Java集合样式 java集合数据类型

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jiecho 2023-06-17 13:37:53

文章标签 Java集合样式 java 集合比较器数据结构 文章分类 Java 后端开发

Java集合可用于存储数量不等的对象，并可以实现常用的数据结构，如栈，队列等。除此之外，Java集合还可用于保存具有映射关系的关联数组。

Java集合大致分为：List、Set、Queue、Map

List：代表有序、重复的集合

Set：代表无序、不可重复的集合

Queue：代表队列集合

Map：代表具有映射关系的集合(k-v)

为了保存数量不确定的数据，以及保存具有映射关系的数据（也被称为关联数组），Java提供了集合类，主要负责保存、盛装其他数据，因此也被称为容器类，所有的集合类都位于 java.util 包下。

集合类和数组不一样，数组是既可以存储基本数据类型，又可以存储引用数据类型，基本数据类型存储的是值，引用数据类型存储的是地址值，长度是固定的，不能自动增长；而集合只能存储引用数据类型(对象)集合中也可以存储基本数据类型，但是在存储的时候会自动装箱变成对象，长度是可变的，可以根据元素的增加而增长。

Java集合类主要由两个接口派生而出：Collection 和 Map，这两个接口是集合框架的根接口，其中又包括了一些子接口或实现类：

Java集合样式 java集合数据类型_数据结构

概述

List , Set, Map都是接口，前两个继承至Collection接口，Map为独立接口
Set下有HashSet，LinkedHashSet，TreeSet
List下有ArrayList，Vector，LinkedList
Map下有Hashtable，LinkedHashMap，HashMap，TreeMap
Collection接口下还有个Queue接口，有PriorityQueue类

Collection

注意：

Queue接口与List、Set同一级别，都是继承了Collection接口。 LinkedList既可以实现Queue接口，也可以实现List接口。只不过， LinkedList实现了Queue接口。Queue接口窄化了对LinkedList的方法的访问权限（即在方法中的参数类型如果是Queue时，就完全只能访问Queue接口所定义的方法了，而不能直接访问 LinkedList的非Queue的方法），以使得只有恰当的方法才可以使用。
SortedSet是个接口，它里面的（只有TreeSet这一个实现可用）中的元素一定是有序的。

总结：

List 有序,可重复

ArrayList 优点: 底层数据结构是数组，查询快，增删慢。缺点: 线程不安全，效率高
Vector 优点: 底层数据结构是数组，查询快，增删慢。缺点: 线程安全，效率低
LinkedList 优点:底层数据结构是链表，查询慢，增删快。缺点: 线程不安全，效率高

Set 无序,唯一

HashSet 底层数据结构是哈希表。(无序,唯一) 如何来保证元素唯一性? 1.依赖两个方法：hashCode()和equals()
LinkedHashSet 底层数据结构是链表和哈希表。(FIFO插入有序,唯一) 1.由链表保证元素有序 2.由哈希表保证元素唯一
TreeSet 底层数据结构是红黑树。(唯一，有序)

如何保证元素排序的呢? 自然排序比较器排序
如何保证元素唯一性的呢? 根据比较的返回值是否是0来决定

TreeSet、LinkedHashSet、HashSet的区别

TreeSet的主要功能用于排序
LinkedHashSet的主要功能用于保证FIFO即有序的集合(先进先出)
HashSet只是通用的存储数据的集合

相同点：

Duplicates elements(重复元素): 因为三者都实现Set interface，所以三者都不包含duplicate elements
Thread safety(线程安全性): 三者都不是线程安全的，如果要使用线程安全可以Collections.synchronizedSet()

不同点：

Performance and Speed(性能和速度): HashSet插入数据最快，其次LinkHashSet，最慢的是TreeSet因为内部实现排序
Ordering(排序): HashSet不保证有序，LinkHashSet保证FIFO即按插入顺序排序，TreeSet安装内部实现排序，也可以自定义排序规则
null:HashSet和LinkHashSet允许存在null数据，但是TreeSet中插入null数据时会报NullPointerException

代码比较：

public static void main(String[] args) {
    HashSet<String> hashSet = new HashSet<>();
    LinkedHashSet<String> linkedHashSet = new LinkedHashSet<>();
    TreeSet<String> treeSet = new TreeSet<>();

    for (String data: Arrays.asList("1", "3", "5", "4", "2")) {
        hashSet.add(data);
        linkedHashSet.add(data);
        treeSet.add(data);
    }

