JavaSE——集合type
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集合
集合使用回顾
- ArrayList集合存储5个int类型元素
- ArrayList集合存储5个Person类型元素
概念
集合是java中提供的一种容器，可以用来存储多个数据。
集合和数组的区别：
- 数组的长度是固定的，集合的长度是可变的
- 集合中存储的元素必须是引用类型数据
集合继承关系图
- ArrayList的继承关系
查看ArrayList类，可以发现它继承抽象类AbstractList的同时实现接口List，而List接口又继承了Collection接口，Collection接口是最顶层集合接口。
- 集合继承体系
- List接口常用的子类有：ArrayList类、LinkedList类
- Set接口常用的子类有：HashSet类、LinkedHashSet类
在使用ArrayList类时，该类已经把所有抽象方法进行了重写，实现Collection接口的所有子类都会进行方法重写。
Collecton接口常用的子接口有：List接口、Set接口。
Collection的add方法
Collection的remove方法
迭代器
概述
Java中提供了很多个集合，它们在存储元素时，采用的存储方式不同，要取出这些集合中的元素，可以通过一种通用的获取方式来完成。
Collection集合元素的通用获取方式：在取元素之前先要判断集合中有没有元素，如果有，就把这个元素取出来，继续在判断，如果还有就再取出出来。一直把集合中的所有元素全部取出，这种取出方式专业术语称为迭代。
每种集合的底层的数据结构不同，例如ArrayList是数组，LinkedList底层是链表，但是无论使用那种集合，都会判断是否有元素以及取出里面的元素的动作，Java提供的迭代器定义了统一的判断元素和取元素的方法。
实现原理
Iterator接口定义了两个抽象方法：
- boolean hasNext()：判断集合中还有没有可以被取出的元素，如果有返回true
- next()：取出集合中的下一个元素
代码实现
执行过程
迭代器的原理：
for循环的迭代写法：
集合迭代中的转型
在使用集合时，需要注意以下几点：
- 集合中存储其实都是对象的地址
- JDK1.5版本以后集合中可以存储基本数值，因为出现了基本类型包装类，它提供了自动装箱操作（基本类型对象），这样，集合中的元素就是基本数值的包装类对象
存储时提升了Object。取出时要使用元素的特有内容，必须向下转型。
注意：如果集合中存放的是多个对象，这时进行向下转型会发生类型转换异常。
Iterator接口也可以使用<>来控制迭代元素的类型的。
增强for循环遍历数组
增强for循环遍历集合
并发修改异常
集合和迭代器同时持有同一个对象，当集合在添加，和删除集合元素时（修改呢），迭代器并不知道，所以会发生并发修改异常。
注意：增强for也会产生并发修改异常。
如何解决：
- 使用普通for循环
- 使用listIterator：List特有，其他集合不能使用
ArrayList
数组可以保存多个元素，但在某些情况下无法确定到底要保存多少个元素，此时数组将不再适用，因为数组的长度不可变；为了保存这些数目不确定的元素，JDK中提供了一系列特殊的类，这些类可以存储任意类型的元素，并且长度可变，统称为集合。
ArrayList集合是程序中最常见的一种集合，它属于引用数据类型（类），在ArrayList内部封装了一个长度可变的数组，当存入的元素超过数组长度时，ArrayList会在内存中分配一个更大的数组来存储这些元素，因此可以将ArrayList集合看作一个长度可变的数组。
创建对象
- 导包：import java.util.ArrayList;
- 创建引用类型的变量
下面给出8种基本数据类型所对应的引用数据类型表示形式：
基本数据类型 | 对应的引用数据类型表示形式 |
byte | Byte |
short | Short |
Int | Integer |
long | Long |
float | Float |
double | Double |
char | Character |
