Java-集合框架（刨析源码，深层讲解）

Java 集合框架

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前言

本博主将用CSDN记录软件开发求学之路上亲身所得与所学的心得与知识，有兴趣的小伙伴可以关注博主！
也许一个人独行，可以走的很快，但是一群人结伴而行，才能走的更远！让我们在成长的道路上互相学习，欢迎关注！

一、引入

（1） 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。

（2）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。 比如：String[] arr;int[] arr1;Object[] arr2;

⭕ 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。
• 数组存储的数据是有序的、可以重复的。---->存储数据的特点单一

二、概述

（1）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。

（2）体系分布：
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。

（实线表示“继承”，虚线表示“实现”）
●

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

（实线表示“继承”，虚线表示“实现”）
●

HashMap

●

LinkedHashMap

●

TreeMap

●

Hashtable

●

Properties

三、Collection接口

1. 概述

（1）

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。

（2）

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。

（3）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。

2. 方法

2.1 添加

方法一方法二

add(Object obj)

addAll(Collection coll)

2.2 获取有效元素的个数

方法

int size()

2.3 清空集合

方法

void clear()

2.4 判断是否是空集合

方法

boolean isEmpty()

2.5 判断是否包含某个元素

方法一方法二

boolean contains(Object obj)

boolean containsAll(Collection c)

通过调用元素的equals方法来（挨个）比较判断是否是同一个对象

2.6 删除

方法一方法二

boolean remove(Object obj)

boolean removeAll(Collection coll)

通过调用元素的

equals

方法来判断是否是要删除的某个元素，只会删除找到的第一个元素/删除当前集合里的指定某个子集合，即取当前集合的差集

2.7 取两个集合的交集

方法

boolean retainAll(Collection c)

把交集的结果存在当前集合中

2.8 判断集合是否相等

方法

boolean equals(Object obj)

2.9 转成对象数组

方法

Object[] toArray()

2.10 获取集合对象的哈希值

方法

hashCode()

2.11 遍历

方法

iterator()

返回迭代器对象，用于集合遍历

2.12 代码演示

@Testpublicvoidtest1(){Collection coll =newArrayList();//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(newDate());//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 =newArrayList();
        coll1.add(456);
        coll1.add("CC");
        coll.addAll(coll1);System.out.println(coll.size());//6System.out.println(coll);//[AA, BB, 123, Tue Apr 19 22:51:41 CST 2022, 456, CC]//clear():清空集合元素
        coll.clear();//isEmpty():判断当前集合是否为空System.out.println(coll.isEmpty());//true}

@Testpublicvoidtest2(){Collection coll =newArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);//        Person p = new Person("Jerry",20);//        coll.add(p);
        coll.add(newPerson("Jerry",20));
        coll.add(newString("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);//trueSystem.out.println(coll.contains(newString("Tom")));//true//        System.out.println(coll.contains(p));//trueSystem.out.println(coll.contains(newPerson("Jerry",20)));//false //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));//false}

@Testpublicvoidtest3(){//3.remove(Object obj):从当前集合中移除obj元素。Collection coll =newArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(newPerson("Jerry",20));
        coll.add(newString("Tom"));
        coll.add(false);

        coll.remove(1234);System.out.println(coll);//[123, 456, Person@621be5d1, Tom, false]

        coll.remove(newPerson("Jerry",20));System.out.println(coll);//[123, 456, Person@621be5d1, Tom, false]//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);//[Person@621be5d1, Tom, false]}

@Testpublicvoidtest4(){Collection coll =newArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(newPerson("Jerry",20));
        coll.add(newString("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);//[123, 456]//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 coll2 =newArrayList();
        coll2.add(456);
        coll2.add(123);
        coll2.add(newPerson("Jerry",20));
        coll2.add(newString("Tom"));
        coll2.add(false);System.out.println(coll.equals(coll2));//false}

