目錄

1、集合

1.1 集合框架

         1.1.1 集合介面

         1.1.2 集合實現類

         1.1.3 迭代器

1.2 具體的集合

         1.2.1 連結串列(LinkedList)

         1.2.2 陣列列表（ArrayList）

         1.2.3 雜湊集（HashSet）

         1.2.4 樹集（TreeSet）

         1.2.5 雙端佇列（ArrayDeque、LinkedList）

         1.2.6 對映表（HashMap、TreeMap）

1.3 常用方法

          1.3.1 Collection的常用方法

          1.3.2 Map的常用方法

          1.3.3 工具類Collections的常用方法

1、集合

定義：集合是用來存放物件的容器。

由來：當我們建立了很多物件並且想要使用，存放的位置可以使陣列，但是在並不知道數量的情況下，就出現了集合來存放物件

java集合解決的問題：當需要快速的搜尋成千上萬的資料項，需要快速的在有序的序列中間插入或刪除元素，建立鍵與值之間的關聯，這時候java集合類庫提供了大量的類和方法。

1.1 集合框架

Java的集合類庫構成了集合類的框架。它為集合的實現者定義了大量的介面和抽象類，見下圖（java集合框架圖）。

Java 集合框架主要包括兩種型別的容器，一種是集合（Collection），儲存一個元素集合，另一種是圖（Map），儲存鍵/值對對映。

1.1.1 集合介面

1.1.2 集合實現類

Listlist=Collections.synchronizedList(newLinkedList(...));

1.1.3 迭代器

在集合中的基本介面都是Collection介面。這個介面有兩個基本方法：

public interface Colletion<E>{

     boolean add(E element);

     Iterator<E>iterator();

}

add的方法是向集合中新增元素，而iterator方法是返回一個Iterator迭代器，最終使用迭代器物件依次訪問集合中的元素。

迭代器Iterator的基本方法

迭代器的使用：

 Collection<String> collection = new ArrayList<String>();
 Iterator<String> iterator = collection.iterator();
 while (iterator.hasNext()){
   String next = iterator.next();
   //.......
 }

java SE5之後開始使用for each用法，更加簡潔

 Collection<String> collection = new ArrayList<String>();
 for (String str:collection) {
    //.........
 }

1.2 具體的集合

集合按照底層型別進行劃分為：連結串列、陣列列表、雜湊集、樹集、佇列、對映表。

1.2.1 連結串列(LinkedList)

連結串列是一種物理儲存單元上非連續、非順序的儲存結構，資料元素的邏輯順序是通過連結串列中的指標連結次序實現的。連結串列的特點是：插入和刪除快，查詢慢。因為修改連結串列只需要將相鄰的指標進行改變，所以速度快；查詢需要遍歷所有的資料，所以較慢。

底層使用連結串列的常用集合為LinkedList。

LinkedList類結構

LinkedList<E> extends AbstractSequentialList<E> implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable

LinkedList 是 Java 集合框架中一個重要的實現，其底層採用的雙向連結串列結構。和 ArrayList 一樣，LinkedList 也支援空值和重複值。LinkedList 是非執行緒安全的集合類，併發環境下，多個執行緒同時操作 LinkedList，會引發不可預知的錯誤。

LinkedList最大的好處在於頭尾和已知節點的插入和刪除時間複雜度都是o(1)。但是涉及到先確定位置再操作的情況，則時間複雜度會變為o(n)。

LinkedList的底層節點為一個Node，資訊都存放在物件中，Node類原始碼如下：（是一個內部類）

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;
        }
    }

新增和刪除首尾的節點時，直接將節點改變指標即可，時間複雜度為o(1),如下所示：

private void linkFirst(E e) {
        final Node<E> f = first;
        final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
        first = newNode;
        if (f == null)
            last = newNode;
        else
            f.prev = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

void linkLast(E e) {
        final Node<E> l = last;
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
        last = newNode;
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

