Java中的集合Collection和Map

Java

发布日期: 2021-01-09

更新日期: 2022-07-31

文章字数: 9.9k

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引言：

Java中的集合可分为 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。Map接口：双列数据，保存具有映射关系“key-value对”的集合。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 集合就像一种容器，可以动态地把多个对象的引用放入容器中。

一、数组的特点和弊端

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。数组一旦定义好，其元素的类型也就确定了。我们也就只能操作指定类型的数据了。
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。
- 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。（存储数据的特点单一）

二、java中的集合框架（API）

1. 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。（更像是动态的数组）

ArrayList、LinkedList、Vector

Set接口：存储无序的、不可重复的数据。（更像是数学中的集合）

HashSet、LinkedHashSet、TreeSet

2. Map接口：双列集合，用来存储一对一对（key-value）的数据

HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、Hashtable、Properties

三、Cellection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。集合Collection中存储的如果是自定义类的对象，需要自定义类重写equals()方法。

1、Collection接口中的常用方法

1.添加

add(Object obj)
addAll(Collection coll)

2.获取有效元素个数：int size()

3.清空集合：void clear()

4.判断是否是空集合：boolean isEmpty()

5.判断是否包含某个元素

boolean contains(Object obj)：是通过元素的equals()方法来判断是否是同一个对象。将集合中的元素依次作为obj.equals()方法的形参。

boolean containsAll(Collection c)：判断形参集合c中的所有元素是否都存在于当前集合中。依次遍历形参集合c中的元素obj，然后将调用者集合中的元素依次作为obj.equals()方法的形参来进行判断。相当于形参集合c中的每个元素都要挨个与调用者集合中的每个元素进行判断（最坏的情况下）。

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) 当前集合和形参集合的元素都相同时，返回true。

9.转换成对象数组：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，用于遍历集合元素

2、使用 Iterator 接口遍历Collection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。注：不适用遍历Map集合。
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。
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。
内部定义了remove(),可以在遍历的时候，删除集合中的元素。此方法不同于集合直接调用remove()。如果还未调用过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异常。

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遍历集合的正确使用*/
public class IteratorTest {
    @Test
    public void test1() {
        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());
        System.out.println(iterator.next());//报异常：NoSuchElementException
        */

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

        iterator = coll.iterator();//重新赋值
        /*方式三：推荐使用*/
        //hasNext()：判断是否还有下一个元素
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.println(iterator.next());//next()：①指针下移 ②将下移以后集合位置上的元素返回
        }
    }
}

3、使用foreach循环（增强for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。

public class ForTest {
    @Test
    public void test1() {
        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);
        }

        String[] arr2 = new String[]{"AA", "BB", "CC"};
        for (String s : arr2) {
            s = "DD";
        }
        System.out.println(Arrays.toString(arr2));//[AA, BB, CC]
    }
}

四、Collection的子接口之 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。

ArrayList：作为List接口的主要实现类（JDK1.2）；线程不安全的，效率高；底层使用Object[] elementData存储

LinkedList：（JDK1.2）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（JDK1.0）；线程安全的，效率低；底层使用Object[] elementData存储

注意：Arrays.asList(T… a) 方法返回的 List 集合，既不是 ArrayList 实例，也不是Vector 实例。 Arrays.asList(T… a) 返回值是一个固定长度的 List 集合，Arrays类中有一个内部类private static class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements RandomAccess, java.io.Serializable。

1、List接口中的常用方法

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。不存在时，返回-1

int lastIndexOf(Object obj)：返回obj在当前集合中末次出现的位置。不存在时，返回-1

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：

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（因为其具有索引）

2、ArrayList 类

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 的情况

ArrayList像饿汉式，直接创建一个初始容量为10的数组。

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 的变化

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

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。

总结

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。

3、LinkedList 类

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。Node除了保存数据，还定义了两个变量：① prev变量记录前一个元素的位置；② next变量记录下一个元素的位置。

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定义如下，体现了LinkedList的双向链表的说法

新增方法

void addFirst(Object obj)

void addLast(Object obj)

Object getFirst()

Object getLast()

Object removeFirst()

Object removeLast()

4、Vector 类

Vector 是一个古老的集合，在JDK 1.0中就有了。大多数操作与ArrayList相同，区别之处在于Vector是线程安全的。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。

