第 10 章集合

为什么引入集合
常用的接口与实现类
Collection 接口
List 接口
Set 接口
Map 接口
Collections 工具类

为什么引入集合

1、集合与数组都是存储多个数据的结构
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，主要指的是内存层面的存储，不涉及到持久化的存储（比如：.txt,.jpg,.avi，数据库等）

2、数组在存储多个数据方面的特点

一旦初始化以后，其长度就确定了。
数组存储数据的特点：有序、可重复。
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。比如：String[] arr; int[] arr1;

3、数组在存储多个数据反面的缺点

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。
对于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。
对于存储无序、不可重复的数据的需求，数组不能满足。

常用的接口与实现类

Java集合可以分为 **Collection** 和 **Map** 两种体系：

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。可以类比“动态”数组
  - ArrayList
  - LinkedList
  - Vector
- Set 接口：存储无序的、不可重复的数据。可以类比高中讲的“集合”
  - HashSet
    - LinkedHashSet
  - TreeSet
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

Collection 接口

关于 Collection 接口的说明：

Collection 接口是 List、Set 和 Queue 接口的父接口，该接口里定义的方法可以通用。
JDK 不提供 Collection 接口的任何直接实现，而是提供更具体的子接口来实现（比如：Set和List）。
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 接口15个基本方法

【示例代码】

public class CollectionTest {
    @Test
    public void test1() {
        // ArrayList是collection接口的一个实现类
        // 用它来测试 Collection接口 通用的15个抽象方法
        Collection<Object> coll = new ArrayList<Object>();
        //1、add(Object e)：将元素e添加到集合coll中
        coll.add("AA");
        coll.add(12);//自动装箱
        coll.add(new Date());
        //2、size():获取添加的元素的个数
        System.out.println(coll.size());//3
        //3、addAll(Collection coll1):将coll1集合中的元素添加到当前的集合中
        Collection<Object> coll1 = new ArrayList<Object>();
        coll1.add("BB");
        coll1.add(456);
        coll.addAll(coll1);
        System.out.println(coll.size());//5
        System.out.println(coll);//[AA, 12, Thu Dec 31 16:25:09 CST 2020, BB, 456]
        //4、clear():清空集合元素
        coll.clear();
        //5、isEmpty:判断当前集合是否为空
        // 底层实现：return size == 0;
        System.out.println(coll.isEmpty());//true
    }
    @Test
    public void test2() {
        Collection<Object> coll = new ArrayList<Object>();
        coll.add(123);
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(new Person("Jerry", 20));
        coll.add(false);
        /*
        6、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()
        故，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()
         */
        System.out.println(coll.contains(123));//true
        //string重写了equals方法，故为true
        System.out.println(coll.contains(new String("Tom")));//true
        //Person类重写equals方法后会由false变为true
        System.out.println(coll.contains(new Person("Jerry", 20)));
        //7、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<Object> coll1 = Arrays.asList(123, "Tom");
        System.out.println(coll.containsAll(coll1));//true
        //8、remove(Object obj):从当前集合中移除obj元素
        coll.remove(new Person("Jerry", 20));
        System.out.println(coll);//[123, Tom, false]
        //9、removeAll(Collection coll1):
        //差集：从当前集合中移除与 coll1中所共有的元素
        coll.removeAll(coll1);
        System.out.println(coll);//[false]
    }
    @Test
    public void test3() {
        Collection<Object> coll = new ArrayList<Object>();
        coll.add(123);
        coll.add(false);
        coll.add(new String("Tom"));
        //10、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,false);
        coll.retainAll(coll1);
        System.out.println(coll);//[123, false]
        //11、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
        System.out.println(coll.equals(coll1));//false
    }
    @Test
    public void test4() {
        Collection<Object> coll = new ArrayList<Object>();
        coll.add(123);
        coll.add(new Person("Jerry",20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);
        //12、hashCode():返回当前对象的哈希值
        System.out.println(coll.hashCode());//-1351709216
        //13、toArray()：集合 --->数组
        Object[] arr = coll.toArray();
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.println(arr[i]);
        }
        //拓展：调用Arrays类的静态方法asList()：数组 --->集合
        List<String> list = Arrays.asList(new String[]{"AA", "BB", "CC"});
        System.out.println(list);//[AA, BB, CC]
        //易错点：
        List arr1 = Arrays.asList(new int[]{123, 456});
        System.out.println(arr1);// 把整个数组当成一个元素了：[[I@396e2f39]
        List arr2 = Arrays.asList(new Integer[]{123, 456});
        System.out.println(arr2);// [123, 456]
    }
    @Test
    public void test5() {
        //14、iterator():返回Iterator接口的实例，用于遍历集合元素
        //详见下面的 IteratorTest 
    }
}

