Java常用集合类总结

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Java常用集合类总结

作者：麦田里的码农
目录：

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1.集合类(Collection)的由来

  Java是面向对象的语言，该语言对事物的描述是通过定义对象体现的。在编程时，常常需要存储多个相同类型的对象实例，所以就需要一个容器类型的变量。目前所学过的知识里面，学过的容器类型仅有：数组、StringBuilder和StringBuffer。但是，StringBuilder和StringBuffer的结果是一个字符串，不一定满足我们的要求，所以我们只能选择数组，这就是对象数组。

  对象数组又不能适应变化的需求，因为数组的长度是固定的，这个时候，为了适应变化的需求，Java就提供了集合类。集合类也被称为容器类，所有的集合类都位于java.util包下。”集合”一词最初是一个数学概念，java提供的集合类和数学中的集合有相似之处，但又有区别。

2.集合和数组的区别

既然java集合弥补了数组的不足之处，那么集合和数组有什么区别呢?区别有三点：

• A:长度区别。数组的长度固定；集合长度可变，内部实现了自动扩容。
• B:内容不同。数组存储的是同一种类型的元素，而集合可以存储不同类型的元素。
• C:元素的数据类型问题。数组可以存储基本数据类型，也可以存储引用数据类型；集合只能存储引用类型

3.如何着手学习集合(类)

  集合类虽用于存储多个对象，但是不同的应用场景下，对存储对象的方式也有不同需求。比如说，要求存储的这多个对象中不能有相同的；再比如，要求这多个对象在存储时按照某种规则排序等等。针对不同的需求，Java就提供了不同的集合类，最常用的集合类有ArrayList、LinkedList、HashSet、HashMap等等。Java提供的这些集合类底层实现采用不同的数据结构，但这些个集合类是有共性的，我们把这些集合类的共性内容不断的向上提取，最终就能形成集合的继承体系结构，如下图所示。

  由上图可知，集合类主要由两个接口派生：Collection和Map；Collection和Map接口位于集合类继承体系的顶层，是根接口，它们分别有子接口。Collection派生出Set、List、Queue三个接口，其中Set代表无序不可重复的集合，List代表有序可以重复的集合，Queue是Java1.5以后提供的队列集合实现。而Map则代表了具有映射关系的集合。
  Java没有提供根接口的直接实现，而是提供了子接口的实现。在学习集合类时，建议从根接口学起，根接口是共性的东西、里面的功能了解后，学习子接口和对应的实现会比较快。
  值得注意的是，JDK1.5之前，集合类仅仅是一个容器，可以把不同类型的对象保存在容器中，从而丢失 了所有对象的数据类型，把所有对象当成Object类型处理。JDK1.5之后增加了泛型，集合才记住了容器中对象的数据类型。建议直接学习JDK1.5及更高版本的集合类。

4.Collection 接口

Collection 作为集合的一个根接口，JDK7中定义了 15 个方法：

package java.util;

public interface Collection<E> extends Iterable<E> {
    //1.长度功能
    int size();                        //获取元素个数
    //2:添加功能
    boolean add(E e);                  //添加一个元素,成功时返回 true
    boolean addAll(Collection<? extends E> c);//添加一个集合的元素，集合改变则返回true
    //3:删除功能
    void clear();                      //移除所有元素
    boolean remove(Object o);          //移除一个元素,成功时返回 true
    boolean removeAll(Collection<?> c);//移除一个集合的元素
    //4:判断功能
    boolean isEmpty();                   //集合是否为空
    boolean contains(Object o);          //判断集合中是否包含指定的元素
    boolean containsAll(Collection<?> c);//判断集合中是否包含指定的集合元素
    //5:获取迭代器(遍历)，继承自Iterable接口，返回集合的Iterator对象
    Iterator<E> iterator();
    //6:交集功能
    boolean retainAll(Collection<?> c);
    //7:把集合转换为数组
    Object[] toArray();
    <T> T[] toArray(T[] a);

    boolean equals(Object o);
    int hashCode();
}

下面写了两个测试类，印证Collection中的几个功能。

4.1 测试一：Collection基本功能

import java.util.*;
public class TestCollection {

    public static void main(String[] args) {
        Collection c= new ArrayList();