@Testpublicvoidtest5(){Collection coll =newArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(newPerson("Jerry",20));
        coll.add(newString("Tom"));
        coll.add(false);//7.hashCode():返回当前对象的哈希值System.out.println(coll.hashCode());//1412105286//8.集合 --->数组：toArray()Object[] arr = coll.toArray();for(int i =0; i < arr.length; i++){System.out.println(arr[i]);}//123//456//Person@621be5d1//Tom//false//拓展：数组 --->集合:调用Arrays类的静态方法asList()List<String> list =Arrays.asList(newString[]{"AA","BB","CC"});System.out.println(list);//[AA, BB, CC]List arr1 =Arrays.asList(newint[]{123,456});System.out.println(arr1.size());//1List arr2 =Arrays.asList(newInteger[]{123,456});System.out.println(arr2.size());//2}}

3. Collection子接口之一：List接口

3.1 概述

（1）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。

（2）

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，即“动态”数组,替换原有的数组。

（3）

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。

（4）

JDK API

中

List

接口的实现类常用的有：

ArrayList

、

LinkedList

和

Vector

。

3.2 方法

List

除了从

Collection

集合继承的方法外，

List

集合里还添加了一些根据索引来操作集合元素的方法。

方法描述

void add(int index, Object ele)

在

index

位置插入

ele

元素

boolean addAll(int index, Collection eles)

从

index

位置开始将集合

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
常用方法总结：
作用方法增

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

3.2.1 代码演示

@Testpublicvoidtest1(){ArrayList list =newArrayList();
            list.add(123);
            list.add(456);
            list.add("AA");
            list.add(newPerson("Tom",12));
            list.add(456);System.out.println(list);//[123, 456, AA, Person@621be5d1, 456]//void add(int index, Object ele):在index位置插入ele元素
            list.add(1,"BB");System.out.println(list);//[123, BB, 456, AA, Person@621be5d1, 456]//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(0));//123}

@Testpublicvoidtest2(){ArrayList list =newArrayList();
        list.add(123);
        list.add(456);
        list.add("AA");
        list.add(newPerson("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);//-1//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));//4//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);//123System.out.println(list);//[456, AA, Person@621be5d1, 456]//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);//[456, CC, Person@621be5d1, 456]//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);//[Person@621be5d1, 456]System.out.println(list);//[456, CC, Person@621be5d1, 456]}

@Testpublicvoidtest3(){ArrayList list =newArrayList();
        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());}//123//456//AA//方式二：增强for循环for(Object obj : list){System.out.println(obj);}//123//456//AA//方式三：普通for循环for(int i =0;i < list.size();i++){System.out.println(list.get(i));}//123//456//AA}

3.3 List实现类之一：ArrayList

3.3.1 概述

⭕ 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。

3.3.2 源码分析

⭕ jdk 7：

🔺空参的构造器中，底层默认创建了长度是10的

Object[]

数组

elementData

。

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

🔺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。

🔺建议开发中使用带参的构造器：默认创建指定长度的数组 。

ArrayList list =newArrayList(int capacity)//默认创建指定长度的数组

⭕ jdk 8：

🔺底层

Object[] elementData

初始化为{}，并没有创建长度为10的数组

ArrayList list =newArrayList();

🔺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

elementData[0]

list.add(123);

🔺后续的添加和扩容操作与

jdk7

相同。

结论：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。

3.4 List实现类之二：LinkedList

3.4.1 概述

⭕ 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。

⭕

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

3.4.2 源码分析

LinkedList list =newLinkedList();//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。 //Node定义为：（体现了LinkedList的双向链表的说法）privatestaticclassNode<E>{E item;Node<E> next;Node<E> prev;Node(Node<E> prev,E element,Node<E> next){this.item = element;this.next = next;this.prev = prev;}}

3.5 List实现类之三：Vector

3.5.1 概述

⭕ 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。

⭕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：

方法

void addElement(Object obj)

void insertElementAt(Object obj,int index)

void setElementAt(Object obj,int index)

void removeElement(Object obj)

void removeAllElements()

