java集合框架总结

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Java集合框架

数据结构是以某种形式将数据组织在一起的集合,它不仅存储数据,还支持访问和处理数据的操作。Java提供了几个能有效地组织和操作数据的数据结构,这些数据结构通常称为Java集合框架。在平常的学习开发中,灵活熟练地使用这些集合框架,可以很明显地提高我们的开发效率,当然仅仅会用还是不够的,理解其中的设计思想与原理才能更好地提高我们的开发水平。

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1.Collection接口

    从图中可以知道Collection 有三个子接口List,Set,Queue和一个直接实现类AbstractCollection

1.1.List接口:

        List接口的特点是:有序,可重复

        List接口的常用实现类有ArrayListVectorLinkedList

 

1.1.1.ArrayList实现类

        ArrayList底层依赖数组,它封装了一个Object[]类型的数组。而数组的优点就是方便查询。但是对于元素的增删效率较低。

  其构造方法有:1.ArrayList()无参构造,默认初始化集合容量,大小为10

                              2.ArrayList(int initialCapacity)有参构造,自定义集合容量。

        Arraylist在对元素进行添加操作的时候 在添加元素之前都会进行扩容检测,在添加元素的时候,会调用ensureCapacityInternal方法来判断是否需要扩容,当minCapacity(也就是add方法中的(size+1))大于数组长度时,将调用grow方法真正的进行扩容操作,切扩容1.5倍,最后,将旧数组复制元素到新数组完成扩容操作。

 

        ArrayList总结:

            1.ArrayList底层依赖数组来实现,查询效率较高,增删效率较低

            2.ArrayList中的元素有序、可重复、允许null

            3.ArrayList会自动进行扩容1.5倍。初始化时尽量指定初始容量,可避免频繁扩容,影响程序执行效率

            4.线程不安全,适用于单线程环境。

 

1.1.2.Vector实现类

        Vector的底层实现与ArrayLIst一样,也是依赖数组。

        Vector总结:

        1.Vector底层依赖数组来实现,查询效率较高,增删效率较低

        2.Vector中的元素有序、可重复、允许null值,添加单个元素的话,只能添加到集合末尾

        3.Vector会自动进行扩容。扩容后的容量由增量来决定,(2 or 原容量+增量)

        4.大多数方法用关键字synchronized修饰,线程安全。

 

1.1.3.LinkedList实现类

        LinkedList底层依赖链表,而链表的优点就是方便增删节点。LinkedList集合容量默认为空,没有扩容的概念。

   因为LinkedList无法随机访问,只能通过遍历的方式找到相应的节点所以会造成查找效率低

        LinkedList总结:

        1.LinkedList底层依赖双向循环链表实现,增删效率较高,查询效率较低

        2.LinkedList中的元素有序、可重复、允许null

        3.线程不安全,适用于单线程环境。

 

1.2.Set接口

    特点:元素无序(素存取顺序不一致),元素不可以重复

    其实现类有:HashSetLinkedHashSetTreeSet

 

1.2.1. HashSet实现类

   特点:其底层数据结构是哈希表,线程不安全,效率高,允许存储null元素,元素无序且唯一,哈希表:具有数组和链表的特点。


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1.2.2. LinkedHashSet实现类

        LinkedHashSetHashSet的有序版本,它在所有元素之间维护一个双向链表。当需要维护迭代顺序时,使用这个类。在遍历HashSet时,顺序是不可预知的,而LinkedHashSet让我们按插入顺序遍历元素。当使用迭代器循环访问LinkedHashSet时,元素将按照插入的顺序返回。


1.2.3. TreeSet实现类

  特点:无序(指的时存储顺序和取出顺序不同),但是内部其实有集合本身的排序方式(注:但是,添加到TreeSet中的数据类型必须是相同的),唯一(无重复元素),非线程安全

  其底层数据结构是红黑树(是一个自平衡的二叉树)

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    保证元素的排序方式有两种1.自然排序,2.比较器排序。

 

        HashSetTreeSetSet接口的典型实现。对于HashSetTreeSet如何选择?