Iterator 迭代器接口

【基本概念】

**Iterator**对象称为迭代器（设计模式的一种），GOF《设计模式》给迭代器模式的定义为：提供一种方法访问一个容器对象中的各个元素，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”。
**Collection**接口继承了**Iterable**接口，Collection接口有一个iterator()方法
- 所有实现了Collection接口的集合类都有一个iterator() 方法，用来返回一个实现了Iterator接口的对象。
- 集合对象每次调用iterator()方法都会得到一个全新的迭代器对象。
- 新的迭代器对象默认游标都在集合的第一个元素之前。
**Iterator**仅用于遍历**Collection**集合，其本身并不承装对象，如果需要创建Iterator对象，则必须有一个被迭代的集合。

【基本方法】

使用注意事项

在调用 iterator.next() 方法之前必须要调用 iterator.hasNext() 进行检测。若不调用，且下一条记录无效，会抛出NoSuchElementException 异常。
iterator.next() 会做两个动作：
- 指针下移一位
- 将指针下移一位后的位置上的元素返回
iterator.remove() 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() 之后已经调用了 remove()，再调用 remove() 都会报 IllegalStateException 异常。

【示例代码】

public class IteratorTest {
    @Test
    public void test1() {
        Collection<Object> coll = new ArrayList<Object>();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry", 20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);
        Iterator<Object> iterator = coll.iterator();
        // 方式一：(不推荐)
//        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());//java.util.NoSuchElementException
        // 方式二：（不推荐）
//        for (int i = 0; i < coll.size(); i++) {
//            System.out.println(iterator.next());
//        }
        // 方式三：（推荐使用）
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.println(iterator.next());
        }
        // 方式四：（推荐使用）增强 for 循环
        for (Object obj : coll) {
            System.out.println(obj)
        }
    }
    @Test
    public void test2() {
        Collection<Object> coll = new ArrayList<Object>();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry", 20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);
        Iterator<Object> iterator = coll.iterator();
        // 错误方式一：
        // 先输出456、Tom、然后报异常 NoSuchElementException
        while ((iterator.next()) != null) {
            System.out.println(iterator.next());
        }
        // 错误方式二：
        // 一直输出123的死循环
        while (coll.iterator().hasNext()) {
            System.out.println(coll.iterator().next());
        }
    }
    @Test
    public void test3() {
        Collection<Object> coll = new ArrayList<Object>();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry", 20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);
        Iterator<Object> iterator = coll.iterator();
        // 删除集合中的 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都会报异常 IllegalStateException
        while (iterator.hasNext()) {
//            iterator.remove();
            Object obj = iterator.next();
            if ("Tom".equals(obj)) {
                iterator.remove();
//                iterator.remove();
            }
        }
        System.out.println(coll);// [123, 456, Person{name='Jerry', age=20}, false]
    }
}

增强 for 循环

【基本概念】
Java 5.0 提供了 foreach 循环迭代访问 Collection 和数组。

基本格式是：for( 集合或数组元素的类型局部变量 : 集合或数组对象 ){ }

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。
遍历集合的底层还是调用 Iterator 来完成操作的。
遍历的过程其实是取出每一项赋值给局部变量，原来的每一项没有发生改变。

【示例代码】

public class ForEachTest {
    @Test
    public void test1() {
        Collection<Object> coll = new ArrayList<Object>();
        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 = {1, 2, 3, 4, 5};
        //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 = {"MM","MM","MM"};
        // 方式一：普通for赋值
        // 改变原来的数组，遍历会输出"GG"
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            arr[i] = "GG";
        }
        // 方式二：增强for循环赋值
        // 不改变原来的数组，遍历会输出"MM"
        for (String s : arr) {
            s = "GG";
        }
        // 遍历结果
        for(int i = 0;i < arr.length;i++){
            System.out.println(arr[i]);
        }
    }
}

List 接口

List 接口是 Collection 接口的一个子接口：存储有序的、可重复的数据，可以视为一种“动态”的数组，用来替换原有的数组。

List 接口有三种常用的实现类：

**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；（Vector在JDK1.0时就有了，List接口在JDK1.2时才出现）
- 线程安全的，效率低；
- 底层使用Object[] elementData存储