boolean | Boolean |
常用方法
方法声明 | 功能描述 |
boolean add(Object obj) | 将指定元素obj追加到集合的末尾 |
Object get(int index) | 返回集合中指定位置上的元素 |
int size() | 返回集合中的元素个数 |
案例如下：
强调一点，ArrayList集合相当于是一个长度可变的数组，所以访问集合中的元素也是采用索引方式访问，第一个元素存储在索引0的位置，第二个元素存储在索引1的位置，依次类推。
遍历
通过遍历，得到集合中每个元素，这是集合中最常见的操作，集合的遍历与数组的遍历很像，都是通过索引的方式。
补充方法
方法声明 | 功能描述 |
boolean add(int index, Object obj) | 在集合中指定index位置，添加新元素obj |
Object remve(int index) | 从集合中删除指定index处的元素，并返回该元素 |
void clear() | 清空集合中所有元素 |
Object set(int index, Object obj) | 用指定元素obj替代集合中指定index位置的元素 |
随机点名器案例
案例介绍
随机点名器，即在全班同学中随机的找出一名同学，打印这名同学的个人信息。它具备以下3个内容：
- 存储所有同学姓名
- 总览全班同学姓名
- 随机点名其中一人，打印到控制台
需求分析
对本案例进行分析，得出如下结果：
- 存储全班同学信息（姓名、年龄）：将容器换成集合，集合中存的是Student类型
- 打印全班同学每一个人的信息（姓名、年龄）：遍历集合
- 在班级总人数范围内，随机产生一个随机数，查找该随机数所对应的同学信息（姓名、年龄）
随机点名器明确地分为了三个功能，如果将多个独立功能的代码写到一起，则代码相对冗长，可以针对不同的功能可以将其封装到一个方法中，将完整独立的功能分离出来。
而在存储同学姓名时，如果对每一个同学都定义一个变量进行姓名存储，则会出现过多孤立的变量，很难一次性将全部数据持有；此时，可以采用ArrayList集合来解决多个学生信息的存储问题。
代码实现
库存管理案例
案例介绍
将原有的库存管理案例，采用更好的集合方式实现。
对下列功能进行方法封装：
- 打印库存清单功能
- 库存商品数量修改功能
- 退出程序功能
需求分析
管理员能够进行的操作有3项（查看、修改、退出），可以采用（switch）菜单的方式来完成；每一项功能操作，采用方法进行封装，增强程序的可读性。
代码实现
List接口
特点
- 它是一个元素存取有序的集合；例如，存元素的顺序是11、22、33，那么集合中，元素的存储就是按照11、22、33的顺序完成的
- 它是一个带有索引的集合，通过索引就可以精确的操作集合中的元素（与数组的索引是一个道理）
- 集合中可以有重复的元素，通过元素的equals方法，来比较是否为重复的元素
- List接口的常用子类有：
- ArrayList集合
- LinkedList集合
特有方法
- 增加元素方法
- add(Object e)：向集合末尾处，添加指定的元素
- add(int index, Object e) 向集合指定索引处，添加指定的元素，原有元素依次后移
- 删除元素删除
- remove(Object e)：将指定元素对象，从集合中删除，返回值为被删除的元素
- remove(int index)：将指定索引处的元素，从集合中删除，返回值为被删除的元素
- 替换元素方法
- set(int index, Object e)：将指定索引处的元素，替换成指定的元素，返回值为替换前的元素
- 查询元素方法
- get(int index)：获取指定索引处的元素，并返回该元素
迭代器的并发修改异常
运行上述代码会发生错误java.util.ConcurrentModificationException，这是因为在迭代过程中，使用了集合的方法对元素进行操作。导致迭代器并不知道集合中的变化，容易引发数据的不确定性。
并发修改异常解决办法：
在迭代时，不要使用集合的方法操作元素，可以使用ListIterator迭代器操作元素是；ListIterator的出现，解决了使用Iterator迭代过程中可能会发生的错误情况。
