Java集合

Java集合框架概述

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。

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

Collection接口方法

Collection接口

  • 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。

添加

  • add(Object obj)
  • addAll(Collection coll)

获取有效元素的个数

  • int size()

清空集合

  • void clear()

是否是空集合

  • boolean isEmpty()

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。

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
  • boolean removeAll(Collection coll):取当前集合的差集

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

集合是否相等

  • boolean equals(Object obj)

转成对象数组

  • Object[] toArray()

获取集合对象的哈希值

  • hashCode()

遍历

  • iterator():返回迭代器对象,用于集合遍历

Iterator迭代器接口

使用 Iterator 接口遍历集合元素

  • 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。

Iterator接口的方法


在调用it.next()方法之前必须要调用it.hasNext()进行检测。若不调用,且下一条记录无效,直接调用it.next()会抛出NoSuchElementException异常。

Iterator接口remove()方法

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Iterator iter = coll.iterator();//回到起点
while(iter.hasNext()){
Object obj = iter.next();
if(obj.equals("Tom")){
iter.remove();
}
}

注意

  • Iterator可以删除集合的元素,但是是遍历过程中通过迭代器对象的remove方法,不是集合对象的remove方法。
  • 如果还未调用next()或在上一次调用 next 方法之后已经调用了remove 方法,再调用remove都会报IllegalStateException。

使用 foreach 循环遍历集合元素

  • Java 5.0 提供了 foreach 循环迭代访问 Collection和数组。
  • 遍历操作不需获取Collection或数组的长度,无需使用索引访问元素。
  • 遍历集合的底层调用Iterator完成操作。
  • foreach还可以用来遍历数组。

Collection子接口一:List

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接口方法

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

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

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

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()

面试题
请问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。

Collection子接口二:Set

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

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()hashCode(Objectobj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。

底层也是数组,初始容量为16,当如果使用率超过0.75,(16*0.75=12)就会扩大容量为原来的2倍。(16扩容为32,依次为64,128….等)

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。

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。

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)

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。

Set实现类之三:TreeSet

  • 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。

TreeSet和后面要讲的TreeMap采用红黑树的存储结构

  • 特点:有序,查询速度比List快

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。
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import java.util.Iterator;
import java.util.Objects;
import java.util.TreeSet;

class User implements Comparable{
private String name;
private int age;


public User(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}

public String getName() {
return name;
}

public void setName(String name) {
this.name = name;
}

public int getAge() {
return age;
}

public void setAge(int age) {
this.age = age;
}

@Override
public String toString() {
return "User{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}

@Override
public boolean equals(Object o) {
if (this == o) return true;
if (!(o instanceof User)) return false;
User user = (User) o;
return age == user.age && Objects.equals(name, user.name);
}

@Override
public int hashCode() {
return Objects.hash(name, age);
}

//按照姓名从大到小排列,年龄从小到大排列
@Override
public int compareTo(Object o){
if(o instanceof User){
User user = (User) o;
int compare = -this.name.compareTo(user.name);
//如果等于0,则为相等。比较年龄
if(compare!=0){
return compare;
}else{
return Integer.compare(this.age,user.age);
}
}else {
throw new RuntimeException("输入的类型不匹配");
}
}


}
public class TreeSetTest {
public static void main(String[] args) {
TreeSet set = new TreeSet();
set.add(new User("Tom",12));
set.add(new User("Jerry",32));
set.add(new User("Jim",2));
set.add(new User("Mike",65));
set.add(new User("Jack",33));
set.add(new User("Jack",56));

Iterator iterator = set.iterator();
while (iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}
}
}

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。
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import java.util.Comparator;
import java.util.Iterator;
import java.util.Objects;
import java.util.TreeSet;

class User {
private String name;
private int age;


public User(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}

public String getName() {
return name;
}

public void setName(String name) {
this.name = name;
}

public int getAge() {
return age;
}

public void setAge(int age) {
this.age = age;
}

@Override
public String toString() {
return "User{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}

@Override
public boolean equals(Object o) {
if (this == o) return true;
if (!(o instanceof User)) return false;
User user = (User) o;
return age == user.age && Objects.equals(name, user.name);
}

@Override
public int hashCode() {
return Objects.hash(name, age);
}



}
public class TreeSetTest {
public static void main(String[] args) {
Comparator com = new Comparator() {
@Override
public int compare(Object o1, Object o2) {
if(o1 instanceof User && o2 instanceof User){
User u1 = (User)o1;
User u2 = (User)o2;
return Integer.compare(u1.getAge(), u2.getAge());

}else {
throw new RuntimeException("输入的数据类型不匹配");
}
}
};
TreeSet set = new TreeSet(com);
set.add(new User("Tom",12));
set.add(new User("Jerry",32));
set.add(new User("Jim",2));
set.add(new User("Mike",65));
set.add(new User("Jack",33));
set.add(new User("Jack",56));