ArrayList

一、jdk 7 中的情况
ArrayList list = new ArrayList();底层创建了长度是10的Object[] elementData

list.add(123);相当于是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，如果还不够就扩容为最低要求的容量，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)

二、jdk 8 中的情况
ArrayList list = new ArrayList(); 底层创建了Object[] elementData，并初始化为{}，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。

三、小结
jdk 7 中的ArrayList的对象的创建类似于单例的饿汉式，而jdk 8 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

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> {
             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;
             }
}

Vector

jdk 7 和 jdk 8 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。

面试题：**ArrayList**、**LinkedList**、**Vector**三者的异同
相同：

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。

List 接口常用方法

总结：

增：add(Object obj)
删：
- remove(int index)
- remove(Object obj)—-> 属于是 Collection接口提供的方法
改：set(int index, Object ele)
查：get(int index)
插：add(int index, Object ele)
长度：size()
遍历：
- Iterator迭代器方式
- 增强for循环（底层也是 Iterator）
- 普通的循环

【示例代码】

@Test
public void test1() {
    ArrayList<Object> list = new ArrayList<Object>();
    list.add(123);
    list.add(456);
    list.add("AA");
    list.add(new Person("Tom", 12));
    list.add(456);
    // 1、void add(int index, Object ele):
    // 在 index 位置插入ele元素
    list.add(1, "BB");
    System.out.println(list);
    // 2、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<Integer> list1 = Arrays.asList(1, 2, 3);
    list.addAll(list1);
    System.out.println(list.size());// 9
    // 3、Object get(int index):
    // 获取指定index位置的元素
    System.out.println(list.get(0));// 123
    // 4、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(456);
    System.out.println(index);// 2
    // 5、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));//5
    // 6、Object remove(int index):
    // 移除指定index位置的元素，并返回此元素
    Object obj = list.remove(2);
    System.out.println(obj);// 456
    System.out.println(list);
    // 7、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);
    // 8、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
    // 原来的集合并不发生改变
    List<Object> subList = list.subList(0, 3);
    System.out.println(subList);// [123, CC, AA]
    System.out.println(list);// [123, CC, AA, Person{name='Tom', age=12}, 456, 1, 2, 3]
}

遍历集合的三种方式

@Test
public void test2() {
    // 遍历集合的三种方式
    ArrayList<Object> list = new ArrayList<>();
    list.add(123);
    list.add(456);
    list.add("AA");
    // 方式一：iterator迭代器方式
    Iterator<Object> iterator = list.iterator();
    while (iterator.hasNext()) {
        System.out.println(iterator.next());
    }
    // 方式二：增强for循环
    for (Object obj : list) {
        System.out.println(obj);
    }
    // 方式三：普通for循环
    for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
        System.out.println(list.get(i));
    }
}

【易错点】
删除数字时候，传入的数字会被认为是索引，要想删除指定的数字，可以用其包装类。

@Test
public void testListRemove() {
    // 区分List中的 remove(int index)和 remove(Object obj)
    ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
    list.add(1);
    list.add(2);
    list.add(3);
    updatedList(list);
    System.out.println(list);
}
private void updatedList(List<Integer> list) {
    // list.remove(2);// 删除的时索引2，会导致输出[1, 2]
    list.remove(new Integer(2));// 删除的是数字2，会导致输出[1, 3]
}

Set 接口

Set 接口是Collection接口的子接口：存储无序的、不可重复的数据，类似于高中讲的“集合”。

**Set** 接口的实现类

**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**
- 它是 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**
- 要求放入同一个类的对象，可以按照添加对象的指定属性进行排序。

**Set** 接口的方法
Set 接口中没有额外定义新的方法，使用的都是 Collection 中声明过的方法。

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() 。
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值。
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。

HashSet

1、关于无序性和不可重复性

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。

2、HashSet 的底层实现
数组+链表的结构。
图解：

3、HashSet 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），然后判断：
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：
- 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：
  - 如果 equals() 返回 true，元素 a 添加失败
  - 如果 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
巧记：七上八下

示例代码

@Test
public void test1() {
    // HashSet()不会按照添加的顺序输出
    // 如果改用LinkedHashSet()会按照添加的顺序输出
    HashSet<Object> set = new HashSet<>();
    set.add(456);
    set.add(123);
    // 第二个123不会被添加
    set.add(123);
    set.add("AA");
    set.add("CC");
    set.add(new Person("Tom",12));
    // 如果Person类不重写equals()和hashcode()，下面的也会被添加
    set.add(new Person("Tom",12));
    Iterator<Object> iterator = set.iterator();
    while (iterator.hasNext()) {
        System.out.println(iterator.next());
    }
}

