集合框架概述

集合框架与数组的对比及概述

一方面，面向对象语言对事情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地引用放入容器中。

集合、数组都是对多个数据进行存储操作的结构，简称Java容器。

说明；此时的存储，主要是指能存层面的存储，不涉及到持久化的存储（.txt,.jpg,.avi,数据库中）

数组在存储多个数据封面的特点：

• 一旦初始化以后，它的长度就确定了。

• 数组一旦定义好，它的数据类型也就确定了。我们就只能操作指定类型的数据了。

  比如：String[] arr;int[] arr1;Object[] arr2;

数组在存储多个数据方面的特点：

• 一旦初始化以后，其长度就不可修改。
• 数组中提供的方法非常有限，对于添加、删除、插入数据等操作，非常不便，同时效率不高。
• 获取数组中实际元素的个数的需求，数组没有现成的属性或方法可用
• 数组存储数据的特点：有序、可重复。对于无序、不可重复的需求，不能满足。

集合框架涉及到的API

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 -->“动态”数组。(ArrayList、LinkedList、Vector)
  • Set：元素无序、不可重复的集合。(HashSet、LinkedHashSet、TreeSet)

• Map接口：双列数据，保存具有映射关系“key-value对”的集合。(HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、Hashtable、Properties)

Collection接口继承树

Map接口继承树

Collection 接口方法

• 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。

Collection常用方法

1. 添加

   • add(Objec tobj)
   • addAll(Collection coll)

2. 获取有效元素的个数

   • int size()

3. 清空集合

   • void clear()

4. 是否是空集合

   • boolean isEmpty()

5. 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。

6. 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

7. 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

8. 集合是否相等

   • boolean equals(Object obj)

9. 转成对象数组

   • Object[] toArray()

10. 获取集合对象的哈希值

    • hashCode()

11. 遍历

    • iterator()：返回迭代器对象，用于集合遍历

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Date;

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

        //add(Object e):将元素e添加到集合coll中
        coll.add("AA");
        coll.add("BB");
        coll.add(123);  //自动装箱
        coll.add(new Date());

        //size():获取添加的元素的个数
        System.out.println(coll.size());    //4

        //addAll(Collection coll1):将coll1集合中的元素添加到当前的集合中
        Collection coll1 = new ArrayList();
        coll1.add(456);
        coll1.add("CC");
        coll.addAll(coll1);

        System.out.println(coll.size());    //6
        System.out.println(coll);

        //clear():清空集合元素
        coll.clear();
        System.out.println(coll.size()); //0
        System.out.println(coll);        //[]

        //isEmpty():判断当前集合是否为空
        System.out.println(coll.isEmpty());
    }
}

Person类

import java.util.Objects;

public class Person {

    private String name;
    private int age;

    public Person() {
        super();
    }

    public Person(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 "Person{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        System.out.println("Person equals()....");
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        Person person = (Person) o;
        return age == person.age &&
                Objects.equals(name, person.name);
    }

    @Override
    public int hashCode() {

        return Objects.hash(name, age);
    }
}

测试类

import org.junit.Test;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Collection;

/**
 * Collection接口中声明的方法的测试
 *
 * 结论：
 * 向Collection接口的实现类的对象中添加数据obj时，要求obj所在类要重写equals().contains等需要用到
 */
public class CollectinoTest {

    @Test
    public void test(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);

//        Person p = new Person("Jerry",20);
//        coll.add(p);
        coll.add(new Person("Jerry",20));

        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);

        //1.contains(Object obj):判断当前集合中是否包含obj
        //我们在判断时会调用obj对象所在类的equals()。
        boolean contains = coll.contains(123);
        System.out.println(contains);
        System.out.println(coll.contains(new String("Tam")));
//        System.out.println(coll.contains(p));//true
        System.out.println(coll.contains(new Person("Jerry",20)));//false -->true

