换成数组。
2、List子接口
-
特点:有序、有下标、元素可以重复。
-
方法:
- void add(int index,Object o) //在index位置插入对象o
- boolean
addAll
(int index , Collection c) // 将一个集合中元素添加到此集合的index位置。 - Object get(int index) //返回集合中指定位置的元素
- List
subList
(intfromIndex
, inttoIndex
)//返回fromIndex
和toIndex
之间的集合元素。
3、List实现类*
ArrayList:【重点】:
-
数组结构实现,查询快,增删慢。
-
JDK1.2
版本,运行效率快、线程不安全 -
源码分析
-
默认容量大小:DEFAULT_CAPACITY = 10;
-
注意*:如果没有向集合中添加任何元素时,容量为0,
添加一个元素之后 容量是10,每次扩容是原来的1.5倍;
-
-
存放元素的数组:transient Object[]
elementData
; -
实际元素个数:private int size;
-
添加元素: .add();
-
//创建集合,size 0 容量0,扩容原来的1.5倍 List<String,Object> list = new ArrayList<>(); 1、add方法如下: public boolean add(E e) { ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! elementData[size++] = e; return true; } size为0。 点击ensureCapacityInternal进入如下代码. 2、ensureCapacityInternal方法: private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity)); } minCapacity为1。 点击calculateCapacity进入步骤3。 点击ensureExplicitCapacity进入步骤4。 3、calculateCapacity方法 private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) { if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); } return minCapacity; } 其中minCapacity表示当前元素的size + 1,即为1。 DEFAULT_CAPACITY表示默认的大小10。 if条件判断数组是否为空,刚构造一个list时数组是为空的,这里返回10。 4、ensureExplicitCapacity方法 private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { modCount++; // overflow-conscious code if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity); } 这里的形参minCapacity为上面传入的DEFAULT_CAPACITY,即10。 点击grow方法进入如下代码: 5、grow方法 private void grow(int minCapacity) { // overflow-conscious code int oldCapacity = elementData.length; int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity; if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // minCapacity is usually close to size, so this is a win: elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } minCapacity为10,oldCapacity为0。扩容后newCapacity还是为0, 因此满足下面的判断,将newCapacity赋值为10. if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity; MAX_ARRAY_SIZE 是一个非常大的数,这里我们不用管。 if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); 6、总结 构造ArrayList时,数组初始为一个空数组。第一次调用add方法,会创建一个大小为10的数组。 后续调用add方法 这里以数组元素达到10触发第一次扩容为例。 1、add方法如下: public boolean add(E e) { ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! elementData[size++] = e; return true; } size为10。 点击ensureCapacityInternal进入如下代码. 2、ensureCapacityInternal方法: private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity)); } minCapacity为11。 点击calculateCapacity进入步骤3。 点击ensureExplicitCapacity进入步骤4。 3、calculateCapacity方法 private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) { if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); } return minCapacity; } 其中minCapacity表示当前元素的size + 1,即为11。 elementData 现在并不是一个空数组,故if条件不满足 直接返回minCapacity,即11. 4、ensureExplicitCapacity方法 private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { modCount++; // overflow-conscious code if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity); } 这里的形参minCapacity为上面返回minCapacity,即11. 点击grow方法进入如下代码: 5、grow方法 private void grow(int minCapacity) { // overflow-conscious code int oldCapacity = elementData.length; int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity; if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // minCapacity is usually close to size, so this is a win: elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } minCapacity为11,oldCapacity为10。(oldCapacity >> 1)相当于扩容一半得newCapacity=15。 然后,将数据从老数组拷贝到新数组中 elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
-
-
-
Vector:
- 数组结构实现,查询快,增删慢;
-
JDK1.0
版本,运行效率慢、线程安全;
LinkedList:【重点】:
-
链表结构实现,增删快,查询慢;
-
存储结构:双向链表
-
添加元素: .add();
public boolean add(E e) { linkLast(e); return true; } void linkLast(E e) { final Node<E> l = last; final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null); last = newNode; if (l == null) first = newNode; else l.next = newNode; size++; modCount++; } 可见每次插入都是移动指针,和 ArrayList 的拷贝数组来说效率要高上不少 查询方法 public E get(int index) { checkElementIndex(index); return node(index).item; } Node<E> node(int index) { // assert isElementIndex(index); if (index < (size >> 1)) { Node<E> x = first; for (int i = 0; i < index; i++) x = x.next; return x; } else { Node<E> x = last; for (int i = size - 1; i > index; i--) x = x.prev; return x; } } 由此可以看出是使用二分查找来看 index 离 size 中间距离来判断是从头结点正序查还是从尾节点倒序查。 node()会以O(n/2)的性能去获取一个结点 如果索引值大于链表大小的一半,那么将从尾结点开始遍历 这样的效率是非常低的,特别是当 index 越接近 size 的中间值时。 一开始我很费解,这是要干嘛?后来我才明白,代码要做的是:判断给定的索引值,若索引值大于整个链表长度的一半,则从后往前找,若索引值小于整个链表的长度的一半,则从前往后找。这样就可以保证,不管链表长度有多大,搜索的时候最多只搜索链表长度的一半就可以找到,大大提升了效率。 总结: LinkedList 插入,删除都是移动指针效率很高。 查找需要进行遍历查询,效率较低。
ArrayList与LinkedList区别:
总结 区别:
1、二者实现结构不同arraylist是基于数组,linkedlist是基于链表,他们的特性也是由其数据结构决定的。
2、随机遍历访问时linkedlist的性能要低于arraylist.