输出结果：

LinkedHashSet

LinkedHashSet作为HashSet的子类，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。这使得元素看起来是以插入顺序保存的。

优点：对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet。
缺点：LinkedHashSet 插入性能略低于 HashSet

图解 LinkedHashSet 底层结构：

TreeSet

TreeSet 是 SortedSet 接口的实现类，TreeSet 可以确保集合元素处于排序状态。
TreeSet 底层使用红黑树结构存储数据。
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（默认情况下，TreeSet 采用自然排序）
- 自然排序中，比较两个对象是否相同的标准为：compareTo()返回0，不再是equals()
定制排序
- 定制排序中，比较两个对象是否相同的标准为：compare()返回0，不再是equals()

示例代码

@Test
public void test2() {
    TreeSet<Object> set = new TreeSet<>();
    set.add(123);
    // 下面一句会报异常：ClassCastException
    // set.add("AA");
    set.add(12);
    set.add(-2);
    set.add(-2);
    set.add(33);
    Iterator<Object> iterator = set.iterator();
    while (iterator.hasNext()) {
        System.out.println(iterator.next());
    }
}

输出结果是：（会自动按照从小到大的顺序，去重排列好）
-2
12
33
123

示例代码（自然排序）

public class SetTest {
    @Test
    public void test3() {
        // 采用定制排序的方法
        TreeSet<Object> set = new TreeSet<>();
        set.add(new Person("Alice", 40));
        set.add(new Person("Jerry", 33));
        set.add(new Person("Mike", 65));
        set.add(new Person("Mike", 20));
        set.add(new Person("Tom", 12));
        Iterator<Object> iterator = set.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }
}

其中 Person 类修改如下：（增加自然排序）

public class Person implements Comparable {
    private String name;
    private int age;
    public Person() {
    }
    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 boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        Person persson = (Person) o;
        return age == persson.age && Objects.equals(name, persson.name);
    }
    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age);
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
    /**
     * 实现Comparable接口的compareTo()方法：名字降序，年龄升序
     * @param o
     * @return
     */
    @Override
    public int compareTo(Object o) {
        if (o instanceof Person) {
            Person person = (Person) o;
            int compare = -this.name.compareTo(person.name);
            if (compare != 0) {
                return compare;
            } else {
                return Integer.compare(this.age, person.age);
            }
        } else {
            throw new RuntimeException("输入的类型不匹配");
        }
    }
}

输出结果为：

示例代码（定制排序）

@Test
public void test4() {
    Comparator<Object> comparator = new Comparator<>() {
        @Override
        public int compare(Object o1, Object o2) {
            if (o1 instanceof Person && o2 instanceof Person) {
                Person p1 = (Person) o1;
                Person p2 = (Person) o2;
                int compare = Integer.compare(p1.getAge(), p2.getAge());
                if (compare != 0) {
                    return compare;
                } else {
                    return -p1.getName().compareTo(p2.getName());
                }
            } else {
                throw new RuntimeException("输入的类型不匹配");
            }
        }
    };
    TreeSet<Object> set = new TreeSet<>(comparator);
    set.add(new Person("Alice", 40));
    set.add(new Person("Jerry", 33));
    set.add(new Person("Mike", 65));
    set.add(new Person("Mike", 20));
    set.add(new Person("Tom", 12));
    Iterator<Object> iterator = set.iterator();
    while (iterator.hasNext()) {
        System.out.println(iterator.next());
    }
}

输出结果为：

Map 接口

Map 接口的实现类的结构

Map：双列数据，存储key-value对的数据，类似于高中的函数：y = f(x)

HashMap：作为Map的主要实现类；线程不安全的，效率高；存储null的key和value
- LinkedHashMap：保证在遍历map元素时，可以按照添加的顺序实现遍历。
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；线程安全的，效率低；不能存储null的key和value
- Properties：常用来处理配置文件。key和value都是String类型

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() （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：无序的、不可重复的，使用 Set 存储所有的 entry