3.5.2 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。

3.6 ArrayList、LinkedList、Vector三者的异同？

⭕ 同：
① 三个类都是实现了

List

接口。
② 存储数据的特点相同：存储有序的、可重复的数据。

⭕ 不同：见上

4. Collection子接口之二：Set接口

4.1 概述

⭕

Set

接口是

Collection

的子接口，

set

接口没有提供额外的方法。

⭕ 存储无序的、不可重复的数据。

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

。

⭕ 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()

，且重写的

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。

⭕ 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：重写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。

4.2 Set实现类之一：HashSet

4.2.1 概述

存储无序的、不可重复的数据。

• 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。

4.2.2 添加元素的过程

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，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： 2.1 如果hash值不相同，则元素a添加成功。—>情况2 2.2 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
口诀：七上八下

4.2.3 代码演示

@Testpublicvoidtest(){Set set =newHashSet();
        set.add(456);
        set.add(123);
        set.add(123);
        set.add("AA");
        set.add("CC");
        set.add(newUser("Tom",12));
        set.add(newUser("Tom",12));
        set.add(129);Iterator iterator = set.iterator();while(iterator.hasNext()){System.out.println(iterator.next());}//AA//CC//129//456//User@621be5d1//User@573fd745//123}

4.3 Set实现类之二：LinkedHashSet

4.3.1 概述

⭕

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。在添加数据的同时，每个数据还维护了两个引用，记录此数据前一个数据和后一个数据。

⭕

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。对于频繁的遍历操作，

LinkedHashSet

效率高于

HashSet

。

⭕

LinkedHashSet

不允许集合元素重复。

4.3.2 代码演示

@Testpublicvoidtest(){Set set =newLinkedHashSet();
        set.add(456);
        set.add(123);
        set.add(123);
        set.add("AA");
        set.add("CC");
        set.add(newUser("Tom",12));
        set.add(newUser("Tom",12));
        set.add(129);Iterator iterator = set.iterator();while(iterator.hasNext()){System.out.println(iterator.next());}//456//123//AA//CC//User@621be5d1//User@573fd745//129////Process finished with exit code 0}

4.4 Set实现类之三：TreeSet

4.4.1 概述

⭕

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。

⭕ 向

TreeSet

中添加的数据，要求是相同类的对象。

⭕

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。

• 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
• 定制排序 比较两个对象是否相同的标准为：compare()返回0，不再是equals().

特点：有序，查询速度比List快

4.4.2 排序—自然排序

⭕ 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

的接口的类必须实现

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。

⭕ 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。

4.4.3 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。

4.4.4 代码演示

@Testpublicvoidtest(){Comparator com =newComparator(){//按照年龄从小到大排列@Overridepublicintcompare(Object o1,Object o2){if(o1 instanceofUser&& o2 instanceofUser){User u1 =(User)o1;User u2 =(User)o2;returnInteger.compare(u1.getAge(),u2.getAge());}else{thrownewRuntimeException("输入的数据类型不匹配");}}};TreeSet set =newTreeSet(com);
        set.add(newUser("Tom",12));
        set.add(newUser("Jerry",32));
        set.add(newUser("Jim",2));
        set.add(newUser("Mike",65));
        set.add(newUser("Mary",33));
        set.add(newUser("Jack",33));
        set.add(newUser("Jack",56));Iterator iterator = set.iterator();while(iterator.hasNext()){System.out.println(iterator.next());}//User@621be5d1//User@573fd745//User@15327b79//User@4f2410ac//User@722c41f4//User@5b80350b}

@Testpublicvoidtest1(){TreeSet set =newTreeSet();//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(newUser("Tom",12));
        set.add(newUser("Jerry",32));
        set.add(newUser("Jim",2));
        set.add(newUser("Mike",65));
        set.add(newUser("Jack",33));
        set.add(newUser("Jack",56));Iterator iterator = set.iterator();while(iterator.hasNext()){System.out.println(iterator.next());}}

四、Map接口

1. 概述

⭕

Map

接口与

Collection

接口并列存在。用于保存具有映射关系的数据:

key-value

—类似于高中的函数：y = f(x)。

⭕

Map

中的

key

和

value

都可以是任何引用类型的数据。

⭕

Map

中的

key

:无序的、不可重复的，使用

Set

存储所有的

key

，常用

String

类作为

Map

的“键” —>

key

所在的类要重写

equals()

