Java集合框架總覽

時間 2019-11-24

標籤 java 集合框架總覽欄目 Java 简体版

原文原文鏈接

Java集合

Java 集合框架主要包括兩種類型的容器，一種是集合（Collection），存儲一個元素集合，另外一種是圖（Map），存儲鍵/值對映射。Collection 接口有 3 種子類型，List、Set 和 Queue，再下面是一些抽象類，最後是具體實現類。java

接口：表明集合的抽象數據類型。例如 Collection、List、Set、Queue、Map 等，這些接口以不一樣的方式操做集合對象。算法

具體類：集合接口的具體實現。從本質上講，它們是可重複使用的數據結構，例如：ArrayList、LinkedList、HashSet、HashMap。編程

算法：是實現集合接口的對象裏的方法執行的一些有用的計算，例如：搜索和排序。Collections和Arrays提供了這些算法的實現。數組

下圖是《Java編程思想》給出的Java集合框架：安全

點線框表示接口；實線框表示具體類；帶空心箭頭的點線表示一個特定的類實現了一個接口；帶實心箭頭的點線表示某個類能夠生成箭頭所指的對象；數據結構

迭代器（Iterator）

迭代器：迭代器就是對「逐一訪問全部元素」這一操做的抽象。實際上就是對一組對象之間的位置，直接後繼等關係的集成。框架

對序列進行遍歷時，迭代器始終維護一個當前元素，而且提供訪問序列下一個元素的機制，第一次對「訪問下一個元素」操做的訪問就會給出最初始的當前元素。ide

於是，根據這些描述，則迭代器必須有：函數

boolean hasnext()     //檢查是否有剩餘元素
E getnext()          //返回下一元素

1.Iterator接口

Iterator接口就是Java在Util包中提供的一個迭代器接口，其思路是經過iterator方法，每一個集合都可建立並返回給客戶一個實現了Iterator接口的對象，而且將當前位置的概念在對象內部存儲下來。this

其定義爲：

public interface Iterator<E>{
    boolean hasNext();
    E next();
    void remove();  //移除迭代器返回的最後一個元素
}

對於remove()操做，須要注意的是，調用一次remove()以後，不能再次調用該方法，除非又一次調用了next()方法。

2.Iterable接口

Iterable接口返回的是Iterator接口的一個實例，設置這一接口是爲了讓容器能有不一樣的遍歷方式，經過繼承Iterable接口，就能實現多個不一樣的Iterator類，例如前向迭代、反向迭代、隨機迭代等等。

public interface Iterable<T> {
  Iterator<T> iterator();
}

3.集合類均實現Iterable接口的緣由

1.Iterator接口的核心方法next()或者hasNext() 是依賴於迭代器的當前迭代位置的。若是Collection直接實現Iterator接口，勢必致使集合對象中包含當前迭代位置的數據(指針)。當集合在不一樣方法間被傳遞時，因爲當前迭代位置不可預置，那麼next()方法的結果會變成不可預知。除非再爲Iterator接口添加一個reset()方法，用來重置當前迭代位置。但即時這樣，Collection也只能同時存在一個當前迭代位置。而Iterable則否則，每次調用都會返回一個從頭開始計數的迭代器。多個迭代器是互不干擾的。

2.如上所說，讓集合能夠有更加靈活的迭代方式。

4.加強的for循環

當編譯器看到一個正在用於Iterable對象的加強for循環時，它用對iterator方法的那些調用代替加強for循環以獲得一個Iterator對象，而後調用其方法。

例如：

public static <E> void print(Collection<E> collection){
    for(E item:collection){
        System.out.println(item);
    }
}

編譯器將其重寫爲：

public static <E> void print(Collection<E> collection){
    Iterator<E> it = collection.iterator();
    while (it.hasNext()){
        E item = it.next();
        System.out.println(item);
    }
}

Collection與Map

Collection抽象了集合的概念，它存儲一組同一類型的對象。其關鍵接口(部分)以下：

public interface Collection<E> extends Iterable<E>{
    int size();              //返回元素數量
    boolean isEmpty();     //判斷是否爲空
    void clear();     //清空集合
    boolean contains(E x);   //判斷是否包含某元素
    boolean add(E x);    //添加某元素
    boolean remove(E x);   //移除某元素
    Iterator<E> iterator();   //返回一個迭代器
    Object[] toArray();     //返回一個由這些元素組成的對象數組
}

Map是一種存放一組條目的容器，條目是一種形如(key,value)的組合對象。其關鍵接口(部分)以下：

public interface Map<K,V>{
    int size();
    boolean isEmpty();
    void clear();
    boolean containsKey(Object Key);   //判斷是否包含某鍵
    boolean containsValue(Object value);   //判斷是否包含某元素
    V get(Object key);      //獲取某鍵對應的元素
    V put(K key,V value);    //添加某鍵值對
    V remove(Object key);    //移除某鍵對應的鍵值對
    V replace(K key,V value);    //僅當某鍵對應有值時替換該值
    boolean replace(K key,V oldValue,V newValue);   //替換爲新值，若無對應舊值，則添加
}