Map的常用方法

总结常用方法：

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

示例代码：

public class MapTest {
    @Test
    public void test1() {
        Map map = new HashMap();
        // map = new Hashtable(); // NullPointerException
        map.put(null, 123);
        System.out.println(map);
    }
    @Test
    public void test2() {
        HashMap map = new HashMap();
        // put(Object key,Object value)：将指定key-value添加到(或修改)当前map对象中
        map.put("AA", 123);
        map.put(45, 123);
        map.put("BB", 56);
        // 修改
        map.put("AA", 87);
        System.out.println(map);
        // putAll(Map m):将m中的所有key-value对存放到当前map中
        HashMap map1 = new HashMap();
        map1.put("CC", 12);
        map1.put("DD", 24);
        map.putAll(map1);
        System.out.println(map);
        // remove(Object key)：移除指定key的key-value对，并返回value
        Object obj = map.remove("CC");
        System.out.println(obj);
        System.out.println(map);
        // clear()：清空当前map中的所有数据
        map.clear();//与map = null操作不同
        System.out.println(map);
        // size()：返回map中key-value对的个数
        System.out.println(map.size());
        // isEmpty()：判断当前map是否为空
        System.out.println(map.isEmpty());
    }
    @Test
    public void test3() {
        Map map = new HashMap();
        map.put("AA",123);
        map.put(45,123);
        map.put("BB",56);
        // get(Object key)：获取指定key对应的value
        System.out.println(map.get(45));//123
        // containsKey(Object key)：是否包含指定的key
        System.out.println(map.containsKey("BB"));//true
        // containsValue(Object value)：是否包含指定的value
        System.out.println(map.containsValue(123));//true
        // equals(Object obj)：判断当前map和参数对象obj是否相等
        Map map1 = new HashMap();
        map1.put("AA",123);
        map1.put(45,123);
        map1.put("BB",56);
        System.out.println(map.equals(map1));//true
    }
    @Test
    public void test4() {
        Map map = new HashMap();
        map.put("AA",12);
        map.put(12,24);
        map.put("BB",144);
        //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()) {
            //entrySet集合中的元素都是entry
            Map.Entry entry = (Map.Entry) iterator1.next();
            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);
        }
    }
}

HashMap

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

以 jdk7 为例说明：
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。
…可能已经执行过多次put…
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：
1、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[]
2、首次调用 put() 方法时，底层创建长度为16的数组
3、jdk7底层结构只有：数组+链表。jdk8中底层结构：数组+链表+红黑树。
4、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）
5、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。

HashMap中的重要常量：

DEFAULT_INITIAL_CAPACITY : HashMap的默认容量，16
DEFAULT_LOAD_FACTOR：HashMap的默认负载因子：0.75
threshold：扩容的临界值 = 容量负载因子：16 0.75 => 12
TREEIFY_THRESHOLD：Bucket中链表长度大于该默认值，转化为红黑树：8
MIN_TREEIFY_CAPACITY：桶中的Node被树化时最小的hash表容量：64

LinkedHashMap

LinkedHashMap 介绍

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

TreeMap

TreeMap 存储 Key-Value 对时，需要根据 key-value 对进行排序。
TreeMap 可以保证所有的 Key-Value 对处于有序状态。
TreeSet底层使用红黑树结构存储数据。

TreeMap 对 Key 排序：

自然排序： TreeMap 的所有的 Key 必须实现 Comparable接口，重写 compareTo() 方法，而且所有的 Key 必须是同一个类的对象。
定制排序：创建 TreeMap 时传入一个 Comparator对象，该对象需要重写 compare() 方法，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。

示例代码

public class TreeMapTest {
    // 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
    @Test
    public void test1() {
        TreeMap map = new TreeMap();
        Person p1 = new Person("Tom", 36);
        Person p2 = new Person("Jerry", 44);
        Person p3 = new Person("Jack", 22);
        Person p4 = new Person("Rose", 18);
        map.put(p1, 99);
        map.put(p2, 77);
        map.put(p3, 56);
        map.put(p4, 88);
        Set set = map.entrySet();
        Iterator iterator = set.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Map.Entry entry = (Map.Entry) iterator.next();
            System.out.println(entry.getKey() + "::" + entry.getValue());
        }
    }
    // 定制排序
    @Test
    public void test2() {
        TreeMap map = new TreeMap(new Comparator() {
            @Override
            public int compare(Object o1, Object o2) {
                if (o1 instanceof Person && o2 instanceof Person) {
                    Person p1 = (Person) o1;
                    Person p2 = (Person) o2;
                    return Integer.compare(p1.getAge(), p2.getAge());
                }
                throw new RuntimeException("输入的类型不匹配");
            }
        });
        Person p1 = new Person("Tom", 36);
        Person p2 = new Person("Jerry", 44);
        Person p3 = new Person("Jack", 22);
        Person p4 = new Person("Rose", 18);
        map.put(p1, 99);
        map.put(p2, 77);
        map.put(p3, 56);
        map.put(p4, 88);
        Set set = map.entrySet();
        Iterator iterator = set.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Map.Entry entry = (Map.Entry) iterator.next();
            System.out.println(entry.getKey() + "::" + entry.getValue());
        }
    }
}