常用方法

void addElement(Object obj)

void insertElementAt(Object obj,int index)

void setElementAt(Object obj,int index)

void removeElement(Object obj)

void removeElementAt(int index)

void removeAllElements()

5、常见面试题

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
1. ArrayList和LinkedList的异同
首先二者都线程不安全，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绝对优于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。
2. 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。
3. 迷惑行为

public class ListTest {
    @Test
    public void test() {
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(1);
        coll.add(2);
        coll.add(3);
        coll.remove(1);//自动装箱。Collection接口中的remove方法是remove(Object o)，并没有带索引的remove方法，因为其要兼顾Set接口。
        System.out.println(coll);//[2, 3]

        List list = new ArrayList();
        list.add(1);
        list.add(2);
        list.add(3);
        list.remove(1);//List接口中除了remove(Object o)外，还有重载的remove(int index)。因为List有序，其单独定义了一套带索引的操作方法。
        System.out.println(list);//[1, 3]
    }
}

五、Collection的子接口之 Set 接口

Set 接口是Collection接口的另一个子接口，没有提供额外的方法，其使用的都是Collection中声明过的方法。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接口的实现类用来存储无序的、不可重复的数据。Set接口的实现类常用的有HashSet、LinkedHashSet(直接继承于HashSet)、TreeSet。

HashSet：作为Set接口的主要实现类，是线程不安全的，可以存储null值。遍历其内部数据时，并非按照添加的顺序输出。

LinkedHashSet：做为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：间接实现Set接口，是SortedSet接口的直接实现类，它可以按照添加对象的指定属性，进行排序。

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。
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。

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()。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。

1、重写hashCode()方法

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。

public class User {
    private String name;
    private int age;

    public User() {
    }

    public User(String name, int age) {
        this.name = name;
        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;
        return age == user.age &&
                Objects.equals(name, user.name);
    }

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

31这个神奇的数字

2、重写equals()方法

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。

3、HashSet 类

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。JDK7中HashSet底层是数组+链表的结构。

HashSet 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()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”。

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，即使：索引位置。并且这种散列函数计算出的位置还尽可能地保证能均匀存储元素，越是散列分布，该散列函数设计得越好）。如果两个元素的 hashCode() 值相等，会继续调用 equals() 方法，如果equals方法结果为true，则添加失败；如果为false，那么会保存该元素，但是该数组的位置上已经有元素了，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，但是他们的hashCode()返回值不相等，HashSet会将他们存储在不同的位置上，也就是说依然可以添加成功，这点很重要，这也是为什么“相等的对象必须具有相等的散列码”的原因。

我们向HashSet中添加元素a时，首先调用元素a所在类对象的hashCode()方法，计算元素a的哈希值，此哈希值接着通过某种散列算法计算出在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：

如果此位置上没有其他元素，则元素a添加成功。 —>情况 ①

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（因为相同hash值会算出相同的位置，不同的hash值也有可能算出相同的位置）：

如果hash值不相同，则元素a添加成功。—>情况 ②

如果hash值相同，进而需要调用元素a所在类的equals()方法：

equals()返回true，元素a添加失败

equals()返回false，则元素a添加成功。—>情况 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。（七上八下）

HashSet 的经典例子

class Person {
    int id;
    String name;

    public Person(int id, String name) {
        this.id = id;
        this.name = name;
    }

    public Person() {

    }

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

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

        Person person = (Person) o;

        if (id != person.id) return false;
        return name != null ? name.equals(person.name) : person.name == null;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        int result = id;
        result = 31 * result + (name != null ? name.hashCode() : 0);
        return result;
    }
}
public class CollectionTest {
    @Test
    public void test() {
        HashSet set = new HashSet();
        Person p1 = new Person(1001,"AA");
        Person p2 = new Person(1002,"BB");

        set.add(p1);
        set.add(p2);
        System.out.println(set);//[Person{id=1002, name='BB'}, Person{id=1001, name='AA'}]

        p1.name = "CC";
        set.remove(p1);
        System.out.println(set);//[Person{id=1002, name='BB'}, Person{id=1001, name='CC'}]
        set.add(new Person(1001,"CC"));
        System.out.println(set);//[Person{id=1002, name='BB'}, Person{id=1001, name='CC'}, Person{id=1001, name='CC'}]
        set.add(new Person(1001,"AA"));
        System.out.println(set);//[Person{id=1002, name='BB'}, Person{id=1001, name='CC'}, Person{id=1001, name='CC'}, Person{id=1001, name='AA'}]
    }
}