和

hashCode()

（以

HashMap

为例）

⭕

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()

⭕ 一个键值对：

key-value

构成了一个

Entry

对象。

Map

中的

entry

:无序的、不可重复的，使用

Set

存储所有的

entry

⭕

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。

2. Map中定义的方法

⭕ 添加、删除、修改操作：

方法描述

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：

方法描述

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：

方法描述

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

⭕ 总结：常用方法：

作用方法添加

put(Object key,Object value)

删除

remove(Object key)

修改

put(Object key,Object value)

查询

get(Object key)

长度

size()

遍历

keySet() / values() / entrySet()

2.1 代码演示

@Testpublicvoidtest1(){Map map =newHashMap();//        map = new Hashtable();
        map.put(null,123);}

@Testpublicvoidtest2(){Map map =newHashMap();
        map =newLinkedHashMap();
        map.put(123,"AA");
        map.put(345,"BB");
        map.put(12,"CC");System.out.println(map);//{123=AA, 345=BB, 12=CC}}

/*
     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
     */@Testpublicvoidtest3(){Map map =newHashMap();//添加
        map.put("AA",123);
        map.put(45,123);
        map.put("BB",56);//修改
        map.put("AA",87);System.out.println(map);//{AA=87, BB=56, 45=123}Map map1 =newHashMap();
        map1.put("CC",123);
        map1.put("DD",123);

        map.putAll(map1);System.out.println(map);//{AA=87, BB=56, CC=123, DD=123, 45=123}//remove(Object key)Object value = map.remove("CC");System.out.println(value);//123System.out.println(map);//{AA=87, BB=56, DD=123, 45=123}//clear()
        map.clear();//与map = null操作不同System.out.println(map.size());//0System.out.println(map);//{}}

/*
 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
     */@Testpublicvoidtest4(){Map map =newHashMap();
        map.put("AA",123);
        map.put(45,123);
        map.put("BB",56);// Object get(Object key)System.out.println(map.get(45));//123//containsKey(Object key)boolean isExist = map.containsKey("BB");System.out.println(isExist);//true

        isExist = map.containsValue(123);System.out.println(isExist);//true

        map.clear();System.out.println(map.isEmpty());//true}

/*
 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

     */@Testpublicvoidtest5(){Map map =newHashMap();
        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());}//AA//BB//45System.out.println();//遍历所有的value集：values()Collection values = map.values();for(Object obj : values){System.out.println(obj);}//123//56//1234System.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entryMap.Entry entry =(Map.Entry) obj;System.out.println(entry.getKey()+"---->"+ entry.getValue());}//AA---->123//BB---->56//45---->1234System.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);}//AA=====123//BB=====56//45=====1234}

3. Map实现类之一：HashMap

3.1 概述

⭕

HashMap

作为

Map

的主要实现类，线程不安全的，效率高，可存储

null

的

key

和

value

⭕

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

。

⭕

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)

JDK8

版本发布以后：

HashMap

是数组+链表+红黑树实现。

3.2 HashMap 的底层实现原理

⭕ jdk7：

🔺

HashMap map = new HashMap()

:在实例化以后，底层创建了长度是16的一维数组

Entry[] table

。

🔺 map.put(key1,value1):…可能已经执行过多次put…

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。

1. 如果此位置上的数据为空，此时的key1-value1添加成功。 ----情况1
2. 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： 2.1 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 2.2 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。

🔺 补充：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。

3.3 HashMap 源码中的重要常量

常量描述

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

的数量达到需要变红黑树时，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

3.4 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：
🔺

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。

⭕ 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。

4. Map实现类之二：LinkedHashMap

4.1 概述

⭕

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，保证在遍历

map

元素时，可以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，指向前一个和后一个元素。

⭕ 对于频繁的遍历操作，此类执行效率高于

HashMap

。

4.2 底层结构

⭕

HashMap

中的内部类：

Node

staticclassNode<K,V>implementsMap.Entry<K,V>{finalint hash;finalK key;V value;Node<K,V> next;}