        //2.containsAll(Collection coll1):判断形参coll1中的所有元素是否都存在于当前集合中。
        Collection coll1 = Arrays.asList(123,4567);
        System.out.println(coll.containsAll(coll1));
    }

}

import org.junit.Test;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Collection;

/**
 * Collection接口中声明的方法的测试
 *
 * 结论：
 * 向Collection接口的实现类的对象中添加数据obj时，要求obj所在类要重写equals().
 *
 */
public class CollectinoTest {

    @Test
    public void test2(){
        //3.remove(Object obj):从当前集合中移除obj元素。
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry",20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);

        coll.remove(1234);
        System.out.println(coll);

        coll.remove(new Person("Jerry",20));
        System.out.println(coll);

        //4. removeAll(Collection coll1):差集：从当前集合中移除coll1中所有的元素。
        Collection coll1 = Arrays.asList(123,456);
        coll.removeAll(coll1);
        System.out.println(coll);
    }

    @Test
    public void test3(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry",20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);

        //5.retainAll(Collection coll1):交集：获取当前集合和coll1集合的交集，并返回给当前集合
//        Collection coll1 = Arrays.asList(123,456,789);
//        coll.retainAll(coll1);
//        System.out.println(coll);

        //6.equals(Object obj):要想返回true，需要当前集合和形参集合的元素都相同。
        Collection coll1 = new ArrayList();
        coll1.add(456);
        coll1.add(123);
        coll1.add(new Person("Jerry",20));
        coll1.add(new String("Tom"));
        coll1.add(false);

        System.out.println(coll.equals(coll1));
    }

}

import org.junit.Test;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Collection;
import java.util.List;

/**
 * Collection接口中声明的方法的测试
 *
 * 结论：
 * 向Collection接口的实现类的对象中添加数据obj时，要求obj所在类要重写equals().
 *
 */
public class CollectinoTest {

    @Test
    public void test4(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry",20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);

        //7.hashCode():返回当前对象的哈希值
        System.out.println(coll.hashCode());

        //8.集合 --->数组：toArray()
        Object[] arr = coll.toArray();
        for(int i = 0;i < arr.length;i++){
            System.out.println(arr[i]);
        }

        //拓展：数组 --->集合:调用Arrays类的静态方法asList()
        List list = Arrays.asList(new String[]{"AA", "BB", "CC"});
        System.out.println(list);

        List arr1 = Arrays.asList(123, 456);
        System.out.println(arr1);//[123, 456]

        List arr2 = Arrays.asList(new int[]{123, 456});
        System.out.println(arr2.size());//1

        List arr3 = Arrays.asList(new Integer[]{123, 456});
        System.out.println(arr3.size());//2

        //9.iterator():返回Iterator接口的实例，用于遍历集合元素。放在IteratorTest.java中测试
    }
}

Iterator迭代器接口

• 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。

使用Iterator遍历Collection

import org.junit.Test;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;

/**
 * 集合元素的遍历操作，使用迭代器Iterator接口
 * 内部的方法：hasNext()和 next()
 *
 */
public class IteratorTest {

    @Test
    public void test(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry",20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);

        Iterator iterator = coll.iterator();

        //方式一：
//        System.out.println(iterator.next());
//        System.out.println(iterator.next());
//        System.out.println(iterator.next());
//        System.out.println(iterator.next());
//        System.out.println(iterator.next());
//        //报异常：NoSuchElementException
//        //因为：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。
//        System.out.println(iterator.next());

        //方式二：不推荐
//        for(int i = 0;i < coll.size();i++){
//            System.out.println(iterator.next());
//        }

        //方式三：推荐
        //hasNext():判断是否还有下一个元素
        while(iterator.hasNext()){
            //next()：1.指针下移 2.将下移以后集合位置上地元素返回
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }
}

迭代器Iterator的执行原理

Iterator遍历集合的两种错误写法

import org.junit.Test;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;

/**
 * 集合元素的遍历操作，使用迭代器Iterator接口
 * 1.内部的方法：hasNext()和 next()
 * 2.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。
 */
public class IteratorTest {

