Java回顧之集合

2019-11-06 06:44:13

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　　在這篇文章里，我們關注Java中的集合（Collection）。集合是編程語言中基礎的一部分，Java自JDK早期，就引入了Java Collection Framework。設計JCF的那個人，后來還寫了一本書，叫《Effective Java》。

　　Java中的集合主要集中在2部分，一部分是java.util包中，一部分是java.util.concurrent中，后者是在前者的基礎上，定義了一些實現了同步功能的集合。

　　這篇文章主要關注java.util下的各種集合對象。Java中的集合對象可以粗略的分為3類：List、Set和Map。對應的UML圖如下（包括了java.util下大部分的集合對象）：

　?。ㄟ@張圖經過縮放已經變形，完整清晰版圖片請參見：http://files.cnblogs.com/wing011203/java_collection_structure.z

 1 PRivate static Collection initCollection() 2 { 3     Collection<Integer> collection = new ArrayList<Integer>(); 4     Random r = new Random(); 5     for (int i = 0 ; i < 5; i++) 6     { 7         collection.add(new Integer(r.nextInt(100))); 8     } 9     10     return collection;11 }　　在對集合進行操作的過程中，遍歷是一個經常使用的操作，我們可以使用兩種方式對集合進行遍歷：
　　1） 使用迭代器對集合進行遍歷。正如上面描述Collection接口時所說，所有集合都會有一個迭代器，我們可以用它來遍歷集合。
1 private static void accessCollectionByIterator(Collection<Integer> collection)2 {3     Iterator<Integer> iterator = collection.iterator();4     System.out.println("The value in the list:");5     while(iterator.hasNext())6     {7         System.out.println(iterator.next());8     }9 }　　2）使用foreach遍歷集合。
1 private static void accessCollectionByFor(Collection<Integer> collection)2 {3     System.out.println("The value in the list:");4     for(Integer value : collection)5     {6         System.out.println(value);7     }8 }　　List
　　Java中的List是對數組的有效擴展，它是這樣一種結構，如果不使用泛型，它可以容納任何類型的元素，如果使用泛型，那么它只能容納泛型指定的類型的元素。和數組相比，List的容量是可以動態擴展的。
　　List中的元素是可以重復的，里面的元素是“有序”的，這里的“有序”，并不是排序的意思，而是說我們可以對某個元素在集合中的位置進行指定。
　　List中常用的集合對象包括：ArrayList、Vector和LinkedList，其中前兩者是基于數組來進行存儲，后者是基于鏈表進行存儲。其中Vector是線程安全的，其余兩個不是線程安全的。
　　List中是可以包括null的，即使是使用了泛型。
　　ArrayList可能是我們平時用到的最多的集合對象了，在上述的示例代碼中，我們也是使用它來實例化一個Collection對象，在此不再贅述。
　　Vector
　　Vector的示例如下，首先我們看如何生成和輸出Vector：
 1 private static void vectorTest1() 2 { 3     List<Integer> list = new Vector<Integer>(); 4     for (int i = 0 ; i < 5; i++) 5     { 6         list.add(new Integer(100)); 7     } 8     list.add(null); 9     System.out.println("size of vector is " + list.size());10     System.out.println(list);11 }　　它的元素中，既包括了重復元素，也包括了null，輸出結果如下：
size of vector is 6[100, 100, 100, 100, 100, null]　　下面的示例，演示了Vector中的一些常用方法：
 1 private static void vectorTest2() 2 { 3     Vector<Integer> list = new Vector<Integer>(); 4     Random r = new Random(); 5     for (int i = 0 ; i < 10; i++) 6     { 7         list.add(new Integer(r.nextInt(100))); 8     } 9     System.out.println("size of vector is " + list.size());10     System.out.println(list);11     System.out.println(list.firstElement());12     System.out.println(list.lastElement());13     System.out.println(list.subList(3, 8));14     List<Integer> temp = new ArrayList<Integer>();15     for(int i = 4; i < 7; i++)16     {17         temp.add(list.get(i));18     }19     list.retainAll(temp);20     System.out.println("size of vector is " + list.size());21     System.out.println(list);22 }　　它的輸出結果如下：
