集合（List、Set）
第19天 集合
第1章 List接口
我們掌握了Collection接口的使用後，再來看看Collection接口中的子類，他們都具備那些特性呢？
接下來，我們一起學習Collection中的常用幾個子類（List集合、Set集合）。
1.1 List接口介紹
查閱API，看List的介紹。有序的 collection（也稱為序列）。此接口的用戶可以對列表中每個元素的插入位置進行精確地控制。用戶可以根據元素的整數索引（在列表中的位置）訪問元素，並搜索列表中的元素。與 set 不同，列表通常允許重復的元素。
看完API，我們總結一下：
List接口：
l 它是一個元素存取有序的集合。例如，存元素的順序是
l 它是一個帶有索引的集合，通過索引就可以精確的操作集合中的元素（與數組的索引是一個道理）。
l 集合中可以有重復的元素，通過元素的equals方法，來比較是否為重復的元素。
List接口的常用子類有：
l ArrayList集合
l LinkedList集合
1.2 List接口中常用的方法
l 增加元素方法
l add(Object e)：向集合末尾處，添加指定的元素
l add(int index, Object e)：向集合指定索引處，添加指定的元素，原有元素依次後移
l 刪除元素刪除
l remove(Object e)：將指定元素對象，從集合中刪除，返回值為被刪除的元素
l remove(int index)：將指定索引處的元素，從集合中刪除，返回值為被刪除的元素
l 替換元素方法
l set(int index, Object e)：將指定索引處的元素，替換成指定的元素，返回值為替換前的元素
l 查詢元素方法
l get(int index)：獲取指定索引處的元素，並返回該元素
方法演示：
List<String> list = new ArrayList<String>();
//1,添加元素。
list.add("小紅");
list.add("小梅");
list.add("小強");
//2,插入元素。插入元素前的集合["小紅","
list.add(1, "老王"); //插入元素後的集合["小紅","老王","小梅","小強"]
//3,刪除元素。
list.remove(2);// 刪除元素後的集合["小紅","老王","小強"]
//4,修改元素。
list.set(1, "隔壁老王");// 修改元素後的集合["小紅","隔壁老王","小強"]
Iterator<String> it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
String str = it.next();
System.out.println(str);
}
由於List集合擁有索引，因此List集合叠代方式除了使用叠代器之外，還可以使用索引進行叠代。
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
String str = list.get(i);
System.out.println(str);
}
1.2.1 Iterator的並發修改異常
在list集合叠代元素中，對元素進行判斷，一旦條件滿足就添加一個新元素。代碼如下
public class IteratorDemo {
//在list集合叠代元素中，對元素進行判斷，一旦條件滿足就添加一個新元素
public static void main(String[] args) {
//創建List集合
List<String> list = new ArrayList<String>();
//給集合中添加元素
list.add("abc1");
list.add("abc2");
list.add("abc3");
list.add("abc4");
//叠代集合，當有元素為"abc2"時，集合加入新元素"itcast"
Iterator<String> it = list.iterator();
while(it.hasNext()){
String str = it.next();
//判斷取出的元素是否是"abc2"，是就添加一個新元素
if("abc2".equals(str)){
list.add("itcast");// 該操作會導致程序出錯
}
}
//打印容器中的元素
System.out.println(list);
}
}
運行上述代碼發生了錯誤 java.util.ConcurrentModificationException這是什麽原因呢？
在叠代過程中，使用了集合的方法對元素進行操作。導致叠代器並不知道集合中的變化，容易引發數據的不確定性。
並發修改異常解決辦法：在叠代時，不要使用集合的方法操作元素。