4、LinkedHashSet 类

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，因为其在插入元素时会维护一个双向链表，但在迭代访问 Set 里的全部元素时有很好的性能。LinkedHashSet 也是不允许集合元素重复。
LinkedHashSet底层结构

5、TreeSet 类

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。对TreeSet来说重写hashCode()方法不是必须的。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。

新增的方法（因为其可以确保元素处于排序状态，所以多了一些特殊方法）

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的自然排序

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中添加元素时的注意点：

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。

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。

六、Map接口

Map与Collection并列存在。用于保存具有映射关系的数据对：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，所以key所对应的类，须重写hashCode()和equals()方法。开发中常用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、LinkedHashMap、TreeMap、HashTable、Properties。其中，HashMap是 Map 接口使用频率最高的实现类。

HashMap：作为Map的主要实现类；线程不安全，效率高；可以存储null的key和value

LinkedHashMap：作为HashMap的子类，可以保证在遍历map元素时，按照添加的顺序实现遍历。原因：在原有的HashMap底层结构基础上，添加了一对指针，分别指向前后元素，对于频繁的遍历操作，此类执行效率高于HashMap

TreeMap：保证按照添加的key-value对进行排序，实现排序遍历。此时考虑key的自然排序或定制排序。底层使用红黑树

HashTable：作为古老的实现类；线程安全，效率低；不能存储null的key和value

Properties：作为HashTable的子类，常用来处理配置文件。key和value都是String类型

HashMap的底层：数组+链表（jdk7及之前）; 数组+链表+红黑树（jdk 8）

1、Map结构的理解

Map中的key：无序的、不可重复的，使用Set存储所有的key。key所在的类要重写equals()和hashCode()方法

Map中的value：无序的、可重复的，使用Collection存储所有的value。value所在的类要重写equals()方法

键值对Entry：key-value构成一个Entry对象。Map中的entry是无序的、不可重复的，使用Set存储所有的entry

2、Map接口中的常用方法

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

Object getOrDefault(Object key, Object defaultValue)：获取指定key对应的value，如果不存在该key，则返回指定的默认值

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。value是可重复无序的，所以用Collection来接收比较合适。为什么不用List呢，因为List有一些与索引相关的操作对于无序的数据来说没啥用。

Set entrySet()：返回所有key-value对构成的Set集合

总结：

添加：put(Object key,Object value)
删除：remove(Object key)
修改：put(Object key,Object value)
查询：get(Object key) / getOrDefault(Object key, Object defaultValue)
长度：size()
遍历：keySet() / values() / entrySet()

3. Map的遍历 keySet()、values()、entrySet()

Set keySet()

Collection values()

Set entrySet()

/*Map的遍历，通过Set keySet(),Collection values(),Set entrySet()方法返回Collection的子接口类型或Collection类型；
 * 然后调用iterator()方法获得迭代器对象后进行遍历。
 */
public class MapTest {
    @Test
    public void test() {
        Map map = new HashMap();
        map.put("AA",123);
        map.put(45,1234);
        map.put("BB",56);

        //遍历所有的key集：keySet()
        Set set = map.keySet();
        Iterator iterator = set.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
        }
        System.out.println("******************");

        //遍历所有的value集：values()
        Collection values = map.values();
        for(Object obj : values){
            System.out.println(obj);
        }
        System.out.println("******************");

        //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();
            //entrySet集合中的元素都是entry
            Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
            System.out.println(entry.getKey() + "---->" + entry.getValue());
        }
        System.out.println("******************");

        //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);
        }
    }
}

4、HashMap 类

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()方法。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()方法。一个key-value对构成一个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，同时要求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

HashMap的底层结构：

JDK 7	JDK 8

1.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（默认长度为10）的Entry数组Entry[] table，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。
2.JDK 1.8：
HashMap的内部存储结构变成了数组+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。
3.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。
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。