⭕

LinkedHashMap

中的内部类：

Entry

staticclassEntry<K,V>extendsHashMap.Node<K,V>{Entry<K,V> before, after;Entry(int hash,K key,V value,Node<K,V> next){super(hash, key, value, next);}}

5. Map实现类之三：TreeMap

5.1 概述

⭕

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。

⭕ 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：

🔺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。

5.2 代码演示

publicclassTreeMapTest{//向TreeMap中添加key-value，要求key必须是由同一个类创建的对象//因为要按照key进行排序：自然排序 、定制排序//自然排序@Testpublicvoidtest1(){TreeMap map =newTreeMap();User u1 =newUser("Tom",23);User u2 =newUser("Jerry",32);User u3 =newUser("Jack",20);User u4 =newUser("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@Testpublicvoidtest2(){TreeMap map =newTreeMap(newComparator(){@Overridepublicintcompare(Object o1,Object o2){if(o1 instanceofUser&& o2 instanceofUser){User u1 =(User)o1;User u2 =(User)o2;returnInteger.compare(u1.getAge(),u2.getAge());}thrownewRuntimeException("输入的类型不匹配！");}});User u1 =newUser("Tom",23);User u2 =newUser("Jerry",32);User u3 =newUser("Jack",20);User u4 =newUser("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());}}}

6. Map实现类之四：Hashtable

6.1 概述

⭕

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，但效率低；不能存储

null

的

key

和

value

。

⭕

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

的比较
🔺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。

7. Map实现类之四：Properties

7.1 概述

⭕

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

String

类型，所以

Properties

里的 key 和

value

都是字符串

String

类型。

⭕

Properties

:常用来处理配置文件。

⭕ 存取数据时，建议使用

setProperty(String key,String value)

方法和

getProperty(String key)

方法 。

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

7.2 代码演示

publicclassPropertiesTest{//Properties:常用来处理配置文件。key和value都是String类型publicstaticvoidmain(String[] args){FileInputStream fis =null;try{Properties pros =newProperties();

            fis =newFileInputStream("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 +", password = "+ password);}catch(IOException e){
            e.printStackTrace();}finally{if(fis !=null){try{
                    fis.close();}catch(IOException e){
                    e.printStackTrace();}}}}}

五、 Collections工具类

1. 概述

⭕ Collections工具类是一个操作数组的工具类：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。

2. Collections工具类方法

⭕ 排序操作：（均为

static

方法）

方法描述

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

⭕查找、替换操作：

方法描述

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)

根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最小元素

Object min(Collection，Comparator)

根据

Comparator

指定的顺序，返回给定集合中的最小元素

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

⭕同步控制操作：

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

3. 代码演示

@Testpublicvoidtest1(){List list =newArrayList();
        list.add(123);
        list.add(43);
        list.add(765);
        list.add(-97);
        list.add(0);//报异常：IndexOutOfBoundsException("Source does not fit in dest")//        List dest = new ArrayList();//        Collections.copy(dest,list);//正确的：List dest =Arrays.asList(newObject[list.size()]);System.out.println(dest.size());//list.size(); 5Collections.copy(dest,list);System.out.println(dest);//[123, 43, 765, -97, 0]/*
        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

         *///返回的list1即为线程安全的ListList list1 =Collections.synchronizedList(list);}

@Testpublicvoidtest2(){List list =newArrayList();
        list.add(123);
        list.add(43);
        list.add(765);
        list.add(765);
        list.add(765);
        list.add(-97);
        list.add(0);System.out.println(list);//[123, 43, 765, 765, 765, -97, 0]//        Collections.reverse(list);//        Collections.shuffle(list);//        Collections.sort(list);//        Collections.swap(list,1,2);int frequency =Collections.frequency(list,123);System.out.println(list);//[123, 43, 765, 765, 765, -97, 0]System.out.println(frequency);//1}