    @Test
    public void test2(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry",20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);

        //错误方式一：两个next
//        Iterator iterator = coll.iterator();
//        while(iterator.next() != null){
//            System.out.println(iterator.next());
//        }

        //错误方式二：
        //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。
        while(coll.iterator().hasNext()){
            System.out.println(coll.iterator().next());
        }
    }
}

Iterator迭代器remove()的使用

import org.junit.Test;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;

/**
 * 集合元素的遍历操作，使用迭代器Iterator接口
 * 1.内部的方法：hasNext()和 next()
 * 2.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。
 * 3.内部定义了remove(),可以在遍历的时候，删除集合中的元素。此方法不同于集合Collection直接调用remove()
 */
public class IteratorTest {

    //测试Iterator中的remove()方法
    @Test
    public void test3(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry",20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);

        //删除集合中”Tom”
        //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。
        Iterator iterator = coll.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
//            iterator.remove();
            Object obj = iterator.next();
            if("Tom".equals(obj)){
                iterator.remove();
//                iterator.remove();                
            }
        }

        //遍历集合
        iterator = coll.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
        }

    }
}

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。

新特性foreach循环遍历集合或数组

• 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。
  

import org.junit.Test;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;

/**
 * jdk 5.0 新增了foreach循环，用于遍历集合、数组
 *
 */
public class ForTest {

    @Test
    public void test(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry",20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);

        //for(集合元素的类型 局部变量 : 集合对象),内部仍然调用了迭代器。
        for(Object obj : coll){
            System.out.println(obj);
        }
    }

    @Test
    public void test2(){
        int[] arr = new int[]{1,2,3,4,5,6};
        //for(数组元素的类型 局部变量 : 数组对象)
        for(int i : arr){
            System.out.println(i);
        }
    }

    //练习题
    @Test
    public void test3(){
        String[] arr = new String[]{"SS","KK","RR"};

//        //方式一：普通for赋值
//        for(int i = 0;i < arr.length;i++){
//            arr[i] = "HH";
//        }

        //方式二：增强for循环
        for(String s : arr){
            s = "HH";   
        }

        for(int i = 0;i < arr.length;i++){
            System.out.println(arr[i]);   //增强for循环写法，打印的还是原来的数据，因为时赋给局部变量s然后再改动的
        }
    }
}

Collection子接口之一：List接口

• 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。

Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象

• List接口：存储有序的、可重复的数据。 -->“动态”数组,替换原有的数组
  • ArrayList：作为List接口的主要实现类；线程不安全的，效率高；底层使用Object[] elementData存储
  • LinkedList：对于频繁的插入、删除操作，使用此类效率比ArrayList高；底层使用双向链表存储
  • Vector：作为List接口的古老实现类；线程安全的，效率低；底层使用Object[] elementData存储

面试题：比较ArrayList、LinkedList、Vector三者的异同？

同：三个类都是实现了List接口，存储数据的特点相同：存储有序的、可重复的数据

不同：见上

ArrayList的源码分析

• 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

jdk 7情况下

ArrayList list = new ArrayList();//底层创建了长度是10的Object[]数组elementData

list.add(123);//elementData[0] = new Integer(123);

...

list.add(11);//如果此次的添加导致底层elementData数组容量不够，则扩容。

默认情况下，扩容为原来的容量的1.5倍，同时需要将原有数组中的数据复制到新的数组中。

结论：建议开发中使用带参的构造器：ArrayList list = new ArrayList(int capacity

jdk 8中ArrayList的变化：

ArrayList list = new ArrayList();//底层Object[] elementData初始化为{}.并没有创建长度为10的数组
    *
list.add(123);//第一次调用add()时，底层才创建了长度10的数组，并将数据123添加到elementData[0]
...
后续的添加和扩容操作与jdk 7 无异。

