Java期末复习速成（七）

内部类

距今为止，我们了解的都是普通类的定义，那就是直接在IDEA中直接新建一个class。

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新建完成后，你就会拥有一个class文件的定义，这种操作太简单了，时间长了就会枯燥，我们年轻人多需要更新潮和骚气的写法，好吧，既然你提到了那就使用内部类吧，这是一种有用而且骚气的定义类的方式，内部类的定义非常简单︰可以将一个类的定义放在另一个类的内部，这就是内部类。

内部类是一种非常有用的特性，定义在类内部的类，持有外部类的引用，但却对其他外部类不可见，看起来就像是一种隐藏代码的机制，就和弗兰奇将军似的，弗兰奇可以和弗兰奇将军进行通讯，但是外面的敌人却无法直接攻击到弗兰奇本体。

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下面我们就来聊一聊创建内部类的方式。

创建内部类

定义内部类非常简单，就是直接将一个类定义在外围类的里面，如下代码所示

public class OuterClass {
    
    
	private String name;
	private int age;
	class InnerClass{
    
    
		public InnerClass(){
    
    
			name = "cxuan";
			age = 25;
		}
	}
}

在这段代码中，InnerClass 就是OuterClass 的一个内部类。也就是说，每个内部类都能独立地继承一个(接口的)实现，所以无论外围类是否已经继承了某个(接口的）实现，对于内部类都没有影响。这也是隐藏了内部实现细节。内部类拥有外部类的访问权

内部类不仅仅能够定义在类的内部，还可以定义在方法和作用域内部，这种被称为局部内部类，除此之外，还有匿名内部类、内部类可以实现Java 中的多重继承。下面是定义内部类的方式

一个在方法中定义的类(局部内部类)
一个定义在作用域内的类，这个作用域在方法的内部(成员内部类)
一个实现了接口的匿名类(匿名内部类)
一个匿名类，它扩展了非默认构造器的类.一个匿名类，执行字段初始化操作
一个匿名类，它通过实例初始化实现构造

由于每个类都会产生一个 .class 文件，其中包含了如何创建该类型的对象的全部信息，那么，如何表示内部类的信息呢?可以使用 $ 来表示，比如OuterClass$InnerClass.class

集合

集合在我们的日常开发中所使用的次数简直太多了，你已经把它们都用的熟透了，但是作为一名合格的程序员，你不仅要了解它的基本用法，你还要了解它的源码;存在即合理，你还要了解它是如何设计和实现的，你还要了解它的衍生过程。

这篇博客就来详细介绍一下Collection这个庞大集合框架的家族体系和成员，让你了解它的设计与实现。

是时候祭出这张神图了

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首先来介绍的就是列表爷爷辈儿的接口 - Iterator

lterable接口

实现此接口允许对象成为for-each 循环的目标，也就是增强for 循环，它是Java中的一种语法糖

List<Object> list = new ArrayList();
for (Object obj: list){
    
    }

除了实现此接口的对象外，数组也可以用for-each 循环遍历，如下:

Object[] list = new Object[10];
for (Object obj: list){
    
    }

其他遍历方式

jdk 1.8之前Iterator只有iterator 一个方法，就是

Iterator<T> iterator();

实现次接口的方法能够创建一个轻量级的迭代器，用于安全的遍历元素，移除元素，添加元素。这里面涉及到一个fail-fast机制

总之一点就是能创建迭代器进行元素的添加和删除的话，就尽量使用迭代器进行添加和删除

也可以使用迭代器的方式进行遍历

for(Iterator it = coll.iterator(); it.hasNext(); ){
    
    
	System. out.println(it.next());
}

顶层接口

Collection是一个顶层接口，它主要用来定义集合的约定

List 接口也是一个顶层接口，它继承了Collection接口，同时也是ArrayList、LinkedList等集合元素的父类

Set 接口位于与List 接口同级的层次上，它同时也继承了Collection接口。Set 接口提供了额外的规定。它对add、equals、hashCode方法提供了额外的标准

Queue是和List、Set 接口并列的Collection 的三大接口之一。Queue 的设计用来在处理之前保持元素的访问次序。除了Collection基础的操作之外，队列提供了额外的插入，读取，检查操作

SortedSet 接口直接继承于Set 接口，使用Comparable对元素进行自然排序或者使用Comparator在创建时对元素提供定制的排序规则。set的迭代器将按升序元素顺序遍历集合

Map是一个支持 key-value存储的对象，Map 不能包含重复的key，每个键最多映射一个值。这个接口代替了Dictionary类，Dictionary是一个抽象类而不是接口

ArrayList

ArrayList是实现了List 接口的可扩容数组(动态数组)，它的内部是基于数组实现的。它的具体定义如下:

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>,
RandomAccess，Cloneable，java.io.Serializable {
    
    ...}

ArrayList可以实现所有可选择的列表操作，允许所有的元素，包括空值。ArrayList还提供了内部存储list的方法，它能够完全替代 Vector，只有一点例外，ArrayList不是线程安全的容器
ArrayList有一个容量的概念，这个数组的容量就是List用来存储元素的容量
ArrayList 不是线程安全的容器，如果多个线程中至少有两个线程修改了ArrayList的结构的话就会导致线程安全问题，作为替代条件可以使用线程安全的List，应使用Collections.synchronizedList

List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList(...))