那麽想要在叠代時對元素操作咋辦？通過ListIterator叠代器操作元素是可以的，ListIterator的出現，解決了使用Iterator叠代過程中可能會發生的錯誤情況。
1.3 List集合存儲數據的結構
List接口下有很多個集合，它們存儲元素所采用的結構方式是不同的，這樣就導致了這些集合有它們各自的特點，供給我們在不同的環境下進行使用。數據存儲的常用結構有：堆棧、隊列、數組、鏈表。我們分別來了解一下：
l 堆棧，采用該結構的集合，對元素的存取有如下的特點：
l 先進後出（即，存進去的元素，要在後它後面的元素依次取出後，才能取出該元素）。例如，子彈壓進彈夾，先壓進去的子彈在下面，後壓進去的子彈在上面，當開槍時，先彈出上面的子彈，然後才能彈出下面的子彈。
l 棧的入口、出口的都是棧的頂端位置
l 壓棧：就是存元素。即，把元素存儲到棧的頂端位置，棧中已有元素依次向棧底方向移動一個位置。
l 彈棧：就是取元素。即，把棧的頂端位置元素取出，棧中已有元素依次向棧頂方向移動一個位置。
l 隊列，采用該結構的集合，對元素的存取有如下的特點：
l 先進先出（即，存進去的元素，要在後它前面的元素依次取出後，才能取出該元素）。例如，安檢。排成一列，每個人依次檢查，只有前面的人全部檢查完畢後，才能排到當前的人進行檢查。
l 隊列的入口、出口各占一側。例如，下圖中的左側為入口，右側為出口。
l 數組，采用該結構的集合，對元素的存取有如下的特點：
l 查找元素快：通過索引，可以快速訪問指定位置的元素
l 增刪元素慢：
l 指定索引位置增加元素：需要創建一個新數組，將指定新元素存儲在指定索引位置，再把原數組元素根據索引，復制到新數組對應索引的位置。如下圖
l 指定索引位置刪除元素：需要創建一個新數組，把原數組元素根據索引，復制到新數組對應索引的位置，原數組中指定索引位置元素不復制到新數組中。如下圖
l 鏈表，采用該結構的集合，對元素的存取有如下的特點：
l 多個節點之間，通過地址進行連接。例如，多個人手拉手，每個人使用自己的右手拉住下個人的左手，依次類推，這樣多個人就連在一起了。
l 查找元素慢：想查找某個元素，需要通過連接的節點，依次向後查找指定元素
l 增刪元素快：
l 增加元素：操作如左圖，只需要修改連接下個元素的地址即可。
l 刪除元素：操作如右圖，只需要修改連接下個元素的地址即可。
1.4 ArrayList集合
ArrayList集合數據存儲的結構是數組結構。元素增刪慢，查找快，由於日常開發中使用最多的功能為查詢數據、遍歷數據，所以ArrayList是最常用的集合。
許多程序員開發時非常隨意地使用ArrayList完成任何需求，並不嚴謹，這種用法是不提倡的。
1.5 LinkedList集合
LinkedList集合數據存儲的結構是鏈表結構。方便元素添加、刪除的集合。實際開發中對一個集合元素的添加與刪除經常涉及到首尾操作，而LinkedList提供了大量首尾操作的方法。如下圖
LinkedList是List的子類，List中的方法LinkedList都是可以使用，這裏就不做詳細介紹，我們只需要了解LinkedList的特有方法即可。在開發時，LinkedList集合也可以作為堆棧，隊列的結構使用。
方法演示：
LinkedList<String> link = new LinkedList<String>();
//添加元素
link.addFirst("abc1");
link.addFirst("abc2");
link.addFirst("abc3");
//獲取元素
System.out.println(link.getFirst());
System.out.println(link.getLast());
//刪除元素
System.out.println(link.removeFirst());
System.out.println(link.removeLast());
while(!link.isEmpty()){ //判斷集合是否為空
System.out.println(link.pop()); //彈出集合中的棧頂元素
}
1.6 Vector集合
Vector集合數據存儲的結構是數組結構，為JDK中最早提供的集合。Vector中提供了一個獨特的取出方式，就是枚舉Enumeration，它其實就是早期的叠代器。此接口Enumeration的功能與 Iterator 接口的功能是類似的。Vector集合已被ArrayList替代。枚舉Enumeration已被叠代器Iterator替代。
l Vector常見的方法：
l Enumeration枚舉常見的方法：
l Vector集合對ArrayList集合使用的對比
第2章 Set接口
學習Collection接口時，記得Collection中可以存放重復元素，也可以不存放重復元素，那麽我們知道List中是可以存放重復元素的。那麽不重復元素給哪裏存放呢？那就是Set接口，它裏面的集合，所存儲的元素就是不重復的。
2.1 Set接口介紹