小结：jdk7中的ArrayList的对象的创建类似于单例的饿汉式，而jdk8中的ArrayList的对象的创建类似于单例的懒汉式，延迟了数组的创建，节省内存。

LinkedList的源码分析

• 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
• 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。
  

LinkedList的源码分析：

LinkedList list = new LinkedList(); 内部声明了Node类型的first和last属性，默认值为null
list.add(123);//将123封装到Node中，创建了Node对象。
  
其中，Node定义为：体现了LinkedList的双向链表的说法
private static class Node {
	E item;
	Node next;
	Node prev;

	Node(Node prev, E element, Node next) {
	this.item = element;
	this.next = next;     //next变量记录下一个元素的位置
	this.prev = prev;     //prev变量记录前一个元素的位置
	}
}

Vector的源码分析（基本弃用）

• 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。

Vector的源码分析：jdk7和jdk8中通过Vector()构造器创建对象时，底层都创建了长度为10的数组。
在扩容方面，默认扩容为原来的数组长度的2倍。

List接口中的常用方法测试

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(intindex, 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

import org.junit.Test;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;

/**
 *
 * 5.List接口的常用方法
 */
public class ListTest {
    /**
     *
     * 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
     *
     * 总结：常用方法
     * 增：add(Object obj)
     * 删：remove(int index) / remove(Object obj)
     * 改：set(int index, Object ele)
     * 查：get(int index)
     * 插：add(int index, Object ele)
     * 长度：size()
     * 遍历：① Iterator迭代器方式
     *      ② 增强for循环
     *      ③ 普通的循环
     *
     */

    @Test
    public void test3(){
        ArrayList list = new ArrayList();
        list.add(123);
        list.add(456);
        list.add("AA");

        //方式一：Iterator迭代器方式
        Iterator iterator = list.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
        }

        System.out.println("***************");

        //方式二：增强for循环
        for(Object obj : list){
            System.out.println(obj);
        }

        System.out.println("***************");

        //方式三：普通for循环
        for(int i = 0;i < list.size();i++){
            System.out.println(list.get(i));
        }
    }

    @Test
    public void tets2(){
        ArrayList list = new ArrayList();
        list.add(123);
        list.add(456);
        list.add("AA");
        list.add(new Person("Tom",12));
        list.add(456);
        //int indexOf(Object obj):返回obj在集合中首次出现的位置。如果不存在，返回-1.
        int index = list.indexOf(4567);
        System.out.println(index);

        //int lastIndexOf(Object obj):返回obj在当前集合中末次出现的位置。如果不存在，返回-1.
        System.out.println(list.lastIndexOf(456));

        //Object remove(int index):移除指定index位置的元素，并返回此元素
        Object obj = list.remove(0);
        System.out.println(obj);
        System.out.println(list);

        //Object set(int index, Object ele):设置指定index位置的元素为ele
        list.set(1,"CC");
        System.out.println(list);

        //List subList(int fromIndex, int toIndex):返回从fromIndex到toIndex位置的左闭右开区间的子集合
        List subList = list.subList(2, 4);
        System.out.println(subList);
        System.out.println(list);
    }

    @Test
    public void test(){
        ArrayList list = new ArrayList();
        list.add(123);
        list.add(456);
        list.add("AA");
        list.add(new Person("Tom",12));
        list.add(456);

        System.out.println(list);

        //void add(int index, Object ele):在index位置插入ele元素
        list.add(1,"BB");
        System.out.println(list);

        //boolean addAll(int index, Collection eles):从index位置开始将eles中的所有元素添加进来
        List list1 = Arrays.asList(1, 2, 3);
        list.addAll(list1);
//        list.add(list1);
        System.out.println(list.size());//9

        //Object get(int index):获取指定index位置的元素
        System.out.println(list.get(2));

    }
}

List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?
    