        //添加元素。集合中不能存放基本类型的值，但java支持自动封箱。
        c.add("baidu");
        c.add("baidu");
        c.add(6);
        c.add("test");
        c.add("解忧杂货店");
        //集合大小
        System.out.println("c集合的大小为："+c.size());
        //是否包含
        System.out.println("c集合中是否包含baidu字符串："+c.contains("baidu"));

        //将输出[ele1,ele2,...]的形式，说明Collection重写了toString()
        System.out.println("c集合中的元素有："+c);

        //删除元素
        c.remove(6);
        System.out.println("c集合中的元素有："+c);

        Collection col =new HashSet();
        col.add("解忧杂货店");
        col.add("baidu");

        //containAll()
        System.out.println("c集合是否包含col集合？"+c.containsAll(col));
        //removeAll()，c集合中有相同值时，也一同去掉了，如“baidu”
        c.removeAll(col);
        System.out.println("c集合的元素："+c);
    }
}

输出的结果为：
c集合的大小为：5
c集合中是否包含baidu字符串：true
c集合中的元素有：[baidu, baidu, 6, test, 解忧杂货店]
c集合中的元素有：[baidu, baidu, test, 解忧杂货店]
c集合是否包含col集合？true
c集合的元素：[test]

  上面创建了两个Collection对象，其中c集合是ArrayList，col集合是HashSet，虽然他们的实现类不同，但把他们都当做Collection来使用时，使用Collection的15大成员函数是没有区别的。

4.2 测试二：Collection遍历

import java.util.*;

public class TraverseCollection {

    public static void main(String[] args) {
        Collection c = new ArrayList();

        // 添加元素。集合中不能存放基本类型的值，但java支持自动封箱。
        c.add("阿里");
        c.add("baidu");
        c.add("解忧杂货店");

        // 遍历Collection
        Iterator it = c.iterator();
        while (it.hasNext()) {
            // it.next();返回的数据类型是Object类型，需强制类型转换
            String tmp = (String) it.next();
            System.out.print(tmp + "  ");
            if ("baidu".equals(tmp)) {
                // 从集合中删除上一次next方法返回的元素
                it.remove();
            }
            //对tmp赋值，不会改变集合元素本身
            tmp = "腾讯";
        }

        System.out.println("\nc中的集合元素为："+c);
    }
}

输出的结果为：
阿里 baidu 解忧杂货店
c中的集合元素为：[阿里, 解忧杂货店]

在使用Iterator遍历Collection时，Iterator并不是把集合本身传给了迭代变量，而是把集合元素的值传给迭代变量，所以修改迭代变量tmp不会改变集合元素本身。

5. Collection 使用泛型遍历

  在上面已经介绍了Collection 的遍历，但是Collection 中的元素默认是Object，遍历时需要强制类型转换，效率较低。JDK1.5之后java支持泛型。下面介绍支持泛型的集合遍历方式。
  java提供了一个迭代器(Iterator)接口：Iterator，主要用来操作java里的集合对象(collection)。迭代器提供了统一的语法进行集合对象(collection)的遍历操作，无需关心集合对象的内部实现方式。Iterator只能向前移动，无法回退。
java的迭代器接口的申明如下：

public interface Iterator<E> {
    boolean hasNext();
    E next();
    void remove();
}

  从上面的接口代码可以看到，Iterator接口只有三个无参方法。

方法	返回值	异常	说明
hasNext	bool	无	判断是否还有下一个对象，如果有，则返回true，否则false
next	E	NoSuchElementException	返回集合的下个值，此方法只能在hasNext方法返回true时调用
remove	void	IllegalStateException	删除集合的当前值，此方法也只能在hasNext方法返回true时调用

  jdk1.5之后，添加了Iterable接口用于支持foreach的循环。Iterable接口只有一个方法，就是iterator()方法，返回集合的Iterator对象。所有实现Iterable接口的集合都可以使用foreach循环进行遍历。

Iterable的源码如下：

public interface Iterable<T> {
    Iterator<T> iterator();
}

5.1 List遍历Demo

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;

//这个例子用来演示ArrayList的遍历操作。
public class ArrayListTest {

    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：使用foreach遍历List
         for (String str : list) {//可改成for(int i=0;i<list.size();i++)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++) //可改成foreach(String str:strArray)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());
         }
     }
}

5.2 Map遍历Demo

import java.util.*;

public class MapTraverseTest {

    public static void main(String[] args) {
        Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
        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);
        }
    }
}