存储结构
- 栈结构：后进先出/先进后出，FILO（first in last out）
- 先进后出即，存进去的元素，要在后它后面的元素依次取出后，才能取出该元素；例如子弹压进弹夹，先压进去的子弹在下面，后压进去的子弹在上面，当开枪时，先弹出上面的子弹，然后才能弹出下面的子弹
- 栈的入口、出口的都是栈的顶端位置
- 压栈：就是存元素；即把元素存储到栈的顶端位置，栈中已有元素依次向栈底方向移动一个位置
- 弹栈：就是取元素；即，把栈的顶端位置元素取出，栈中已有元素依次向栈顶方向移动一个位置
- 队列结构：先进先出/后进后出，FIFO（first in first out）
- 先进先出，即存进去的元素，要在后它前面的元素依次取出后，才能取出该元素；例如安检排成一列，每个人依次检查，只有前面的人全部检查完毕后，才能排到当前的人进行检查
- 队列的入口、出口各占一侧
- 数组结构：查询快，通过索引快速找到元素；增删慢，每次增删都需要开辟新的数组，将老数组中的元素拷贝到新数组中，开辟新数组耗费资源
- 查找元素快：通过索引，可以快速访问指定位置的元素
- 增删元素慢：
- 指定索引位置增加元素：需要创建一个新数组，将指定新元素存储在指定索引位置，再把原数组元素根据索引，复制到新数组对应索引的位置
- 指定索引位置删除元素：需要创建一个新数组，把原数组元素根据索引，复制到新数组对应索引的位置，原数组中指定索引位置元素不复制到新数组中
- 链表结构：查询慢，每次都需要从链头或者链尾找起；增删快，只需要修改元素记录的下个元素的地址值即可，不需要移动大量元素
- 多个节点之间，通过地址进行连接；例如多个人手拉手，每个人使用自己的右手拉住下个人的左手，依次类推，这样多个人就连在一起了
- 查找元素慢：想查找某个元素，需要通过连接的节点，依次向后查找指定元素
- 增删元素快：
- 增加元素：只需要修改连接下个元素的地址即可
- 删除元素：只需要修改连接下个元素的地址即可
ArrayList集合特点
底层是可变数组，查找快，因为底层有索引，并且是连续。
LinkedList集合特点
底层采用链表结构，每次查询都要从链头或链尾找起，查询相对数组较慢，但是删除直接修改元素记录的地址值即可，不要大量移动元素。
LinkedList的索引决定是从链头开始找还是从链尾开始找；如果该元素小于元素长度一半，从链头开始找起，如果大于元素长度的一半，则从链尾找起。
LinkedList特有方法
Vector类特点
- Vector集合数据存储的结构是数组结构，为JDK中最早提供的集合,它是线程同步的
- Vector中提供了一个独特的取出方式，就是枚举Enumeration，它其实就是早期的迭代器，此接口Enumeration的功能与Iterator接口的功能是类似的
- Vector集合已被ArrayList替代，枚举Enumeration已被迭代器Iterator替代
Set接口
特点
- 它是个不包含重复元素的集合
- Set集合取出元素的方式可以采用：迭代器、增强for
- Set集合有多个子类，这里介绍HashSet、LinkedHashSet这两个集合
存储和迭代
哈希表的数据结构
加载因子是表中填入的记录数/哈希表的长度，例如哈希表长度是16，加载因子是0.75，代表其中存入16*0.75=12个元素；如果在存入第十三个(>12)元素，导致存储链子过长，会降低哈希表的性能，此时会扩充哈希表（再哈希），底层会开辟一个长度为原长度2倍的数组，把老元素拷贝到新数组中，再把新元素添加数组中。
存入元素数量>哈希表长度*加载因子就要扩容，因此加载因子决定扩容时机。
字符串对象的哈希值
哈希表的存储过程
存取原理：每存入一个新的元素都要走以下三步：
- 首先调用本类的hashCode()方法算出哈希值
- 在容器中找是否与新元素哈希值相同的老元素
- 如果没有直接存入
- 如果有转到第三步
- 新元素会与该索引位置下的老元素利用equals方法一一对比，一旦新元素.equals(老元素)返回true，停止对比，说明重复，不再存入，如果与该索引位置下的老元素都通过equals方法对比返回false，说明没有重复,存入