Iterator iterator = set.iterator();
while (iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}
}
}

在List内去除重复数字值,要求尽量简单

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import java.util.ArrayList;
import java.util.HashSet;
import java.util.List;

/**
* @author Kevin
* @create 2021-03-18 13:50
*/
public class duplicateList {

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);
}
}
}

Map接口

Map接口继承树

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

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。
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import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;
import java.util.Set;

/**
* @author Kevin
* @create 2021-03-18 13:55
*/
public class MapTest {
public static void main(String[] args) {
Map map = new HashMap();
map.put("AA",123);
map.put(45,1234);
map.put("BB",56);

Set set = map.keySet();
Iterator iterator = set.iterator();
while (iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}

//遍历所有的key-value
//方式一:entrySet()
Set entrySet = map.entrySet();
Iterator iterator1 = entrySet.iterator();
while (iterator1.hasNext()){
Object obj = iterator1.next();
Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
System.out.println(entry.getKey() + "---->" + entry.getValue());

}

//方式二:
Set keySet = map.keySet();
Iterator iterator2 = keySet.iterator();
while (iterator2.hasNext()){
Object key = iterator2.next();
Object value = map.get(key);
System.out.println(key + "=====" + value);
}

}
}

HashMap的存储结构

  • JDK 7及以前版本:HashMap是数组+链表结构(即为链地址法)
  • JDK 8版本发布以后:HashMap是数组+链表+红黑树实现。

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。也可能是一个一个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。

面试题:负载因子值的大小,对HashMap有什么影响

  • 负载因子的大小决定了HashMap的数据密度。
  • 负载因子越大密度越大,发生碰撞的几率越高,数组中的链表越容易长,造成查询或插入时的比较次数增多,性能会下降。
  • 负载因子越小,就越容易触发扩容,数据密度也越小,意味着发生碰撞的几率越小,数组中的链表也就越短,查询和插入时比较的次数也越小,性能会更高。但是会浪费一定的内容空间。而且经常扩容也会影响性能,建议初始化预设大一点的空间。
  • 按照其他语言的参考及研究经验,会考虑将负载因子设置为0.7~0.75,此时平均检索长度接近于常数。

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

HashMap中的内部类:Node

LinkedHashMap中的内部类:Entry

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。

自然排序:

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import java.util.Iterator;
import java.util.Map;
import java.util.Set;
import java.util.TreeMap;

/**
* @author Kevin
* @create 2021-03-18 14:22
*/

class User implements Comparable{
private String name;
private int age;

public User() {
}

public User(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}

public String getName() {
return name;
}

public void setName(String name) {
this.name = name;
}

public int getAge() {
return age;
}

public void setAge(int age) {
this.age = age;
}

@Override
public String toString() {
return "User{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}

@Override
public boolean equals(Object o) {
System.out.println("User equals()....");
if (this == o) return true;
if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;

User user = (User) o;

if (age != user.age) return false;
return name != null ? name.equals(user.name) : user.name == null;
}

@Override
public int hashCode() { //return name.hashCode() + age;
int result = name != null ? name.hashCode() : 0;
result = 31 * result + age;
return result;
}

//按照姓名从大到小排列,年龄从小到大排列
@Override
public int compareTo(Object o) {
if(o instanceof User){
User user = (User)o;
// return -this.name.compareTo(user.name);
int compare = -this.name.compareTo(user.name);
if(compare != 0){
return compare;
}else{
return Integer.compare(this.age,user.age);
}
}else{
throw new RuntimeException("输入的类型不匹配");
}

}
}
public class TreeMapTest {
public static void main(String[] args) {
TreeMap map = new TreeMap();
User u1 = new User("Tom",23);
User u2 = new User("Jerry",32);
User u3 = new User("Jack",20);
User u4 = new User("Rose",18);
map.put(u1,98);
map.put(u2,89);
map.put(u3,76);
map.put(u4,100);

Set entrySet = map.entrySet();
Iterator iterator1 = entrySet.iterator();
while (iterator1.hasNext()){
Object obj = iterator1.next();
Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
System.out.println(entry.getKey() + "---->" + entry.getValue());

}
}
}

定制排序:

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import java.util.*;

/**
* @author Kevin
* @create 2021-03-18 14:22
*/

class User {
private String name;
private int age;

public User() {
}

public User(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}

public String getName() {
return name;
}

public void setName(String name) {
this.name = name;
}

public int getAge() {
return age;
}

public void setAge(int age) {
this.age = age;
}

@Override
public String toString() {
return "User{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}

@Override
public boolean equals(Object o) {
System.out.println("User equals()....");
if (this == o) return true;
if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;

User user = (User) o;

if (age != user.age) return false;
return name != null ? name.equals(user.name) : user.name == null;
}