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。

import org.junit.Test;

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

public class ListEver {
    /**
     * 区分List中remove(int index)和remove(Object obj)
     */

    @Test
    public void testListRemove() {
        List list = new ArrayList();
        list.add(1);
        list.add(2);
        list.add(3);
        updateList(list);
        System.out.println(list);//
    }

    private void updateList(List list) {
//        list.remove(2);     //注意这里默认调用的是下标，会删除list.add(3); 添加的数据
        list.remove(new Integer(2));   // 另一种用法
    }
}

Collection子接口之二：Set接口

• 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接口实现类的对比

Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象

• Set接口：存储无序的、不可重复的数据 -->高中讲的“集合”

  • HashSet：作为Set接口的主要实现类；线程不安全的；可以存储null值

    •             LinkedHashSet：作为HashSet的子类；遍历其内部数据时，可以按照添加的顺序遍历对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet.
      

  • TreeSet：可以按照添加对象的指定属性，进行排序。

Set的无序性与不可重复性的理解

package test;

import org.junit.jupiter.api.Test;

import java.util.HashSet;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;

/**
 *
 * 1.Set接口中没有定义额外的方法，使用的都是Collection中声明过的方法。
 *
 */
public class SetTest {

    /**
     * 一、Set:存储无序的、不可重复的数据
     *      1.无序性：不等于随机性。存储的数据在底层数组中并非按照数组索引的顺序添加，而是根据数据的哈希值决定的。
     *
     *      2.不可重复性：保证添加的元素按照equals()判断时，不能返回true.即：相同的元素只能添加一个。
     *
     * 二、添加元素的过程：以HashSet为例：
     *
     *
     */
    @Test
    public void test(){
        Set set = new HashSet();
        set.add(123);
        set.add(456);
        set.add("fgd");
        set.add("book");
        set.add(new User("Tom",12));
        set.add(new User("Tom",12));
        set.add(129);

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


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

HashSet中元素的添加过程

• 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
• 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）
• 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()和hashCode(Object obj)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”。

1. 我们向HashSet中添加元素a,首先调用元素a所在类的hashCode()方法，计算元素a的哈希值，
2. 此哈希值接着通过某种算法计算出在HashSet底层数组中的存放位置（即为：索引位置），判断数组此位置上是否已经有元素：
   1. 如果此位置上没有其他元素，则元素a添加成功。 --->情况1
   2. 如果此位置上有其他元素b(或以链表形式存在的多个元素），则比较元素a与元素b的hash值：
      1. 如果hash值不相同，则元素a添加成功。--->情况2
      2. 如果hash值相同，进而需要调用元素a所在类的equals()方法：
         1. equals()返回true,元素a添加失败
         2. equals()返回false,则元素a添加成功。--->情况2
3. 对于添加成功的情况2和情况3而言：元素a 与已经存在指定索引位置上数据以链表的方式存储。
   jdk 7 :元素a放到数组中，指向原来的元素。
   jdk 8 :原来的元素在数组中，指向元素a
   总结：七上八下
4. HashSet底层：数组+链表的结构。
   

关于hashCode()和equals()的重写

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

• 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，根据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)

要求

向Set(主要指：HashSet、LinkedHashSet)中添加的数据，其所在的类一定要重写hashCode()和equals()

• 要求：重写的hashCode()和equals()尽可能保持一致性：相等的对象必须具有相等的散列码
• 重写两个方法的小技巧：对象中用作 equals() 方法比较的 Field，都应该用来计算 hashCode 值。

LinkedHashSet的使用

• 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。

import java.util.Iterator;
import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.Set;

public class LinkedHashSetTest {
    public static void main(String[] args) {
        Set set = new LinkedHashSet();
        set.add(456);
        set.add(123);
        set.add(123);
        set.add("AA");
        set.add("CC");
        set.add(new User("Tom",12));
        set.add(new User("Tom",12));
        set.add(129);

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


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;
    }
}

TreeSet的自然排序

• 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
• 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。

import java.util.Iterator;
import java.util.TreeSet;

public class TreeTest {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet set = new TreeSet();