哈希表存储自定义对象
自定义对象重写hashCode和equals
LinkedHashSet集合
判断集合元素唯一的原理
ArrayList、HashSet判断对象是否重复的原理
ArrayList的contains方法底层依赖于equals方法。
ArrayList的contains方法会使用调用方法时，传入的元素的equals方法依次与集合中的旧元素所比较，从而根据返回的布尔值判断是否有重复元素；此时，当ArrayList存放自定义类型时，由于自定义类型在未重写equals方法前，判断是否重复的依据是地址值，所以如果想根据内容判断是否为重复元素，需要重写元素的equals方法。
HashSet的add/contains等方法判断元素是否重复原理
HashSet的add()方法和contains方法()底层都依赖 hashCode()方法与equals方法()。
Set集合不能存放重复元素，其添加方法在添加时会判断是否有重复元素，有重复不添加，没重复则添加。
HashSet集合由于是无序的，其判断唯一的依据是元素类型的hashCode与equals方法的返回结果。规则如下：
- 先判断新元素与集合内已经有的旧元素的HashCode值
- 如果不同，说明是不同元素，添加到集合
- 如果相同，再判断equals比较结果。返回true则相同元素；返回false则不同元素，添加到集合
所以，使用HashSet存储自定义类型，如果没有重写该类的hashCode与equals方法，则判断重复时，使用的是地址值，如果想通过内容比较元素是否相同，需要重写该元素类的hashcode与equals方法。
hashCode和equals方法的面试题
在 Java 应用程序执行期间：
- 如果根据equals(Object)方法，两个对象是相等的，那么对这两个对象中的每个对象调用hashCode方法都必须生成相同的整数结果
- 如果根据equals(java.lang.Object)方法，两个对象不相等，那么对这两个对象中的任一对象上调用hashCode方法不要求一定生成不同的整数结果
- 两个对象不同（对象属性值不同），equals返回false：两个对象调用hashCode()方法哈希值相同
- 两个对象调用hashCode()方法哈希值不同：equals返回true
- 两个对象不同（对象属性值不同），equals返回false：两个对象调用hashCode()方法哈希值不同
- 两个对象调用hashCode()方法哈希值相同：equals返回true
所以说两个对象哈希值无论相同还是不同,equals都可能返回true。
Map接口
概述
通过查看Map接口，可以发现Map接口下的集合与Collection接口下的集合，它们存储数据的形式不同：
- Collection中的集合，元素是孤立存在的（理解为单身），向集合中存储元素采用一个个元素的方式存储
- Map中的集合，元素是成对存在的（理解为夫妻），每个元素由键与值两部分组成，通过键可以找对所对应的值
- Collection中的集合称为单列集合，Map中的集合称为双列集合
- 需要注意的是，Map中的集合不能包含重复的键，值可以重复，每个键只能对应一个值
- Map中常用的集合为HashMap集合、LinkedHashMap集合
常用集合概述
Map有多个子类，这里主要讲解常用的HashMap集合、LinkedHashMap集合。
- HashMap<K,V>：存储数据采用的哈希表结构，元素的存取顺序不能保证一致；由于要保证键的唯一、不重复，需要重写键的hashCode()方法、equals()方法
- LinkedHashMap<K,V>：HashMap下有个子类LinkedHashMap，存储数据采用的哈希表结构+链表结构；通过链表结构可以保证元素的存取顺序一致，通过哈希表结构可以保证的键的唯一、不重复，需要重写键的hashCode()方法、equals()方法
注意：Map接口中的集合都有两个泛型变量<K,V>，在使用时，要为两个泛型变量赋予数据类型。两个泛型变量<K,V>的数据类型可以相同，也可以不同。
常用方法
keySet方法
键找值方式：即通过元素中的键，获取键所对应的值。