ArrayList具有fail-fast快速失败机制，能够对ArrayList作出失败检测。当在迭代集合的过程中该集合在结构上发生改变的时候，就有可能会发生fail-fast，即抛出ConcurrentModificationException异常。

Vector

Vector同ArrayList 一样，都是基于数组实现的，只不过Vector是一个线程安全的容器，它对内部的每个方法都简单粗暴的上锁，避免多线程引起的安全性问题，但是通常这种同步方式需要的开销比较大，因此，访问元素的效率要远远低于ArrayList。

还有一点在于扩容上，ArrayList扩容后的数组长度会增加50%，而Vector 的扩容长度后数组会增加一倍。

LinkedList类

LinkedList 是一个双向链表，允许存储任何元素(包括null )。它的主要特性如下:

LinkedList 所有的操作都可以表现为双向性的，索引到链表的操作将遍历从头到尾，视哪个距离近为遍历顺序
注意这个实现也不是线程安全的，如果多个线程并发访问链表，并且至少其中的一个线程修改了链表的结构，那么这个链表必须进行外部加锁。或者使用

List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList( ...))

Stack

堆栈是我们常说的 后入先出(吃了吐) 的容器。它继承了Vector类，提供了通常用的push和 pop 操作，以及在栈顶的 peek方法，测试 stack 是否为空的empty方法，和一个寻找与栈顶距离的search方法

第一次创建栈，不包含任何元素。一个更完善，可靠性更强的LIFO栈操作由Deque接口和他的实现提供，应该优先使用这个类

Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<Integer>()

HashSet

HashSet是Set 接口的实现类，由哈希表支持(实际上HashSet 是 HashMap的一个实例)。它不能保证集合的迭代顺序。这个类允许null元素。

注意这个实现不是线程安全的。如果多线程并发访问HashSet，并且至少一个线程修改了set，必须进行外部加锁。或者使用Collections.
synchronizedSet()方法重写
这个实现支持fail-fast机制。

TreeSet

TreeSet是一个基于TreeMap的 NavigableSet 实现。这些元素使用他们的自然排序或者在创建时提供的Comparator进行排序，具体取决于使用的构造函数。

此实现为基本操作add,remove和contains 提供了log(n)的时间成本
注意这个实现不是线程安全的。如果多线程并发访问TreeSet，并且至少一个线程修改了set，必须进行外部加锁。或者使用

SortedSet s = Collections.synchronizedSortedSet(new TreeSet(...))

这个实现持有fail-fast 机制

LinkedHashSet 类

LinkedHashSet继承于Set，先来看一下LinkedHashSet的继承体系:
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LinkedHashSet是 Set接口的 Hash 表和LinkedList的实现。这个实现不同于HashSet 的是它维护着一个贯穿所有条目的双向链表。此链表定义了元素插入集合的顺序。注意:如果元素重新插入，则插入顺序不会受到影响。

LinkedHashSet 有两个影响其构成的参数︰初始容量和加载因子。它们的定义与HashSet完全相同。但请注意:对于LinkedHashSet，选择过高的初始容量值的开销要比 HashSet 小，因为LinkedHashSet的迭代次数不受容量影响
注意LinkedHashSet也不是线程安全的，如果多线程同时访问LinkedHashSet，必须加锁，或者通过使用

Collections.synchronizedSet

该类也支持fail-fast机制

PriorityQueue

PriorityQueue是AbstractQueue 的实现类，优先级队列的元素根据自然排序或者通过在构造函数时期提供Comparator来排序，具体根据构造器判断。PriorityQueue 不允许 null元素

·队列的头在某种意义上是指定顺序的最后一个元素。队列查找操作 poll,remove,peek和 element访问队列头部元素
优先级队列是无限制的，但具有内部 capacity，用于控制用于在队列中存储元素的数组大小
该类以及迭代器实现了Collection、Iterator接口的所有可选方法。这个迭代器提供了iterator(）方法不能保证以任何特定顺序遍历优先级队列的元素。如果你需要有序遍历，考虑使用Arrays.sort(pq.toArray())
注意这个实现不是线程安全的，多线程不应该并发访问PriorityQueue实例如果有某个线程修改了队列的话，使用线程安全的类PriorityBlockingQueue

HashMap

HashMap是一个利用哈希表原理来存储元素的集合，并且允许空的 key-value键值对。HashMap是非线程安全的，也就是说在多线程的环境下，可能会存在问题，而 Hashtable是线程安全的容器。
HashMap也支持 fail-fast 机制。HashMap 的实例有两个参数影响其性能︰初始容量和加载因子。可以使用Collections.synchronizedMap(new HashMap(…))来构造一个线程安全的HashMap。