Properties

Properties 类是 Hashtable 的子类，该对象用于处理属性文件。

由于属性文件里的 key、 value 都是字符串类型，所以 Properties 里的 key 和 value 都是字符串类型
存取数据时，建议使用 setProperty(String key,String value) 方法和 getProperty(String key) 方法

添加之前，为了避免中文乱码，需要在IDEA设置里面修改字符集：

示例代码：

public class PropertiesTest {
    //Properties:常用来处理配置文件。key和value都是String类型
    public static void main(String[] args) {
        FileInputStream fis = null;
        try {
            Properties props = new Properties();
            fis = new FileInputStream("Collection_Map/src/jdbc.properties");
            props.load(fis);//加载流对应的文件
            String username = props.getProperty("username");
            String password = props.getProperty("password");
            System.out.println("username = " + username + ", password = " + password);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (fis != null) {
                try {
                    fis.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

其中properties文件：

username=汤姆
password=123456

Collections 工具类

Collections 是一个操作 Set、 List 和 Map 等集合的工具类。
Collections 中提供了一系列静态的方法对集合元素进行排序、查询和修改等操作，还提供了对集合对象设置不可变、对集合对象实现同步控制等方法。

排序操作（均为static方法）
- reverse(List)：反转 List 中元素的顺序
- shuffle(List)：对 List 集合元素进行随机排序
- sort(List)：根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素按升序排序
- sort(List， Comparator)：根据指定的 Comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序
- swap(List， int， int)：将指定 list 集合中的 i 处元素和 j 处元素进行交换
查找、替换
- Object max(Collection)：根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最大元素
- Object max(Collection``，``Comparator)：根据 Comparator 指定的顺序，返回给定集合中的最大元素
- Object min(Collection)
- Object min(Collection``，``Comparator)
- int frequency(Collecti``on``, ``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（解决多线程并发访问集合时候的线程安全问题）
- synchronizedCollection(Collection<T> c)
- synchronizedList(List<T> list)
- synchronizedMap(Map<K,V> m)
- synchronizedSet(Set<T> s)
Enumeration 接口是 Iterator 迭代器的 “古老版本”

示例代码

@Test
public void test1() {
    List list = new ArrayList();
    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);
    // 返回指定集合中指定元素的出现次数
    int frequency = Collections.frequency(list, 765);
    System.out.println(frequency);
    // 对 List 集合元素进行随机排序
    Collections.shuffle(list);
    System.out.println(list);
    // 反转 List 中元素的顺序
    Collections.reverse(list);
    System.out.println(list);
    // 根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素按升序排序
    Collections.sort(list);
    System.out.println(list);
    // 将指定 list 集合中的 i 处元素和 j 处元素进行交换
    Collections.swap(list, 1, 2);
    System.out.println(list);
    // 根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最小元素
    Comparable min = Collections.min(list);
    System.out.println(min);
}

示例代码

@Test
public void test2() {
    List list = new ArrayList();
    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<Object> dest = Arrays.asList(new Object[list.size()]);
    System.out.println(dest.size());
    Collections.copy(dest, list);
    System.out.println(dest);
    /*
    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List
    List list1 = Collections.synchronizedList(list);
}

示例代码

@Test
public void test1() {
    StringTokenizer stringTokenizer = new StringTokenizer("a-b*c-d-e-g", "-");
    while (stringTokenizer.hasMoreElements()) {
        Object obj = stringTokenizer.nextElement();
        System.out.println(obj);
    }
}

控制台输出：

第 10 章 集合

为什么引入集合

常用的接口与实现类

Collection 接口

Collection 接口15个基本方法

Iterator 迭代器接口

增强 for 循环

List 接口

ArrayList

LinkedList

Vector

List 接口常用方法

Set 接口

HashSet

LinkedHashSet

TreeSet

Map 接口

Map 接口的实现类的结构

Map结构的理解

Map的常用方法

HashMap

LinkedHashMap

TreeMap

Properties

Collections 工具类