    //不保证有序
    System.out.println("Ordering in HashSet :" + hashSet + "(无顺序)");

    //FIFO保证安装插入顺序排序
    System.out.println("Order of element in LinkedHashSet :" + linkedHashSet + "(FIFO插入有序)");

    //内部实现排序
    System.out.println("Order of objects in TreeSet :" + treeSet + "(排序)");
}

输出结果：

Ordering in HashSet :[1, 2, 3, 4, 5](无顺序)
Order of element in LinkedHashSet :[1, 3, 5, 4, 2](FIFO插入有序)
Order of objects in TreeSet :[1, 2, 3, 4, 5](排序)

性能

Java集合样式 java集合数据类型_java_02

TreeSet的两种排序方式比较

排序的引入(以基本数据类型的排序为例)
由于TreeSet可以实现对元素按照某种规则进行排序，例如下面的例子

public static void main(String[] args) {
    // 创建集合对象
    // 自然顺序进行排序
    TreeSet<Integer> treeSet = new TreeSet<>();

    // 创建元素并添加
    // 20,18,23,22,17,24,19,18,24
    treeSet.add(20);
    treeSet.add(18);
    treeSet.add(23);
    treeSet.add(22);
    treeSet.add(17);
    treeSet.add(24);
    treeSet.add(19);
    treeSet.add(18);
    treeSet.add(24);

    // 遍历
    for (Integer i : treeSet) {
        System.out.println(i);
    }
}

输出结果：

如果是引用数据类型，比如自定义对象
测试类：

public class TestSet {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet<Student> ts = new TreeSet<Student>();
        //创建元素对象
        Student s1=new Student("zhangsan",20);
        Student s2=new Student("lis",22);
        Student s3=new Student("wangwu",24);
        Student s4=new Student("chenliu",26);
        Student s5=new Student("zhangsan",22);
        Student s6=new Student("qianqi",24);

        //将元素对象添加到集合对象中
        ts.add(s1);
        ts.add(s2);
        ts.add(s3);
        ts.add(s4);
        ts.add(s5);
        ts.add(s6);

        //遍历
        for(Student s:ts){
            System.out.println(s.getName()+"-----------"+s.getAge());
        }
    }
}
class Student{
    private String name;
    private Integer age;

    public Student() {
    }

    public Student(String name, Integer age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public Integer getAge() {
        return age;
    }

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

运行结果：

Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: com.tx.lesson.Student cannot be cast to java.lang.Comparable
    at java.util.TreeMap.compare(TreeMap.java:1290)
    at java.util.TreeMap.put(TreeMap.java:538)
    at java.util.TreeSet.add(TreeSet.java:255)
    at com.tx.lesson.TestSet.main(TestSet.java:20)

原因分析：由于不知道该安照那一中排序方式排序，所以会报错。解决方法：

自然排序

Student类中实现 Comparable接口

Comparable是排序接口。若一个类实现了Comparable接口，就意味着该类支持排序。实现了Comparable接口的类的对象的列表或数组可以通过Collections.sort或 Arrays.sort进行自动排序。此外，实现此接口的对象可以用作有序映射中的键或有序集合中的集合，无需指定比较器。此接口只有一个方法compare，比较此对象与指定对象的顺序，如果该对象小于、等于或大于指定对象，则分别返回负整数、零或正整数。

重写Comparable接口中的Compareto方法（compareTo(T o) 比较此对象与指定对象的顺序

class Student implements Comparable<Student>{
    private String name;
    private Integer age;

    public Student() {
    }

    public Student(String name, Integer age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public Integer getAge() {
        return age;
    }

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

    @Override
    public int compareTo(Student s) {
        //return -1; //-1表示放在红黑树的左边,即逆序输出
        //return 1;  //1表示放在红黑树的右边，即顺序输出
        //return o;  //表示元素相同，仅存放第一个元素
        //主要条件 姓名的长度,如果姓名长度小的就放在左子树，否则放在右子树
        int num=this.name.length()-s.name.length();
        //姓名的长度相同，不代表内容相同,如果按字典顺序此 String 对象位于参数字符串之前，则比较结果为一个负整数。
        //如果按字典顺序此 String 对象位于参数字符串之后，则比较结果为一个正整数。
        //如果这两个字符串相等，则结果为 0
        int num1=num==0?this.name.compareTo(s.name):num;
        //姓名的长度和内容相同，不代表年龄相同，所以还要判断年龄
        int num2=num1==0?this.age-s.age:num1;
        return num2;
    }
}