4.总结：（JDK1.8相较于之前的变化）

HashMap map = new HashMap();//默认情况下，先不创建长度为16的数组

当首次调用map.put()时，再创建长度为16的数组

数组为Node类型，在jdk7中称为Entry类型

形成链表结构时，新添加的key-value对在链表的尾部（七上八下）

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。

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 0.75

TREEIFY_THRESHOLD：Bucket中链表长度大于该默认值 8，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 64。（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 12

loadFactor：填充因子

负载因子的大小，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。

向HashMap中添加元素的过程

以IDK7为例，向HashMap中添加entry1(key，value)时，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值相同，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指向该数组位置上原有的entry元素。

map.put(key1,value1):
首先，调用key1所在类的hashCode()计算key1哈希值，此哈希值经过某种算法计算以后，得到在Entry数组中的存放位置。

如果此位置上的数据为空，此时的key1-value1添加成功。 —>情况 ①

如果此位置上的数据不为空，(意味着此位置上存在一个或多个数据(以链表形式存在)),比较key1和已经存在的一个或多个数据的哈希值：

如果key1的哈希值与已经存在的数据的哈希值都不相同，此时key1-value1添加成功。—>情况 ②

如果key1的哈希值和已经存在的某一个数据(key2-value2)的哈希值相同，继续比较：调用key1所在类的equals(key2)方法，比较：

如果equals()返回false：此时key1-value1添加成功。—>情况 ③

如果equals()返回true：使用value1替换value2。 —>情况 ④（修改替换）

关于情况2和情况3：此时key1-value1和原来的数据以链表的方式存储。在不断的添加过程中，会涉及到扩容问题，当超出临界值(且要存放的位置非空)时，扩容。默认的扩容方式：扩容为原来容量的2倍，并将原有的数据复制过来。
jdk8 相较于jdk7在底层实现方面的不同：

new HashMap()：底层没有创建一个长度为16的数组

jdk 8底层的数组是：Node[],而非Entry[]

首次调用put()方法时，底层创建长度为16的数组

jdk7底层结构只有：数组+链表。jdk8中底层结构：数组+链表+红黑树。

形成链表时，七上八下（jdk7:新的元素指向旧的元素。jdk8：旧的元素指向新的元素）

当数组的某一个索引位置上的元素以链表形式存在的数据个数 > 8 且当前数组的长度 > 64时，此时此索引位置上的所数据改为使用红黑树存储。

5、LinkedHashMap 类

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

LinkedHashMap的其中一个构造函数**LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor, boolean accessOrder)**可以通过 accessOrder 设置是否需要按照访问顺序排序，最近访问的元素排在最后，调用put(key,val)和get(key)都算是一次访问。有效利用该点，可以实现LRU缓存算法。

6、TreeMap 类

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。

向TreeMap中添加key-value，要求key必须是由同一个类创建的对象。因为排序需要同类别对象比较大小。

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。

7、HashTable 类

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。

8、Properties 类

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

jdbc.properties 文件

name=Tom
password=123456

public class PropertiesTest {
    public static void main(String[] args) {
        Properties pros = new Properties();
        FileInputStream fis = null;

        try {
            fis = new FileInputStream("jdbc.properties");
            pros.load(fis);//加载流对应的文件

            String name = pros.getProperty("name");
            String password = pros.getProperty("password");
            System.out.println("name = " + name);
            System.out.println("password = " + password);

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally{
            if (fis != null) {
                try {
                    fis.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

YangChongZhi

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四、Collection的子接口 之 List 接口

1、List接口中的常用方法

2、ArrayList 类

jdk 7 的情况

jdk 8 的变化

总结

3、LinkedList 类

源码分析

新增方法

4、Vector 类

常用方法

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五、Collection的子接口 之 Set 接口

1、重写hashCode()方法

2、重写equals()方法

3、HashSet 类

HashSet 特点

向HashSet中添加元素的过程：

HashSet 的经典例子

4、LinkedHashSet 类

5、TreeSet 类

新增的方法（因为其可以确保元素处于排序状态，所以多了一些特殊方法）

TreeSet的自然排序

TreeSet的定制排序

六、Map接口

1、Map结构的理解

2、Map接口中的常用方法

3. Map的遍历 keySet()、values()、entrySet()

4、HashMap 类

HashMap的底层结构：

HashMap源码中的重要常量

向HashMap中添加元素的过程

5、LinkedHashMap 类

6、TreeMap 类

7、HashTable 类

8、Properties 类

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四、Collection的子接口之 List 接口

五、Collection的子接口之 Set 接口