TreeMap类

一个基于NavigableMap 实现的红黑树。这个map根据key自然排序存储，或者通过Comparator进行定制排序。

TreeMap为containsKey,get,put和remove方法提供了log(n)的时间开销
注意这个实现不是线程安全的。如果多线程并发访问TreeMap，并且至少一个线程修改了map,必须进行外部加锁。这通常通过在自然封装集合的某个对象上进行同步来实现，或者使用SortedMap m = Collections.synchronizedSortedMap(new TreeMap(…))
这个实现持有fail-fast机制

LinkedHashMap类

LinkedHashMap 是Map接口的哈希表和链表的实现。这个实现与HashMap 不同之处在于它维护了一个贯穿其所有条目的双向链表。这个链表定义了遍历顺序，通常是插入map 中的顺序。

它提供一个特殊的LinkedHashMap(int,float,boolean)构造器来创建LinkedHashMap，其遍历顺序是其最后一次访问的顺序
可以重写removeEldestEntry(Map.Entry)方法，以便在将新映射添加到 map时强制删除过期映射的策略
这个类提供了所有可选择的map操作，并且允许null元素。由于维护链表的额外开销，性能可能会低于HashMap，有一条除外︰遍历LinkedHashMap 中的collection-views 需要与map.size成正比，无论其容量如何。HashMap 的迭代看起来开销更大，因为还要求时间与其容量成正比
LinkedHashMap有两个因素影响了它的构成︰初始容量和加载因子
注意这个实现不是线程安全的。如果多线程并发访问LinkedHashMap，并且至少一个线程修改了map，必须进行外部加锁。这通常通过在自然封装集合的某个对象上进行同步来实现Map m =collections.synchronizedMap(new LinkedHashMap( …))
这个实现持有fail-fast机制

Hashtable类

Hashtable类实现了一个哈希表，能够将键映射到值。任何非空对象都可以用作键或值。

此实现类支持fail-fast机制
与新的集合实现不同，Hashtable是线程安全的。如果不需要线程安全的容器，推荐使用HashMap，如果需要多线程高并发，推荐使用ConcurrentHashMap

ldentityHashMap类

ldentityHashMap是比较小众的Map 实现了

这个类不是一个通用的Map实现!虽然这个类实现了Map 接口，但它故意违反了Map 的约定，该约定要求在比较对象时使用equals方法，此类仅适用于需要引用相等语义的极少数情况
同HashMap，ldentityHashMap也是无序的，并且该类不是线程安全的，如果要使之线程安全，可以调用Collections.synchronizedMap(new IdentityHashMap( …))方法来实现
支持fail-fast机制

WeakHashMap类

WeakHashMap类基于哈希表的Map基础实现，带有弱键。WeakHashMap中的entry当不再使用时还会自动移除。更准确的说，给定key的映射的存在将不会阻止 key被垃圾收集器丢弃

基于map 接口，是一种弱键相连，WeakHashMap 里面的键会自动回收
支持null值和null键
fast-fail机制
不允许重复
WeakHashMap经常用作缓存

Collections类

Collections 不属于Java框架继承树上的内容，它属于单独的分支，Collections是一个包装类，它的作用就是为集合框架提供某些功能实现，此类只包括静态方法操作或者返回collections。

同步包装

同步包装器将自动同步（线程安全性）添加到任意集合。六个核心集合接口(Collection，Set,List,Map，SortedSet和 SortedMap)中的每一个都有一个静态工厂方法。

public static Collection synchronizedCollection(Collection c);
public static Set synchronizedSet(Set s);
public static List synchronizedList(List list);
public static <K,V> Map<K,V> synchronizedMap(Map<K,V> m);
public static SortedSet synchronizedSortedSet(SortedSet s);
public static <K,V>SortedMap<K,V> synchronizedSortedMap(SortedMap<K,V> m);

不可修改的包装

不可修改的包装器通过拦截修改集合的操作并抛出UnsupportedOperationException ，主要用在下面两个情景:

构建集合后使其不可变。在这种情况下，最好不要去获取返回collection的引用，这样有利于保证不变性
允许某些客户端以只读方式访问你的数据结构。你保留对返回的collection 的引用，但分发对包装器的引用。通过这种方式，客户可以查看但不能修改，同时保持完全访问权限

这些方法是:

public static Collection unmodifiableCollection(Collection<? extends T> c);
public static Set unmodifiableSet(Set<? extends T> s);
public static List unmodifiableList(List<? extends T> list);
public static <K,V> Map<K，V> unmodifiableMap(Map<? extends K，? extends V> m);
public static SortedSet unmodifiableSortedSet(SortedSet<? extends T> s);
public static <K,V>SortedMap<K，V> unmodifiableSortedMap(SortedMap<K，? extendsV> m);

线程安全的Collections

Java1.5并发包(java.util.concurrent)提供了线程安全的collections 允许遍历的时候进行修改，通过设计iterator为 fail-fast并抛出ConcurrentModification
Exception。一些实现类是CopyOnWriteArrayList ,ConcurrentHashMap , CopyOnWriteArraySet

Collections 算法

此类包含用于集合框架算法的方法，例如二进制搜索，排序，重排，反向等

集合实现类特征图

下图汇总了部分集合框架的主要实现类的特征图，让你能有清晰明了看出每个实现类之间的差异性
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