size of vector is 10[39, 41, 20, 9, 29, 32, 54, 12, 94, 82]3982[9, 29, 32, 54, 12]size of vector is 3[29, 32, 54]　　LinkedList
　　LinkedList使用鏈表來存儲數據，它的示例代碼如下：
 LinkedList示例　　這里列出了LinkedList常用的各個方法，從方法名可以看出，LinkedList也可以用來實現棧和隊列。
　　輸出結果如下：
size of linked list is 11[17, 21, 5, 84, 19, 57, 68, 26, 27, 47, null]1717null1717null1721null5size of linked list is 8[100, 84, 19, 57, 68, 26, 27, 47]　　Set
　　Set 和List類似，都是用來存儲單個元素，單個元素的數量不確定。但Set不能包含重復元素，如果向Set中插入兩個相同元素，那么后一個元素不會被插入。
　　Set可以大致分為兩類：不排序Set和排序Set，不排序Set包括HashSet和LinkedHashSet，排序Set主要指TreeSet。其中HashSet和LinkedHashSet可以包含null。
　　HashSet
　　HashSet是由Hash表支持的一種集合，它不是線程安全的。
　　我們來看下面的示例，它和Vector的第一個示例基本上是相同的：
 1 private static void hashSetTest1() 2 { 3     Set<Integer> set = new HashSet<Integer>(); 4      5     for (int i = 0; i < 3; i++) 6     { 7         set.add(new Integer(100)); 8     } 9     set.add(null);10     11     System.out.println("size of set is " + set.size());12     System.out.println(set);13 }　　這里，HashSet中沒有包含重復元素，但包含了null，和Vector不同，這里的輸出結果如下：
size of set is 2[null, 100]　　對于HashSet是如何判斷兩個元素是否是重復的，我們可以深入考察一下。Object中也定義了equals方法，對于HashSet中的元素，它是根據equals方法來判斷元素是否相等的，為了證明這一點，我們可以定義個“不正?！钡念愋停?/p>
 1 class MyInteger 2 { 3     private Integer value; 4      5     public MyInteger(Integer value) 6     { 7         this.value = value; 8     } 9     10     public String toString()11     {12         return String.valueOf(value);13     }14     15     public int hashCode()16     {17         return 1;18     }19     20     public boolean equals(Object obj)21     {22         return false;23     }24 }　　可以看到，對于MyInteger來說，對于任意兩個實例，我們都認為它是不相等的。
　　下面是對應的測試方法：
 1 private static void hashSetTest2() 2 { 3     Set<MyInteger> set = new HashSet<MyInteger>(); 4      5     for (int i = 0; i < 3; i++) 6     { 7         set.add(new MyInteger(100)); 8     } 9     10     System.out.println("size of set is " + set.size());11     System.out.println(set);12 }　　它的輸出結果如下：
size of set is 3[100, 100, 100]　　可以看到，現在HashSet里有“重復”元素了，但對于MyInteger來說，它們不是“相同”的。
　　TreeSet
　　TreeSet是支持排序的一種Set，它的父接口是SortedSet。
　　我們首先來看一下TreeSet都有哪些基本操作：
 1 private static void treeSetTest1() 2 { 3     TreeSet<Integer> set = new TreeSet<Integer>(); 4      5     Random r = new Random(); 6     for (int i = 0 ; i < 5; i++) 7     { 8         set.add(new Integer(r.nextInt(100))); 9     }10 11     System.out.println(set);12     System.out.println(set.first());13     System.out.println(set.last());14     System.out.println(set.descendingSet());15     System.out.println(set.headSet(new Integer(50)));16     System.out.println(set.tailSet(new Integer(50)));17     System.out.println(set.subSet(30, 60));18     System.out.println(set.floor(50));19     System.out.println(set.ceiling(50));20 }　　它的輸出結果如下：