3、arraylist的初始化时默认10容量,而linkedlist默认初始化为空。
4、linkedlist的增删要优于arraylist
5、linkedlist如果进行增删操作只需找到对应节点更改里面内容,当进行遍历访问时,如果用for(随机访问 遍历)总会进行一次列表的遍历操作,遍历每个的前后节点移动指针,所以性能很低。
6、所以ArrayList具有数组的优缺点就是,有利于查找修改快,而增加和删除相对慢一些。例如, 当增加或删除某一位时,需要移动大量元素。
4、泛型:
-
Java泛型是
JDK1.5
引入的新特性,其本质是参数化类型,把类型作为参数传递 -
常见形式有泛型类、泛型接口、泛型方法
-
语法:
- <T…>T称为类型占位符,表示一种引用类型。
-
好处:
-
(1)提高代码的重用性
-
(2)防止类型转换异常,提高代码的安全性
-
泛型类 :
泛型接口 :
-
第一种方式:
-
第二种方式:
泛型方法
- 根据传入的参数类型直接进行匹配。
泛型集合
-
概念:
- 参数化泛型,类型安全的集合,强制集合元素的类型必须一致。
-
特点:
- 编译时即可检查,而非运行时抛出异常。
- 访问时,不必类型转换(拆箱)。
- 不同泛型之间引用不能相互赋值,泛型不存在多态。
5、Set集合
- 特点:无序、无下标、元素不可重复
- 方法:全部继承自Collection中的方法
Set实现类
HashSet :【重点】
- 基于
hashCode
计算元素存放位置,元素不重复,哈希表 - 当存入元素的哈希码相同时,会调用equals进行确认,如果为true,泽拒绝后者进入
- 存储过程 :
- (1)根据
hashcode
计算保存的位置,如果此位置为空,则直接保存,如果不为空执行第二步。 - (2)在执行equals方法,如果equals方法为true,则任务是重复,否则,形成链表
- 重写
hashCode
与equals方法
- (1)根据
TreeSet :
-
基本排列顺序实现元素不重复。
-
实现了
SortedSet
接口,对接口元素自动排序。 -
元素对象的类型必须实现Comparable接口,指定排序规则。
-
通过
CompareTo
方法确定是否为重复元素 -
存储结构 ::红黑树
- 红黑树就是只能有一个根节点,并且其子节点的右侧永远比左面的大,一次进行比较,红黑标记是为了保持两侧的树平衡,查找时不会因为一侧过多而浪费时间。
6、Map集合
Map接口的特点:
- 用于存储任意键值对(Key-value)
- 键:无序,无下标,不允许重复(唯一)
- 值:无序,无下标,允许重复
方法:
- V put(K key,V value)//将对象存入到集合中,关联键值,key重复则覆盖原值。
- Object get(Object key) //根据键获取对应的值
- Set //返回所有key
- Collection values //返回包含所有值的Collection集合
- Set<Map,Entry<K,V>> //键值匹配的Set集合
entrySet比keySet效率更高
7、Map 实现类*
HashMap
【重点*】:JDK1.2
版本,线程不安全,运行效率快;允许用null作为key或是value.- 使用key可使
hashcode
和equals作为重复
HashMap 在JDK1.8
中的源码
//1、哈希表基于map接口的实现,这个实现提供了map所有的操作,并且提供了key和value可以为null,(HashMap
和HashTable
大致上市一样的除了hashmap
是异步的和允许key和value为null),
这个类不确定map中元素的位置,特别要提的是,这个类也不确定元素的位置随着时间会不会保持不变。//假设哈希函数将元素合适的分到了每个桶(其实就是指的数组中位置上的链表)中,则这个实现为基本的操作(get、put)提供了稳定的性能,迭代这个集合视图需要的时间跟hashMap
实例(key-value映射的数量)的容量(在桶中)
成正比,因此,如果迭代的性能很重要的话,就不要将初始容量设置的太高或者loadfactor设置的太低,【这里的桶,相当于在数组中每个位置上放一个桶装元素】
//HashMap
的实例有两个参数影响性能,初始化容量(initialCapacity
)和loadFactor
加载因子,在哈希表中这个容量是桶的数量【也就是数组的长度】,一个初始化容量仅仅是在哈希表被创建时容量,在
容量自动增长之前加载因子是衡量哈希表被允许达到的多少的。当entry的数量在哈希表中超过了加载因子乘以当前的容量,那么哈希表被修改(内部的数据结构会被重新建立)所以哈希表有大约两倍的桶的数量
//通常来讲,默认的加载因子(0.75)能够在时间和空间上提供一个好的平衡,更高的值会减少空间上的开支但是会增加查询花费的时间(体现在HashMap
类中get、put方法上),当设置初始化容量时,应该考虑到map中会存放
entry的数量和加载因子,以便最少次数的进行rehash操作,如果初始容量大于最大条目数除以加载因子,则不会发生 rehash 操作。
//如果很多映射关系要存储在 HashMap
实例中,则相对于按需执行自动的 rehash 操作以增大表的容量来说,使用足够大的初始容量创建它将使得映射关系能更有效地存储。
public class HashMap
<K,V> extendsAbstractMap
<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable
{
}
HashMap
继承自AbstractMap
实现了Map
,Cloneable
,Serializable
接口。
-
HashMap
的属性/默认容量,1向左移位4个,00000001变成00010000,也就是2的4次方为16,使用移位是因为移位是计算机基础运算,效率比加减乘除快。/
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;
-
//最大容量,2的30次方。
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
-
//加载因子,用于扩容使用。
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
-
//当某个桶节点数量大于8时,会转换为红黑树。
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
-
//当某个桶节点数量小于6时,会转换为链表,前提是它当前是红黑树结构。
static final int
UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
-
//当整个
hashMap
