java集合(java8、java7、ArrayList、List、Map)数组源码分析完整使用

一、数组与集合

1、集合与数组存储数据概述

2、数组存储的特点

一旦初始化以后，其长度就确定了。
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;Object[] arr2;

3、数组存储的弊端

•   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限，对于添加、删除、插入数据等操作，非常不便，同时效率不高。
  

•   获取数组中实际元素的个数的需求，数组没有现成的属性或方法可用
  

•   数组存储数据的特点：有序、可重复。对于无序、不可重复的需求，不能满足。
  

4、集合存储的优点

• 解决数组存储数据方面的弊端。

二、Collection接口

1、单列集合框架结构

|----Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象

•      |----List接口：存储序的、可重复的数据。  -->“动态”数组
  

•          |----ArrayList、LinkedList、Vector
  

•      |----Set接口：存储无序的、不可重复的数据   -->高中讲的“集合”
  

•          |----HashSet、LinkedHashSet、TreeSet
  

对应图示

2、Collection接口常用方法

• add(Object obj),
• addAll(Collection coll),
• size(),
• isEmpty(),
• clear();
• contains(Object obj),
• containsAll(Collection coll),
• remove(Object obj),
• removeAll(Collection coll),
• retainsAll(Collection coll),
• equals(Object obj);
• hasCode(),
• toArray(),
• iterator();

3、Collection集合与数组间的转换

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

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

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

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

        List arr1 = Arrays.asList(new int[]{123, 456});
        System.out.println(arr1.size());//1

        List arr2 = Arrays.asList(new Integer[]{123, 456});
        System.out.println(arr2.size());//2

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

    }

4、使用Collection集合存储对象，要求对象所属的类满足

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().

5、本章节对大家的要求

层次一：选择合适的集合类去实现数据的保存，调用其内部的相关方法。

层次二：不同的集合类底层的数据结构为何？如何实现数据的操作的：增删改查等。

三、Iterator接口与foreach循环

1、遍历Collection的两种方式

• ① 使用迭代器Iterator
• ② foreach循环（或增强for循环）

2、java.utils包下定义的迭代器接口：Iterator

2.1、说明

• Iterator对象称为迭代器(设计模式的一种)，主要用于遍历 Collection 集合中的元素。
• GOF给迭代器模式的定义为：提供一种方法访问一个容器(container)对象中各个元素，而又不需暴露该对象的内部细节。迭代器模式，就是为容器而生。

2.2、作用

遍历集合Collectiton元素

2.3、如何获取实例

coll.iterator()返回一个迭代器实例

2.4、遍历的代码实现

Iterator iterator = coll.iterator();
//hasNext():判断是否还下一个元素
while(iterator.hasNext()){
    //next():①指针下移 ②将下移以后集合位置上的元素返回
    System.out.println(iterator.next());
}

2.5、图示说明

2.6 、remove()的使用

//测试Iterator中的remove()
//如果还未调用next()或在上一次调用 next 方法之后已经调用了 remove 方法，再调用remove都会报IllegalStateException。
//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()
    @Test
    public void test3(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new Person("Jerry",20));
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);

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

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

3、jdk5.0新特性–增强for循环：(foreach循环)

1、遍历集合举例

@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)
    
    for(Object obj : coll){
        System.out.println(obj);
    }
}
说明：
内部仍然调用了迭代器。

2、遍历数组举例

@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);
    }
}

四、Collection子接口：List接口

1、存储的数据特点

• 存储序的、可重复的数据。

2、常用方法：(记住)

• 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、常用实现类

|----Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象

• |----List接口：存储有序的、可重复的数据。 -->“动态”数组,替换原的数组

•  |----ArrayList：作为List接口的主要实现类；线程不安全的，效率高；底层使用Object[] elementData存储
  

•  |----LinkedList：对于频繁的插入、删除操作，使用此类效率比ArrayList高；底层使用双向链表存储
  

•  |----Vector：作为List接口的古老实现类；线程安全的，效率低；底层使用Object[] elementData存储
  

4、源码分析(难点)

1、ArrayList的源码分析：

2、LinkedList的源码分析：

3、Vector的源码分析

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

4、存储的元素的要求

添加的对象，所在的类要重写equals()方法
[面试题]

• 面试题：ArrayList、LinkedList、Vector者的异同？
• 同：三个类都是实现了List接口，存储数据的特点相同：存储序的、可重复的数据
• 不同：见上（第3部分+第4部分）

五、Collection子接口：Set接口

1、存储的数据特点

• 无序的、不可重复的元素

具体的：
以HashSet为例说明：

2、元素添加过程：(以HashSet为例)

3、常用方法

• Set接口中没额外定义新的方法，使用的都是Collection中声明过的方法。

4、常用实现类

5、存储对象所在类的要求

HashSet/LinkedHashSet:

要求：

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

要求:

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

TreeSet

• 1.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().
• 2.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().

