java 集合類

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1. Java集合架構圖

 

 

所示：Java有兩類集合，線性表（Collection子類）和索引值對（Map子類）

2. Java集合架構圖-2

 

 

3. 線性表

ArrayList、Vector的引入

l  數組在使用上有局限性：建立後無法改變儲存大小。

代碼示意：int[] iAry=new int[3]; iAry[0]=0;iAry[3];//err

l  此時可用動態數組類ArrayList或Vector:

ArrayList<Integer> ary=new ArrayList<Integer> ();

ary.add(0);…ary.add(3);

ary空間無限制，當空間無法容納時會重新開闢更大空間。

l  ArrayList和Vector的異同：

相同點：

都是基於數組來實現的；都可從指定位置取得元素，從容器的末尾

增加和刪除元素都非常的有效，能在一個常數級的時間(O(1))內完成。但是

從一個其他的位置增加和刪除一個元素頗費時，需要的時間為O(n-i)，這裡

的n代表元素個數，i代表要增加和刪除的元素所在的位置。

差別：

 1、Vector法都是同步的,即安全執行緒，而ArrayList不考慮安全執行緒，ArrayList的效能比Vector好；

 2、 當添加元素超容量時，Vector容量翻倍，而ArrayList增加50%（更節約記憶體空間）。 所以，在單線程裡，盡量用ArrayList。

l  ArrayList的優缺點

以數組實現。節約空間，但數組有容量限制。超出限制時會增加50%容量，用System.arraycopy()複製到新的數組，因此最好能給出數組大小的預估值。預設第一次插入元素時建立大小為10的數組。

按數組下標訪問元素--get(i)/set(i,e) 的效能很高，這是數組的基本優勢。

直接在數組末尾加入元素--add(e)的效能也高，但如果按下標插入、刪除元素--add(i,e), remove(i), remove(e)，則要用System.arraycopy()來移動部分受影響的元素，效能就變差了，這是基本劣勢。

 

l  LinkedList的結構

 

 

l  LinkedList的優缺點

以雙向鏈表實現。鏈表無容量限制，但雙向鏈表本身使用了更多空間，也需要額外的鏈表指標操作。

按下標訪問元素--get(i)/set(i,e) 要悲劇的遍曆鏈表將指標移動到位(如果i>數組大小的一半，會從末尾移起)。

插入、刪除元素時修改前後節點的指標即可，但還是要遍曆部分鏈表的指標才能移動到下標所指的位置，只有在鏈表兩頭的操作--add(), addFirst(),removeLast()或用iterator()上的remove()能省掉指標的移動。

 

 

 

l  ArrayList與LinkedList的比較

ArrayList基於數組：便於索引，但不便於插入刪除（需要移動元素）；

LinkedList基於鏈表：插入和刪除只需修改指標，但不能隨機存取（需從head找起）

代碼理解：

List<String> shenXiao = new LinkedList<String>(); shenXiao.add("子(zǐ)");

shenXiao.add("醜(chǒu)");

shenXiao.add("卯(mǎo)"); shenXiao.add("辰(chén)");

shenXiao.add("巳(sì)"); shenXiao.add("午(wǔ)");

shenXiao.add("未(wèi)"); shenXiao.add("申(shēn)");

shenXiao.add("酉(yǒu)"); shenXiao.add("戌(xū)");

shenXiao.add("亥(hài)"); shenXiao.add(2, "寅(yín)");

System.out.println(shenXiao);//自動遍曆[..寅(yín)..亥(hài)]

 

l  Set

作為Collection介面的重要子介面，Set介面是一個不包含重複元素，且元素排列無序的集合，並且最多包含一個 null 元素,也被稱為集。

Set介面的方法和Collection介面的方法大體相同，但在遍曆時只能通過Iterator（）方法擷取迭代器進行迭代。

Set中的add方法不同於Collection介面，有一個boolean類型的傳回值，當集合中含有與某個元素equals相等的元素時返回false，無法添加，否

則返回true。

Set中的Iterator方法返回的返回的元素沒有特定的順序（除非此 set 是某個提供順序保證的類的執行個體）。

 