输出结果：

lis-----------22
qianqi-----------24
wangwu-----------24
chenliu-----------26
zhangsan-----------20
zhangsan-----------22

比较器排序

单独创建一个比较类，这里以MyComparator为例，并且要让其继承Comparator接口;

Comparator是比较接口，我们如果需要控制某个类的次序，而该类本身不支持排序(即没有实现Comparable接口)，那么我们就可以建立一个“该类的比较器”来进行排序，这个“比较器”只需要实现Comparator接口即可。也就是说，我们可以通过实现 Comparator来新建一个比较器，然后通过这个比较器对类进行排序。

注意：若一个类要实现Comparator接口：它一定要实现compare(T o1, T o2) 函数，但可以不实现 equals(Object obj) 函数。 int compare(T o1, T o2) 是“比较o1和o2的大小”。返回“负数”，意味着“o1比o2 小”；返回“零”，意味着“o1等于o2”；返回“正数”，意味着“o1大于o2”。

重写Comparator接口中的Compare方法（compare(T o1,T o2) 比较用来排序的两个参数。）

在主类中使用下面的构造方法（TreeSet(Comparator<? superE> comparator)构造一个新的空TreeSet，根据指定比较器进行排序）

public class TestSet {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet<Student> ts = new TreeSet<Student>(new MyComparator());
        //创建元素对象
        Student s1=new Student("zhangsan",20);
        Student s2=new Student("lis",22);
        Student s3=new Student("wangwu",24);
        Student s4=new Student("chenliu",26);
        Student s5=new Student("zhangsan",22);
        Student s6=new Student("qianqi",24);

        //将元素对象添加到集合对象中
        ts.add(s1);
        ts.add(s2);
        ts.add(s3);
        ts.add(s4);
        ts.add(s5);
        ts.add(s6);

        //遍历
        for(Student s:ts){
            System.out.println(s.getName()+"-----------"+s.getAge());
        }
    }
}
class Student{
    private String name;
    private Integer age;

    public Student() {
    }

    public Student(String name, Integer age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public Integer getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(Integer age) {
        this.age = age;
    }
}
class MyComparator implements Comparator<Student>{
    @Override
    public int compare(Student s1, Student s2) {
        // 姓名长度
        int num = s1.getName().length() - s2.getName().length();
        // 姓名内容
        int num2 = num == 0 ? s1.getName().compareTo(s2.getName()) : num;
        // 年龄
        int num3 = num2 == 0 ? s1.getAge() - s2.getAge() : num2;
        return num3;
    }
}

Comparable和Comparator区别比较

Comparable是排序接口，若一个类实现了Comparable接口，就意味着“该类支持排序”。Comparator是比较器，我们若需要控制某个类的次序，可以建立一个“该类的比较器”来进行排序。Comparable相当于“内部比较器”，而Comparator相当于“外部比较器”。

用Comparable简单，只要实现Comparable 接口的对象直接就成为一个可以比较的对象，但是需要修改源代码。用Comparator 的好处是不需要修改源代码，而是另外实现一个比较器，当某个自定义的对象需要作比较的时候，把比较器和对象一起传递过去就可以比大小了，并且在Comparator 里面用户可以自己实现复杂的可以通用的逻辑，使其可以匹配一些比较简单的对象，那样就可以节省很多重复劳动了。

Map

Map接口有三个比较重要的实现类，分别是HashMap、TreeMap和HashTable。

TreeMap是有序的，HashMap和HashTable是无序的。
Hashtable的方法是同步的，HashMap的方法不是同步的。这是两者最主要的区别。

这就意味着:

Hashtable是线程安全的，HashMap不是线程安全的。
HashMap效率较高，Hashtable效率较低。如果对同步性或与遗留代码的兼容性没有任何要求，建议使用HashMap。查看Hashtable的源代码就可以发现，除构造函数外，Hashtable的所有 public 方法声明中都有 synchronized关键字，而HashMap的源码中则没有。
Hashtable不允许null值，HashMap允许null值（key和value都允许）
父类不同：Hashtable的父类是Dictionary，HashMap的父类是AbstractMap

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