操作步骤：
- 获取Map集合中所有的键，由于键是唯一的，所以返回一个Set集合存储所有的键
- 遍历键的Set集合，得到每一个键
- 根据键利用get(key)去Map找所对应的值
Entry
在Map类设计时，提供了一个嵌套接口Entry；Entry将键值对的对应关系封装成了对象，即键值对对象，这样在遍历Map集合时，就可以从每一个键值对（Entry）对象中获取对应的键与对应的值。
Entry是Map接口中提供的一个静态内部嵌套接口。
相关方法：
- getKey()方法：获取Entry对象中的键
- getValue()方法：获取Entry对象中的值
- entrySet()方法：用于返回Map集合中所有的键值对(Entry)对象，以Set集合形式返回
entrySet方法
键值对方式：即通过集合中每个键值对（Entry）对象，获取键值对（Entry）对象中的键与值。
操作步骤：
- 获取Map集合中，所有的键值对（Entry）对象，以Set集合形式返回
- 遍历包含键值对（Entry）对象的Set集合，得到每一个键值对（Entry）对象
- 通过键值对（Entry）对象，获取Entry对象中的键与值
Map集合遍历方式增强for循环
注意：Map集合不能直接使用迭代器或者foreach进行遍历。但是转成Set之后就可以使用了。
HashMap集合存储和遍历
- 当给HashMap中存放自定义对象时，如果自定义对象作为key存在，这时要保证对象唯一，必须复写对象的hashCode和equals方法
- 如果要保证map中存放的key和取出的顺序一致，可以使用LinkedHashMap集合来存放
LinkedHashMap的特点
Hashtable的特点
Collections工具类
集合嵌套
集合嵌套并不是一个新的知识点，仅仅是集合内容又是集合，如Collection集合嵌套、Collection集合与Map集合相互嵌套、Map集合嵌套。
- ArrayList嵌套ArrayList
- Map嵌套ArrayList
- Map集合嵌套
keySet遍历
entrySet遍历
集合继承体系的面向对象思想
- 接口：用来明确所有集合中该具有的功能，相当于在定义集合功能标准
- 抽象类：把多个集合中功能实现方式相同的方法，抽取到抽象类实现，具体集合不再遍写，继承使用即可
- 具体类：继承抽象类，实现接口，重写所有抽象方法，达到具备指定功能的集合。每个具体集合类，根据自身的数据存储结构方式，对接口中的功能方法，进行不同方式的实现
斗地主洗牌发牌案例
案例介绍
按照斗地主的规则，完成洗牌发牌的动作。
具体规则：
- 组装54张扑克牌
- 将54张牌顺序打乱
- 三个玩家参与游戏，三人交替摸牌，每人17张牌，最后三张留作底牌。
- 查看三人各自手中的牌（按照牌的大小排序）、底牌
手中扑克牌从大到小的摆放顺序：大王、小王、2、A、K、Q、J、10、9、8、7、6、5、4、3。
需求分析
斗地主的功能分析。
具体规则：
- 组装54张扑克牌
- 将54张牌顺序打乱
- 三个玩家参与游戏，三人交替摸牌，每人17张牌，最后三张留作底牌。
- 查看三人各自手中的牌（按照牌的大小排序）、底牌
需求分析：
- 准备牌，完成数字与纸牌的映射关系
使用双列Map（HashMap）集合，完成一个数字与字符串纸牌的对应关系（相当于一个字典）。
- 洗牌，通过数字完成洗牌发牌
- 发牌，将每个人以及底牌设计为ArrayList<String>,将最后3张牌直接存放于底牌，剩余牌通过对3取模依次发牌
- 存放的过程中要求数字大小与斗地主规则的大小对应
- 将代表不同纸牌的数字分配给不同的玩家与底牌
- 看牌，通过Map集合找到对应字符展示，通过查询纸牌与数字的对应关系，由数字转成纸牌字符串再进行展示
代码实现
首先，要修改java文件编码，由GBK修改为UTF-8，因为默认的字符编码GBK梅花、方片、黑桃、红桃（♠♥♦♣）等特殊字符。
准备牌
洗牌
发牌
看牌
- 作者:青山🌊
- 链接:http://cxuan.me/article/java-se-collection
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