 

 

l  HashSet

HashSet類是Set介面的重要實作類別，由雜湊表（實際上是一個 HashMap 執行個體）支援。它不保證 set 的迭代順序；特別是它不保證該順序恒久不變。

Set介面是通過equals方法來比較兩元素是否相同的，但是如果有1000個元素，那麼再添加一個元素，就要比較1000次，效率嚴重降低。所以HashSet類底層採用了HashMap來儲存元素，而HashMap採用了雜湊表的原理。

因此HashSet類按照雜湊演算法來存取對象，當向集合中加入一個新對象時，會調用對象的HashCode()方法得到對象的雜湊碼，然後根據這個碼計算出對象在集合中儲存的位置。 HashCode()方法實際上是返回的Object Storage Service的物理地址。

所以總的來說，HashSet是通過兩元素的HashCode（）方法和equals（）方法來判斷兩元素是否相等的。

所以當我們使用HashSet添加元素時一定要重寫該元素的HashCode方法和equals方法。並且，參與計算兩個方法傳回值的關鍵屬性應該相同。 程式碼範例：HashSetDemo.java

 

l  TreeSet

TreeSet是一個有序集合，TreeSet中的元素將按照升序排列，預設是按照自然排序進行排列，意味著TreeSet中的元素要實現Comparable介面。

在類上implement Comparable重寫compareTo()方法，在方法內定義比較演算法, 根據大小關係, 返回正數負數或零，在使用TreeSet儲存物件的時候, add()方法內部就會自動調用compareTo()方法進行比較。

代碼：自訂類做元素

必須實現Comparable，否則TreeSet無法add()

 

 

l  HashMap

對於 HashMap 及其子類而言，它們採用 Hash 演算法來決定集合中元素的儲存位置。

當系統開始初始化 HashMap 時，系統會建立一個Entry 數組，這個數組裡可以儲存元素的位置被稱為“桶（bucket）”，每個 bucket 都有其指定索引，系統可以根據其索引快速存取該 bucket 裡儲存的元素。

無論何時，HashMap 的每個“桶”只儲存一個元素（也就是一個 Entry），由於Entry 對象可以包含一個引用變數（就是 Entry 構造器的的最後一個參數）用於指向下一個 Entry，因此可能出現的情況是：HashMap 的 bucket 中只有一個Entry，但這個 Entry 指向另一個 Entry ——這就形成了一個 Entry 鏈。：

 

 

 

l  TreeMap和HashMap的差別

HashMap通過hashcode對其內容進行快速尋找；而TreeMap基於紅/黑樹狀結構實現的,其所有的元素都保持著某種固定的順序，如自然順序或自訂順序。

在Map中插入、刪除和定位元素，HashMap是最好的選擇。但如果要按自然順序或自訂順序遍曆鍵，那麼TreeMap會更好。

註：

1.同樣的對比有TreeSet和HashSet,因為TreeSet基於TreeMap, HashSet基於HashMap

2.使用HashMap要求添加的鍵類需明確實現hashCode()、 equals()。

 

 

 

l  索引值對-Hash演算法

Hash表引入原因：數組定址容易，插入和刪除困難； 而鏈表定址困難，插入和刪除容易。雜湊表可綜合兩者的優點，即，定址容易，插入刪除也容易的資料結構。

Hash（散列）演算法，把任意長度的輸入，用演算法函數變換成固定長度的輸出 （散列值）。不同的輸入可能會散列成相同散列值。

Hash表有多種實現，以拉鏈法（鏈表的數組）解釋： ? 左邊數組，數組每個元素中 包括一個指標，指向一個鏈表的頭。根據元素的一些特徵把元素分配到不同的鏈表中去，也是根據這些特徵，找到正確的鏈表，再從鏈表中找出這個元素。