中元素数量大于64时,也会进行转为红黑树结构。static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
-
//存储元素的数组,transient关键字表示该属性不能被序列化
transient Node<K,V>[] table;
-
//将数据转换成set的另一种存储形式,这个变量主要用于迭代功能。
transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;
-
//元素数量
transient int size;
-
//统计该map修改的次数
transient int modCount;
-
//临界值,也就是元素数量达到临界值时,会进行扩容。
int threshold;
-
//也是加载因子,只不过这个是变量。
final float loadFactor;
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) { this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; putMapEntries(m, false) }
final void putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict) {
//获取该map的实际长度
int s = m.size();
if (s > 0) {
//判断table是否初始化,如果没有初始化
if (table == null) {
// pre-size
/**求出需要的容量,因为实际使用的长度=容量*0.75得来的,+1是因为小数相除,基本都不会是整数,容量大小不能为小数的,后面转换为int,多余的小数就要被丢掉,所以+1,例如,map实际长度22,22/0.75=29.3,所需要的容量肯定为30,有人会问如果刚刚好除得整数呢,除得整数的话,容量大小多1也没什么影响**/
float ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F;
//判断该容量大小是否超出上限。
int t = ((ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY) ?
(int)ft : MAXIMUM_CAPACITY);
/**对临界值进行初始化,tableSizeFor(t)这个方法会返回大于t值的,且离其最近的2次幂,例如t为29,则返回的值是32**/
if (t > threshold)
threshold = tableSizeFor(t);
}
//如果table已经初始化,则进行扩容操作,resize()就是扩容。
else if (s > threshold)
resize();
//遍历,把map中的数据转到hashMap中。
for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) {
K key = e.getKey();
V value = e.getValue();
putVal(hash(key), key, value, false, evict);
}
}
}
public V put(K key, V value) {
/四个参数,第一个hash值,第四个参数表示如果该key存在值,如果为null的话,则插入新的value,最后一个参数,在hashMap
中没有用,可以不用管,使用默认的即可/
return putVal
(hash(key), key, value, false, true);
}
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h =key.hashCode()
) ^ (h >>> 16);
}
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
//tab 哈希数组,p 该哈希桶的首节点,n hashMap的长度,i 计算出的数组下标
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
//获取长度并进行扩容,使用的是懒加载,table一开始是没有加载的,等put后才开始加载
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
/**如果计算出的该哈希桶的位置没有值,则把新插入的key-value放到此处,此处就算没有插入成功,也就是发生哈希冲突时也会把哈希桶的首节点赋予p**/
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
//发生哈希冲突的几种情况
else {
// e 临时节点的作用, k 存放该当前节点的key
Node<K,V> e; K k;
//第一种,插入的key-value的hash值,key都与当前节点的相等,e = p,则表示为首节点
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
//第二种,hash值不等于首节点,判断该p是否属于红黑树的节点
else if (p instanceof TreeNode)
/**为红黑树的节点,则在红黑树中进行添加,如果该节点已经存在,则返回该节点(不为null),该值很重要,用来判断put操作是否成功,如果添加成功返回null**/
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
//第三种,hash值不等于首节点,不为红黑树的节点,则为链表的节点
else {
//遍历该链表
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
//如果找到尾部,则表明添加的key-value没有重复,在尾部进行添加
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
//判断是否要转换为红黑树结构
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1)
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
//如果链表中有重复的key,e则为当前重复的节点,结束循环
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
//有重复的key,则用待插入值进行覆盖,返回旧值。
if (e != null) {
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
//到了此步骤,则表明待插入的key-value是没有key的重复,因为插入成功e节点的值为null