Comparator與Comparable

1.Comparator接口

Comparator是比較器接口，能夠實現比較器接口來構建一個比較器，即定義了該類的實例的大小規則。經常使用方法是將其提供給序列的排序函數。

其定義爲：

public interface Comparator<T> {
    int compare(T o1, T o2);
    boolean equals(Object obj);
}

值得注意的是，任何對象都已實現了equals(Object obj)方法，故實現Comparator接口時可只實現compare方法不實現equals方法。

2.Comparable接口

Comparable能夠看做排序接口，任何實現了Comparable接口的類可支持排序，將其稱做」天然排序「。例如某list中的類實現了Comparable接口，那麼可使用Collections.sort(list)來對list進行排序。

其定義爲：

public interface Comparable<T>{
    int comparaTo(T o);
}

值得注意的是，須要確保ComparaTo方法與equals方法的結果保持一致，不然會出現一些問題(在有序集或有序映射與天然排序一塊兒使用時會表現會超出預期，顯得奇怪)，於是建議重寫equals方法。

綜上來講，能夠將Comparable接口看做」內部比較器"，類實現了comparable接口以後，能夠直接調用排序方法；而能夠將Comparator接口看做」外部比較器「，當類的設計者沒有考慮類的排序時，能夠將類與Comparator接口綁定，從而實現排序。

一個實例：

import java.util.*;

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ArrayList<Person> list = new ArrayList<>();
        list.add(new Person("Ming",171));
        list.add(new Person("Hong", 165));
        list.add(new Person("Xi",165));
        list.add(new Person("Long",181));
        System.out.println(list);
        Collections.sort(list);            //使用天然排序
        System.out.println(list);
        Collections.sort(list,new PersonComparator());  //使用外接比較器排序
        System.out.println(list);
    }

    private static class Person implements Comparable<Person>{
        String name;
        int tall;

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

        public String toString(){
            return name + "-"+ tall;
        }

        @Override
        public int compareTo(Person person) {    //實現天然排序接口，按照名字排序
            return name.compareTo(person.name);
        }

        boolean equals(Person person){   //重寫equals規則
            if (this.name.equals(person.name)){
                return true;
            }
            return false;
        }
    }

    static class PersonComparator implements Comparator<Person> {  //實現比較器接口，按照身高排序
        @Override
        public int compare(Person p1, Person p2) {
            return p1.tall - p2.tall;
        }
    }
}
//結果
[Ming-171, Hong-165, Xi-165, Long-181]
[Hong-165, Long-181, Ming-171, Xi-165]
[Hong-165, Xi-165, Ming-171, Long-181]

Collections

Collections僅包含對集合進行操做或返回集合的靜態方法，它包含對集合操做的多態算法。其中部分關鍵API以下（參數已省略）：

public class Collections extends Object{
    boolean addAll()；  //爲集合添加給定元素
    Queue<T> asLifoQueue();   //將Deque變爲先進後出的Queue
    int binarySearch();          //二分查找某對象
    xxx checkedxxx();     //返回指定xxx的動態類型安全視圖
    void copy();   //將列表裏因此元素拷貝到另外一個列表
    boolean disjiont();   //判斷兩個集合是否有交集
    xxx emptyxxx();     //返回一個空的xxx集合
    void fill();      //用給定的對象填充集合
    int frequency();    //返回集合中等於指定對象的元素數量
    int indexOfSubList();    //返回目標列表在源列表的起始位置
    int lastindexOfSubList();    //返回目標列表在源列表的結束位置
    T max();
    T min();
    void reverse();    //反轉集合
    void rotate();      //按指定距離輪轉集合
    void shuffle();    //置亂集合
    void sort();       //排序集合
    void swap();      //交換指定兩個元素
    xxx synchronizedxxx();        //返回線程安全的xxx
    xxx unmodifiablexxx();  //返回不可修改的xxx視圖
}

Arrays

Arrays包含用於操做數組的各類方法以及asList()方法，其部分API以下(參數已省略)：

public class Arrays extends Object{
    List<T> asList(T... a)     //給定對象建立一個列表
    int binarySearch();      //二分查找某值
    int compare();    //按字典順序比較兩個值
    int compareUnsigned();  //按字典順序比較兩個值,這兩個值視爲無符號的
    xxx copyOf();       //拷貝數組指定長度的元素
    xxx copyOfRange();    //指定起始位置和長度來拷貝數組元素
    int mismatch();     //查找兩個數組第一個不匹配的索引
    void parallelPrefix();      //並行地對給的子數組的全部元素施加某種操做
    void parallelSetAll();    //使用生成器函數並行地設置給的子數組的全部元素
    void parallelSort();   //並行排序
    void sort();    //排序
    Spliterator<T> Spliterator();   //返回覆蓋指定數組地拆分器
    Stream<T> Stream();   //返回指定數組元素構成的流
    String toString();
    boolean equals();  //判斷兩元素是否相等
    void fill();      //以指定元素填充數組
    int hashCode();
    boolean deepEquals();  //deepxxx適用於嵌套數組的狀況
    int deepHashcode();
    String deepToString(); 
}