 LinkedList的add方法是常用的方法，如果add（E element）時，直接插入到連結串列的尾部即可，但是如果使用

add（index，E element）方法就會增加開銷，增大空間複雜度為o（n）。如下所示：

public void add(E e) {
            checkForComodification();
            lastReturned = null;
            if (next == null)
                linkLast(e);
            else
                linkBefore(e, next);
            nextIndex++;
            expectedModCount++;
        }

void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
        // assert succ != null;
        final Node<E> pred = succ.prev;
        final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
        succ.prev = newNode;
        if (pred == null)
            first = newNode;
        else
            pred.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

1.2.2 陣列列表（ArrayList）

陣列列表的實現類常用的為ArrayList,它的底層結構是陣列。它的特點是增刪慢，查詢快。注意：當想要使用vector時，因為vector時同步的，所以要多個執行緒訪問時才推薦使用vector。

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

1.2.3 雜湊集（HashSet）

連結串列和陣列都可以按照意願來給元素排列順序，但是檢視某個指定的元素時，不知道它的位置的時候，要遍歷所有元素直到找到為止，將會消耗很多時間。

定義：一種資料結構，可以快速的訪問所需要的物件，這個就叫散列表。散列表給每個物件計算一個整數，稱之為雜湊碼（hash code）。hashSet是使用的雜湊集。

在java中，散列表是由連結串列和陣列構成，每個列表稱之為“桶”。查詢物件的方法就是：計算雜湊碼，與桶的總數取餘，找到儲存元素的桶的索引，再去找這個元素的位置。

雜湊衝突：當我們存放資料的時候，可能到某個桶時，桶已經滿了，這個叫做雜湊衝突。

唯一性：當使用add方法時，會檢查該物件是否已經存在，具體比較如下：

使用Set集合是要去除重複元素，如果在儲存的時候逐equals()比較，效率太低，雜湊演算法提高了去重複的效率，減少了使用equals()方法的次數，當HashSet物件呼叫add()方法儲存物件時，會呼叫物件的HashCode()方法得到一個雜湊值，然後在集合中查詢是否有雜湊值相同的物件，如果用，則呼叫equals()方法比較，如果沒有則直接存入集合。 
因此，如果自定義類物件存入集合去重複，需要重寫equals()方法和HashCode()方法。 

1.2.4 樹集（TreeSet）

TreeSet類與雜湊集有些相似。樹集是一個有序的集合，元素插入到集合後，遍歷集合將是有序的元素。這種排序用的是一種演算法：紅黑樹。（具體的紅黑樹後面學習）

紅黑樹規則：

1、每個結點都只能是紅色或者黑色中的一種。 
2、根結點是黑色的。 
3、每個葉結點（NIL節點，空節點）是黑色的。 
4、如果一個結點是紅的，則它兩個子節點都是黑的。也就是說在一條路徑上不能出現相鄰的兩個紅色結點。 
5、從任一結點到其每個葉子的所有路徑都包含相同數目的黑色結點。 

 將元素新增到樹中的速度要比散列表慢，但是唯一的特點就是可以排序，但是比連結串列和陣列要快。物件的比較使用的是介面Comparable,所以要使用TreeSet的排序，物件要實現介面Comparable。

1.2.5 雙端佇列（ArrayDeque、LinkedList）

佇列可以在頭部刪除、尾部增加，但是雙端佇列是可以在頭部和尾部增加和刪除，主要是實現的Deque介面。Deque 介面繼承自 Queue介面，但 Deque 支援同時從兩端新增或移除元素，因此又被成為雙端佇列。

1.2.6 對映表（HashMap、TreeMap）

對映表是存放鍵值對的形式來存在的。Java類庫中提供了兩個實現類：HashMap、TreeMap，兩個類都實現了Map介面。

HashMap的鍵是由散列表來構成，TreeMap的鍵是由樹的結構來形成。

在對映表中，鍵是唯一的，不能在同一個鍵中存放兩個值。

1.3 常用方法

1.3.1 Collection的常用方法

1.3.2 Map的常用方法

1.3.3 工具類Collections的常用方法

• 此類僅由靜態方法組合或返回集合。 它包含對集合進行操作的多型演算法，“包裝器”，返回由指定集合支援的新集合，以及其他一些可能的和最終的。