        //失败：不能添加不同类的对象
//        set.add(123);
//        set.add(456);
//        set.add("AA");
//        set.add(new User("Tom",12));

        //举例一：
//        set.add(34);
//        set.add(-34);
//        set.add(43);
//        set.add(11);
//        set.add(8);

        //举例二：
        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());
        }
    }
}


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

TreeSet的定制排序

• 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。

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

public class TreeTest {
    public static void main(String[] args) {
        Comparator com = new Comparator() {
            //按照年龄从小到大排列
            @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("Mary",33));
        set.add(new User("Jack",33));
        set.add(new User("Jack",56));


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


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

}

TreeSet的课后练习

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

MyDate类

/**
 * 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；
 */
public class MyDate implements Comparable{
    private int year;
    private int month;
    private int 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;
    }

    public MyDate() {
    }

    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 +
                '}';
    }

    @Override
    public int compareTo(Object o) {
        if(o instanceof MyDate){
            MyDate m = (MyDate)o;

            //比较年
            int minusYear = this.getYear() - m.getYear();
            if(minusYear != 0){
                return minusYear;
            }
            //比较月
            int minusMonth = this.getMonth() - m.getMonth();
            if(minusMonth != 0){
                return minusMonth;
            }
            //比较日
            return this.getDay() - m.getDay();
        }

        throw new RuntimeException("传入的数据类型不一致！");

    }
}

Employee类

/**
 * 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
 */
public class Employee implements Comparable{
    private String name;
    private int age;
    private MyDate 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;
    }

    public Employee() {
    }

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

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

    //按name排序
    @Override
    public int compareTo(Object o){
        if(o instanceof Employee){
            Employee e = (Employee)o;
            return this.name.compareTo(e.name);
        }
//        return 0;
        throw new RuntimeException("传入的数据类型不一致");
    }
}

测试类

import org.junit.Test;

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

/**
 * 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。
 */
public class EmployeeTest {

    //问题二：按生日日期的先后排序
    @Test
    public void test2(){
        TreeSet set = new TreeSet(new Comparator() {
            @Override
            public int compare(Object o1, Object o2) {
                if(o1 instanceof Employee && o2 instanceof Employee){
                    Employee e1 = (Employee)o1;
                    Employee e2 = (Employee)o2;

                    MyDate b1 = e1.getBirthday();
                    MyDate b2 = e2.getBirthday();

                    //方式一：
//                    //比较年
//                    int minusYear = b1.getYear() - b2.getYear();
//                    if(minusYear != 0){
//                        return minusYear;
//                    }
//
//                    //比较月
//                    int minusMonth = b1.getMonth() - b2.getMonth();
//                    if(minusMonth != 0){
//                        return minusMonth;
//                    }
//
//                    //比较日
//                    return b1.getDay() - b2.getDay();

                    //方式二：
                    return b1.compareTo(b2);
                }
//                return 0;
                throw new RuntimeException("传入的数据类型不一致！");
            }
        });

        Employee e1 = new Employee("wangxianzhi",41,new MyDate(334,5,4));
        Employee e2 = new Employee("simaqian",43,new MyDate(-145,7,12));
        Employee e3 = new Employee("yanzhenqin",44,new MyDate(709,5,9));
        Employee e4 = new Employee("zhangqian",51,new MyDate(-179,8,12));
        Employee e5 = new Employee("quyuan",21,new MyDate(-340,12,4));

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

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

    //问题一：使用自然排序
    @Test
    public void test(){
        TreeSet set = new TreeSet();

        Employee e1 = new Employee("wangxianzhi",41,new MyDate(334,5,4));
        Employee e2 = new Employee("simaqian",43,new MyDate(-145,7,12));
        Employee e3 = new Employee("yanzhenqin",44,new MyDate(709,5,9));
        Employee e4 = new Employee("zhangqian",51,new MyDate(-179,8,12));
        Employee e5 = new Employee("quyuan",21,new MyDate(-340,12,4));

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

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