//修改次数+1
++modCount;
//实际长度+1,判断是否大于临界值,大于则扩容
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
//添加成功
return null;
}
可以看到这里主要有以下几步:
1、根据key计算出在数组中存储的下标
2、根据使用的大小,判断是否需要扩容。
3、根据数组下标判断是否当前下标已存储数据,如果没有则直接插入。
4、如果存储了则存在哈希冲突,判断当前entry的key是否相等,如果相等则替换,否则判断下一个节点是否为空,为空则直接插入,否则取下一节点重复上述步骤。
5、判断链表长度是否大于8当达到8时转换为红黑树。
下面我们看下HashMap
的扩容函数resize()
final Node<K,V>[] resize() {
//把没插入之前的哈希数组做我诶oldTal
Node<K,V>[] oldTab = table;
//old的长度
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
//old的临界值
int oldThr = threshold;
//初始化new的长度和临界值
int newCap, newThr = 0;
//oldCap > 0也就是说不是首次初始化,因为hashMap用的是懒加载
if (oldCap > 0) {
//大于最大值
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
//临界值为整数的最大值
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
//标记##,其它情况,扩容两倍,并且扩容后的长度要小于最大值,old长度也要大于16
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
//临界值也扩容为old的临界值2倍
newThr = oldThr << 1;
}
/**如果oldCap<0,但是已经初始化了,像把元素删除完之后的情况,那么它的临界值肯定还存在,
如果是首次初始化,它的临界值则为0
**/
else if (oldThr > 0)
newCap = oldThr;
//首次初始化,给与默认的值
else {
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
//临界值等于容量*加载因子
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
//此处的if为上面标记##的补充,也就是初始化时容量小于默认值16的,此时newThr没有赋值
if (newThr == 0) {
//new的临界值
float ft = (float)newCap * loadFactor;
//判断是否new容量是否大于最大值,临界值是否大于最大值
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
//把上面各种情况分析出的临界值,在此处真正进行改变,也就是容量和临界值都改变了。
threshold = newThr;
//表示忽略该警告
@SuppressWarnings({
"rawtypes","unchecked"})
//初始化
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
//赋予当前的table
table = newTab;
//此处自然是把old中的元素,遍历到new中
if (oldTab != null) {
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
//临时变量
Node<K,V> e;
//当前哈希桶的位置值不为null,也就是数组下标处有值,因为有值表示可能会发生冲突
if ((e = oldTab[j]) != null) {
//把已经赋值之后的变量置位null,当然是为了好回收,释放内存
oldTab[j] = null;
//如果下标处的节点没有下一个元素
if (e.next == null)
//把该变量的值存入newCap中,e.hash & (newCap - 1)并不等于j
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
//该节点为红黑树结构,也就是存在哈希冲突,该哈希桶中有多个元素
else if (e instanceof TreeNode)
//✨✨✨把此树进行转移到newCap中✨✨✨
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else {
/**此处表示为链表结构,同样把链表转移到newCap中,就是把链表遍历后,把值转过去,在置位null**/
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
do {
next = e.next;
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
else {
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
//返回扩容后的hashMap
return newTab;
}
前面主要介绍了, HashMap的结构为数组+ 链表(红黑树)。
总结一下上面的逻辑就是:
1、对数组进行扩容,
2、扩容后重新计算hashCode也就是key的下标,将原数据塞到新扩容后的数据结构中。
3、当存在hash冲突时,在数组后面以链表的形式追加到后面,当链表长度达到8时,就会将链表转换为红黑树。
那么对于红黑树新增一个节点 ,我们考虑到前面所说的红黑树的性质。就需要对红黑树做调整,是红黑树达到平衡。
Hashtable
:JDK1.0
版本,线程安全,运行效率慢;不允许null作为key或是value。- Properties:
Hashtables
的子类,要求key和value都是String.常用于配置文件的读取。
TreeMap
:
- 实现了
SortedMap
接口(是Map的子接口),可以对key自动排序。 - 存储结构:红黑树
Colletions
工具类
-
概念:集合工具类,定义了除了存取以外的集合常用方法。
-
方法:
-
public static void reverse(List<?> list) //反转集合中元素的顺序
-
public static void shuffle(List<?> list) //随机重置集合元素的顺序
-
public static void sort(List<?> list) //升序排序(元素类型必须实现Comparable接口)
-