查閱Set集合的API介紹，通過元素的equals方法，來判斷是否為重復元素，
2.2 HashSet集合介紹
查閱HashSet集合的API介紹：此類實現Set接口，由哈希表支持（實際上是一個 HashMap集合）。HashSet集合不能保證的叠代順序與元素存儲順序相同。
HashSet集合，采用哈希表結構存儲數據，保證元素唯一性的方式依賴於：hashCode()與equals()方法。
2.3 HashSet集合存儲數據的結構（哈希表）
什麽是哈希表呢？
哈希表底層使用的也是數組機制，數組中也存放對象，而這些對象往數組中存放時的位置比較特殊，當需要把這些對象給數組中存放時，那麽會根據這些對象的特有數據結合相應的算法，計算出這個對象在數組中的位置，然後把這個對象存放在數組中。而這樣的數組就稱為哈希數組，即就是哈希表。
當向哈希表中存放元素時，需要根據元素的特有數據結合相應的算法，這個算法其實就是Object類中的hashCode方法。由於任何對象都是Object類的子類，所以任何對象有擁有這個方法。即就是在給哈希表中存放對象時，會調用對象的hashCode方法，算出對象在表中的存放位置，這裏需要註意，如果兩個對象hashCode方法算出結果一樣，這樣現象稱為哈希沖突，這時會調用對象的equals方法，比較這兩個對象是不是同一個對象，如果equals方法返回的是true，那麽就不會把第二個對象存放在哈希表中，如果返回的是false，就會把這個值存放在哈希表中。
總結：保證HashSet集合元素的唯一，其實就是根據對象的hashCode和equals方法來決定的。如果我們往集合中存放自定義的對象，那麽保證其唯一，就必須復寫hashCode和equals方法建立屬於當前對象的比較方式。
2.4 HashSet存儲JavaAPI中的類型元素
給HashSet中存儲JavaAPI中提供的類型元素時，不需要重寫元素的hashCode和equals方法，因為這兩個方法，在JavaAPI的每個類中已經重寫完畢，如String類、Integer類等。
l 創建HashSet集合，存儲String對象。
public class HashSetDemo {
public static void main(String[] args) {
//創建HashSet對象
HashSet<String> hs = new HashSet<String>();
//給集合中添加自定義對象
hs.add("zhangsan");
hs.add("lisi");
hs.add("wangwu");
hs.add("zhangsan");
//取出集合中的每個元素
Iterator<String> it = hs.iterator();
while(it.hasNext()){
String s = it.next();
System.out.println(s);
}
}
}
輸出結果如下，說明集合中不能存儲重復元素：
wangwu
lisi
zhangsan
2.5 HashSet存儲自定義類型元素
給HashSet中存放自定義類型元素時，需要重寫對象中的hashCode和equals方法，建立自己的比較方式，才能保證HashSet集合中的對象唯一
l 創建自定義對象Student
public class Student {
private String name;
private int age;
public Student(String name, int age) {
super();
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 String toString() {
return "Student [name=" + name + ", age=" + age + "]";
}
@Override
public int hashCode() {
final int prime = 31;
int result = 1;
result = prime * result + age;
result = prime * result + ((name == null) ? 0 : name.hashCode());
return result;
}
@Override
public boolean equals(Object obj) {
if (this == obj)
return true;
if(!(obj instanceof Student)){
System.out.println("類型錯誤");
return false;
}
Student other = (Student) obj;
return this.age == other.age && this.name.equals(other.name);
}
}
l 創建HashSet集合，存儲Student對象。