6、TreeSet的使用

6.1 使用说明:
1.向TreeSet中添加的数据，要求是相同类的对象。
2.两种排序方式：自然排序（实现Comparable接口 和 定制排序（Comparator）

6.2 常用的排序方式:

方式一：自然排序

//方式一：自然排序
@Test
    public void test1(){
        TreeSet set = new TreeSet();

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

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

        //举例二：
        set.add(new User("Tom",12));
        set.add(new User("Jerry",32));
        set.add(new User("Jim",2));
        set.add(new User("Mike",65));
        set.add(new User("Jack",33));
        set.add(new User("Jack",56));


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

    }

方式二：定制排序

 @Test
    public void test2(){
        Comparator com = new Comparator() {
            //照年龄从小到大排列
            @Override
            public int compare(Object o1, Object o2) {
                if(o1 instanceof User && o2 instanceof User){
                    User u1 = (User)o1;
                    User u2 = (User)o2;
                    return Integer.compare(u1.getAge(),u2.getAge());
                }else{
                    throw new RuntimeException("输入的数据类型不匹配");
                }
            }
        };

        TreeSet set = new TreeSet(com);
        set.add(new User("Tom",12));
        set.add(new User("Jerry",32));
        set.add(new User("Jim",2));
        set.add(new User("Mike",65));
        set.add(new User("Mary",33));
        set.add(new User("Jack",33));
        set.add(new User("Jack",56));


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

六、Map接口

1、常用实现类结构

2、存储结构的理解

• Map中的key:无序的、不可重复的，使用Set存储所的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存储所的entry

图示

3、常用方法

• 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()

4、内存结构说明：（难点）

1、HashMap在jdk7中实现原理

2、HashMap在jdk8中相较于jdk7在底层实现方面的不同

1. new HashMap():底层没创建一个长度为16的数组
2. jdk 8底层的数组是：Node[],而非Entry[]
3. 首次调用put()方法时，底层创建长度为16的数组
4. jdk7底层结构只：数组+链表。jdk8中底层结构：数组+链表+红黑树。
   4.1 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）
   4.2 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、HashMap底层典型属性的属性的说明

• DEFAULT_INITIAL_CAPACITY : HashMap的默认容量，16
• DEFAULT_LOAD_FACTOR：HashMap的默认加载因子：0.75
• threshold：扩容的临界值，=容量*填充因子：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

4、LinkedHashMap的底层实现原理(了解)

LinkedHashMap底层使用的结构与HashMap相同，因为LinkedHashMap继承于HashMap.
区别就在于：LinkedHashMap内部提供了Entry，替换HashMap中的Node.

5、TreeMap的使用

• 向TreeMap中添加key-value，要求key必须是由同一个类创建的对象
• 因为要照key进行排序：自然排序 、定制排序

6、使用Properties读取配置文件

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

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

        }
    }

七、Collections工具类的使用

1、作用

• 操作Collection和Map的工具类

2、常用方法

• 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
• 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(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 对象的所旧值

说明：ArrayList和HashMap都是线程不安全的，如果程序要求线程安全，我们可以将ArrayList、HashMap转换为线程的。
使用synchronizedList(List list） 和 synchronizedMap(Map map）

3.面试题：
面试题：Collection 和 Collections的区别？

八、数据结构简述

1、数据结构概述

数据结构（Data Structure是一门和计算机硬件与软件都密切相关的学科，它的研究重点是在计算机的程序设计领域中探讨如何在计算机中组织和存储数据并进行高效率的运用，涉及的内容包含：数据的逻辑关系、数据的存储结构、排序算法（Algorithm）、查找（或搜索）等。

2、数据结构与算法的理解

程序能否快速而高效地完成预定的任务，取决于是否选对了数据结构，而程序是否能清楚而正确地把问题解决，则取决于算法。

所以大家认为：“Algorithms + Data Structures = Programs”（出自：Pascal之父Nicklaus Wirth）

总结：算法是为了解决实际问题而设计的，数据结构是算法需要处理的问题载体。

3、数据结构的研究对象

3.1 数据间的逻辑结构

3.2 数据的存储结构：
线性表（顺序表、链表、栈、队列）
树
图

说明：习惯上把顺序表和链表看做基本数据结构（或真实数据结构）
习惯上把栈、队列、树、图看做抽象数据类型，简称ADT