[8, 42, 48, 49, 53]853[53, 49, 48, 42, 8][8, 42, 48, 49][53][42, 48, 49, 53]4953　　TreeSet中的元素，一般都實現了Comparable接口，默認情況下，對于Integer來說，SortedList是采用升序來存儲的，我們也可以自定義Compare方式，例如以降序的方式來存儲。
　　下面，我們首先重新定義Integer：
定義MyInteger2對象　　下面是測試代碼：
 1 private static void treeSetTest2() 2 { 3     TreeSet<Integer> set1 = new TreeSet<Integer>(); 4     TreeSet<MyInteger2> set2 = new TreeSet<MyInteger2>(); 5     Random r = new Random(); 6     for (int i = 0 ; i < 5; i++) 7     { 8         int value = r.nextInt(100); 9         set1.add(new Integer(value));10         set2.add(new MyInteger2(value));11     }12     System.out.println("Set1 as below:");13     System.out.println(set1);14     System.out.println("Set2 as below:");15     System.out.println(set2);16 }　　代碼的運行結果如我們所預期的那樣，如下所示：
Set1 as below:[13, 41, 42, 45, 61]Set2 as below:[61, 45, 42, 41, 13]　　Map
　　Map中存儲的是“鍵值對”，和Set類似，Java中的Map也有兩種：排序的和不排序的，不排序的包括HashMap、Hashtable和LinkedHashMap，排序的包括TreeMap。
　　非排序Map
　　HashMap和Hashtable都是采取Hash表的方式進行存儲，HashMap不是線程安全的，Hashtable是線程安全的，我們可以把HashMap看做是“簡化”版的Hashtable。
　　HashMap是可以存儲null的，無論是對Key還是對Value。Hashtable是不可以存儲null的。
　　無論HashMap還是Hashtable，我們觀察它的構造函數，就會發現它可以有兩個參數：initialCapacity和loadFactor，默認情況下，initialCapacity等于16，loadFactor等于0.75。這和Hash表中可以存放的元素數目有關系，當元素數目超過initialCapacity*loadFactor時，會觸發rehash方法，對hash表進行擴容。如果我們需要向其中插入過多元素，需要適當調整這兩個參數。
　　我們首先來看HashMap的示例：
 1 private static void hashMapTest1() 2 { 3     Map<Integer,String> map = new HashMap<Integer, String>(); 4      5     map.put(new Integer(1), "a"); 6     map.put(new Integer(2), "b"); 7     map.put(new Integer(3), "c"); 8      9     System.out.println(map);10     System.out.println(map.entrySet());11     System.out.println(map.keySet());12     System.out.println(map.values());13 }　　這會輸出HashMap里的元素信息，如下所示。
{1=a, 2=b, 3=c}[1=a, 2=b, 3=c][1, 2, 3][a, b, c]　　下面的示例是對null的演示：
 1 private static void hashMapTest2() 2 { 3     Map<Integer,String> map = new HashMap<Integer, String>(); 4      5     map.put(null, null); 6     map.put(null, null); 7     map.put(new Integer(4), null); 8     map.put(new Integer(5), null); 9     10     System.out.println(map);11     System.out.println(map.entrySet());12     System.out.println(map.keySet());13     System.out.println(map.values());14 }　　執行結果如下：
{null=null, 4=null, 5=null}[null=null, 4=null, 5=null][null, 4, 5][null, null, null]　　接下來我們演示Hashtable，和上述兩個示例基本上完全一樣（代碼不再展開）：
Hashtable示例　　執行結果如下：
{3=c, 2=b, 1=a}[3=c, 2=b, 1=a][3, 2, 1][c, b, a]Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException    at java.util.Hashtable.put(Unknown Source)    at sample.collections.MapSample.hashTableTest2(MapSample.java:61)    at sample.collections.MapSample.main(MapSample.java:11)　　可以很清楚的看到，當我們試圖將null插入到hashtable中時，報出了空指針異常。
　　排序Map
　　排序Map主要是指TreeMap，它對元素增、刪、查操作時的時間復雜度都是O（log（n））。它不是線程安全的。
　　它的特點和TreeSet非常像，這里不再贅述。
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