public class HashSetDemo {
public static void main(String[] args) {
//創建HashSet對象
HashSet hs = new HashSet();
//給集合中添加自定義對象
hs.add(new Student("zhangsan",21));
hs.add(new Student("lisi",22));
hs.add(new Student("wangwu",23));
hs.add(new Student("zhangsan",21));
//取出集合中的每個元素
Iterator it = hs.iterator();
while(it.hasNext()){
Student s = (Student)it.next();
System.out.println(s);
}
}
}
輸出結果如下，說明集合中不能存儲重復元素：
Student [name=lisi, age=22]
Student [name=zhangsan, age=21]
Student [name=wangwu, age=23]
2.6 LinkedHashSet介紹
我們知道HashSet保證元素唯一，可是元素存放進去是沒有順序的，那麽我們要保證有序，怎麽辦呢？
在HashSet下面有一個子類LinkedHashSet，它是鏈表和哈希表組合的一個數據存儲結構。
演示代碼如下：
public class LinkedHashSetDemo {
public static void main(String[] args) {
Set<String> set = new LinkedHashSet<String>();
set.add("bbb");
set.add("aaa");
set.add("abc");
set.add("bbc");
Iterator it = set.iterator();
while (it.hasNext()) {
System.out.println(it.next());
}
}
}
輸出結果如下，LinkedHashSet集合保證元素的存入和取出的順序：
bbb
aaa
abc
bbc
第3章 判斷集合元素唯一的原理
3.1 ArrayList的contains方法判斷元素是否重復原理
ArrayList的contains方法會使用調用方法時，傳入的元素的equals方法依次與集合中的舊元素所比較，從而根據返回的布爾值判斷是否有重復元素。此時，當ArrayList存放自定義類型時，由於自定義類型在未重寫equals方法前，判斷是否重復的依據是地址值，所以如果想根據內容判斷是否為重復元素，需要重寫元素的equals方法。
3.2 HashSet的add/contains等方法判斷元素是否重復原理
Set集合不能存放重復元素，其添加方法在添加時會判斷是否有重復元素，有重復不添加，沒重復則添加。
HashSet集合由於是無序的，其判斷唯一的依據是元素類型的hashCode與equals方法的返回結果。規則如下：
先判斷新元素與集合內已經有的舊元素的HashCode值
l 如果不同，說明是不同元素，添加到集合。
l 如果相同，再判斷equals比較結果。返回true則相同元素；返回false則不同元素，添加到集合。
所以，使用HashSet存儲自定義類型，如果沒有重寫該類的hashCode與equals方法，則判斷重復時，使用的是地址值，如果想通過內容比較元素是否相同，需要重寫該元素類的hashcode與equals方法。
第4章 總結
4.1 知識點總結
l List與Set集合的區別？
List:
它是一個有序的集合(元素存與取的順序相同)
它可以存儲重復的元素
Set:
它是一個無序的集合(元素存與取的順序可能不同)
它不能存儲重復的元素
l List集合中的特有方法
l void add(int index, Object element) 將指定的元素，添加到該集合中的指定位置上
l Object get(int index)返回集合中指定位置的元素。
l Object remove(int index) 移除列表中指定位置的元素, 返回的是被移除的元素
l Object set(int index, Object element)用指定元素替換集合中指定位置的元素,返回值的更新前的元素
l ArrayList:
底層數據結構是數組，查詢快，增刪慢
l LinkedList:
底層數據結構是鏈表，查詢慢，增刪快
l HashSet:
元素唯一，不能重復
底層結構是 哈希表結構
元素的存與取的順序不能保證一致
如何保證元素的唯一的？
重寫hashCode() 與 equals()方法
l LinkedHashSet:
元素唯一不能重復
底層結構是 哈希表結構 + 鏈表結構
元素的存與取的順序一致
集合（List、Set）