散列法：元素特徵轉變為數組下標的方法就是散列法，使用除法散列法：index = value % 13

 

 

索引值對-Hash演算法  HashCode的理解

Hashcode(散列碼)：每個對象都會有一個int型的hashcode，代表它在記憶體中的位置。

Object中的equals方法是指比較兩個對象是不是指向同一個引用。hashcode方法返回hashCode的值；Object規範裡規定：如果兩個對象根據equals(Object)方式是相等的，那麼這兩個對象的hashCode一定要相等，所以記住：重寫equals方法後，請重寫hashCode方法。

 

l  索引值對

HashMap和Hashtable

Hashtable繼承自Dictionary類，而HashMap是Map介面的一個實現。

代碼：（HashMap改為Hashtable，練習）

 

 

 

主要差別：

1 HashMap允許null key和null value，而hashtable不允許；

2 HashMap是Hashtable的輕量級實現（非安全執行緒的實現），效率高；

3 空間：載入因子預設都為0.75；初始容量Hashtable為11，而HashMap為16。 增加方式Hashtable為 oldSize*2+1，HashMap為oldSize *2。

 

l  列舉程式訪問集合對象

Iterator模式是用於遍曆集合類的標準存取方法。它可以把訪問邏輯從不同類型的集合類中抽象出來，從而避免向用戶端暴露集合的內部結構。

例如，如果沒有使用Iterator，遍曆一個數組的方法是使用索引：

for(int i=0; i<array.size(); i++) { ... get(i) ... } 而訪問一個鏈表（LinkedList）又必須使用while迴圈：while((e=e.next())!=null) { ... e.data() ... } 以上兩種方法用戶端都必須事Crowdsourced Security Testing道集合的內部結構，存取碼和集合本身是緊耦合。無法將訪問邏輯從集合類和用戶端代碼中分離出來，每一種集合對應一種遍曆方法，用戶端代碼無法複用。更恐怖的是，如果以後需要把ArrayList更換為LinkedList，則原來的用戶端代碼必須全部重寫。

為解決以上問題，Iterator模式總是用同一種邏輯來遍曆集合：

for(Iterator it = c.iterater(); it.hasNext(); ) { ... } 這樣一來用戶端自身不維護遍曆集合的"指標"，所有的內部狀態（如當前元素位置，是否有下一個元素）都由Iterator來維護，而這個Iterator由集合類通過Factory 方法產生，因此，它知道如何遍曆整個集合。

用戶端從不直接和集合類打交道，它總是控制Iterator，向它發送"向前"，"向後"，"取

通過列舉程式訪問線性集合 

 

 

通過列舉程式訪問HashMap

 

 

 

泛型

 

泛型：即參數化型別，所操作的資料類型被指定為一個參數。 ?

這種參數類型可以用在類、介面和方法的建立中（即，泛型類、泛型介面、

泛型方法）。

泛型好處：編譯時間可檢測類型錯誤；避免了強制類型轉換（自動和隱式 ?

的），提高代碼的重用性。

例：

 

 

以上的List就是泛型介面、ArrayList就是泛型類、 add()和get()是泛型方法

註：集合架構，都已經成為泛型化了。

泛型的規則 

 

泛型定義代碼舉例

 

 

 

類型萬用字元？引入原因：

 

 

泛型的繼承，代碼說明：

 

 

 

l  淺拷貝與Clone

有時我們需要複製對象：

 

 

測試：

 

 

 

l  淺拷貝與Clone（續）

分析，從上面代碼運行結果看：

成員變數為基本類型（外加String類型—內容不變性）,只要super.clone()就可

拷貝。但數組或複雜類型(參考型別)時，就必須實現深度clone。

l  深度clone（本例）：

 

 

 

 

l  深度clone（）

容器類成員，需逐個元素複製，以ArrayList為例

 

 

 

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