@Override
public int hashCode() { //return name.hashCode() + age;
int result = name != null ? name.hashCode() : 0;
result = 31 * result + age;
return result;
}


}
public class TreeMapTest {
public static void main(String[] args) {

TreeMap map = new TreeMap(new Comparator() {
@Override
public int compare(Object o1, Object o2) {
if(o1 instanceof User && o2 instanceof User){
User u1 = (User)o1;
User u2 = (User)o2;
return Integer.compare(u1.getAge(),u2.getAge());
}
throw new RuntimeException("输入的类型不匹配!");
}
});
User u1 = new User("Tom",23);
User u2 = new User("Jerry",32);
User u3 = new User("Jack",20);
User u4 = new User("Rose",18);
map.put(u1,98);
map.put(u2,89);
map.put(u3,76);
map.put(u4,100);

Set entrySet = map.entrySet();
Iterator iterator1 = entrySet.iterator();
while (iterator1.hasNext()){
Object obj = iterator1.next();
Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
System.out.println(entry.getKey() + "---->" + entry.getValue());

}
}
}

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。

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

Collections工具类

操作数组的工具类为:Arrays

  • Collections 是一个操作 Set、List 和 Map 等集合的工具类
  • 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

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。

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List list1 = Collections.synchronizedList(list);

练习

定义一个 Employee 类。该类包含:private 成员变量 name,age,birthday,其中 birthday 为MyDate 类的对象;并为每一个属性定义 getter, setter 方法;并重写 toString 方法输出 name, age,birthday。

MyDate 类包含:
private 成员变量 year,month,day;并为每一个属性定义 getter, setter方法;

创建该类的 5 个对象,并把这些对象放入 TreeSet 集合中(下一章:TreeSet 需使用泛型来定义)
分别按以下两种方式对集合中的元素进行排序,并遍历输出:
1). 使 Employee 实现 Comparable 接口,并按 name 排序
2). 创建 TreeSet 时传入 Comparator 对象,按生日日期的先后排序。

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import java.util.Comparator;
import java.util.Set;
import java.util.TreeSet;

/**
* @author Kevin
* @create 2021-03-18 15:08
*/

class MyDate{
private int year;
private int month;
private int day;

public MyDate(int year, int month, int day) {
this.year = year;
this.month = month;
this.day = day;
}

@Override
public String toString() {
return "MyDate{" +
"year=" + year +
", month=" + month +
", day=" + day +
'}';
}

public int getYear() {
return year;
}

public void setYear(int year) {
this.year = year;
}

public int getMonth() {
return month;
}

public void setMonth(int month) {
this.month = month;
}

public int getDay() {
return day;
}

public void setDay(int day) {
this.day = day;
}
}
class Employee implements Comparable{
private String name;
private int age;

@Override
public String toString() {
return "Employee{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
", birthday=" + birthday +
'}';
}

private MyDate birthday;

public Employee(String name, int age, MyDate birthday) {
this.name = name;
this.age = age;
this.birthday = birthday;
}

public String getName() {
return name;
}

public void setName(String name) {
this.name = name;
}



public int getAge() {
return age;
}

public void setAge(int age) {
this.age = age;
}

public MyDate getBirthday() {
return birthday;
}

public void setBirthday(MyDate birthday) {
this.birthday = birthday;
}


@Override
public int compareTo(Object o) {
if (o instanceof Employee){
Employee e = (Employee) o;
return this.name.compareTo(e.getName());

}
throw new RuntimeException("数据类型不一致");
}
}
public class EmployeeTest {
public static void main(String[] args) {
Set set = new TreeSet(new Comparator() {
//改成负就是从小到大
@Override
public int compare(Object o1, Object o2) {
if(o1 instanceof Employee & o2 instanceof Employee){
MyDate d1 = ((Employee) o1).getBirthday();
MyDate d2 = ((Employee) o2).getBirthday();
//比较年
int minusYear = d1.getYear() - d2.getYear();
if(minusYear!=0){
return -minusYear;
}
//比较月
int minusMonth = d1.getMonth() - d2.getMonth();
if(minusMonth != 0){
return -minusMonth;
}
//比较日
return -d1.getDay() - d2.getDay();
}
throw new RuntimeException("数据类型不一致");
}
});
Employee e1 = new Employee("王一",19,new MyDate(1996,4,19));
Employee e2 = new Employee("王二",19,new MyDate(1995,4,19));
Employee e3 = new Employee("王三",19,new MyDate(1994,4,19));
Employee e4 = new Employee("王四",19,new MyDate(1993,4,19));
Employee e5 = new Employee("王五",19,new MyDate(1992,4,19));

set.add(e1);
set.add(e2);
set.add(e3);
set.add(e4);
set.add(e5);

for(Object e : set){
System.out.println(e);
}

}
}

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