HashSet的性能总是比TreeSet好,特别是最常用的添加,查询元素等操作。TreeSet需要额外的红黑树算法来维护集合元素的次序。只有当需要一个保持排序的Set时候,才应该使用TreeSet。否则都应该使用HashSet

 


1.3.Queue集合

        Queue用于模拟队列这种数据结构。队列通常是指“先进先出(FIFO)”的容器。队列的头部保存在队列中存放时间最长的元素,尾部保存存放时间最短的元素。新元素插入到队列的尾部,取出元素会返回队列头部的元素。通常,队列不允许随机访问队列中的元素。

 

1.3.1.PriorityQueue实现类

        PriorityQueue是一种比较标准的队列实现类,而不是绝对标准的。这是因为PriorityQueue保存队列元素的顺序不是按照元素添加的顺序来保存的,而是在添加元素的时候对元素的大小排序后再保存的。因此在PriorityQueue中使用peek()pool()取出队列中头部的元素,取出的不是最先添加的元素,而是最小的元素。

 

1.3.2. LinkedList实现类

        LinkedListList接口的实现类,因此它可以是一个集合,可以根据索引来随机访问集合中的元素。此外,它还是Duque接口的实现类,因此也可以作为一个双端队列,或者栈来使用。

 

1.3.3.集合中集中特殊的queue

        1.优先级队列: 优先级队列 是不同于先进先出队列的另一种队列。每次从队列中取出的是具有最高优先权的元素。

        2. 双端队列: 双端队列是一种具有队列和栈的性质的数据结构。双端队列中的元素可以从两端弹出,其限定插入和删除操作在表的两端进行

        3.阻塞队列: 阻塞队列与普通队列的区别在于,当队列是空的时,从队列中获取元素的操作将会被阻塞,或者当队列是满时,往队列里添加元素的操作会被阻塞。试图从空的阻塞队列中获取元素的线程将会被阻塞,直到其他的线程往空的队列插入新的元素。同样,试图往已满的阻塞队列中添加新元素的线程同样也会被阻塞,直到其他的线程使队列重新变得空闲起来

 

 

2.Map接口

 

2.1.HashMap实现类:

    实现原理:HashMap实际上是一个“链表散列”的数据结构,即数组和链表的结合体。

    特点:HashMap是线程不安全的,HashMap可以使用null作为keyvalue,元素是无序的,而且顺序会不定时改变,插入、获取的时间复杂度基本是 O(1)

HashMap的两种遍历方式:

1.效率高

Map map = new HashMap();
  Iterator iter = map.entrySet().iterator();
  while (iter.hasNext()) {
           Map.Entry entry = (Map.Entry) iter.next();
           Object key = entry.getKey();
           Object val = entry.getValue();
}

 

2.效率低

Map map = new HashMap();
  Iterator iter = map.keySet().iterator();
  while (iter.hasNext()) {
           Object key = iter.next();
           Object val = map.get(key);
  }

 

 

2.2. Hashtable实现类:

    实现原理: HashMap 一样,Hashtable 也是一个散列表,它存储的内容是键值对

    特点:Hashtable是线程安全的,Hashtable不允许使用null作为keyvalue

HashTable的遍历方式:

//1、使用keys()
Enumeration<String> en1 = table.keys();
    while(en1.hasMoreElements()) {
    en1.nextElement();
}
 
//2、使用elements()
Enumeration<String> en2 = table.elements();
    while(en2.hasMoreElements()) {
    en2.nextElement();
}
 
//3、使用keySet()
Iterator<String> it1 = table.keySet().iterator();
    while(it1.hasNext()) {
    it1.next();
}
 
//4、使用entrySet()
Iterator<Entry<String, String>> it2 = table.entrySet().iterator();
    while(it2.hasNext()) {
    it2.next();
}

 

HashMap HashTable的比较:

HashMapHashtable都是Map接口的典型实现类,它们之间的关系完全类似于ArraylistVecctor的关系。


区别:

Hashtable是线程安全的,HashMap是线程不安全的,所以HashMapHashtable的性能高一点。

Hashtable不允许使用null作为keyvalue;但HashMap可以使用null作为keyvalue

 

 

2.3.LinkedHashMap实现类

              LinkedHashMap实现类使用链表来维护key-value的次序,可以记住键值对的插入顺序。

    特点:非线程安全,遍历输出的顺序与put顺序一致,按访问顺序输出。

 

 

2.4.TreeMap实现类

    实现原理:底层使用的数据结构是二叉树(红-黑树)

    特点:1.无序,不允许重复(无序指元素顺序与添加顺序不一致,但是内部是一个有序的key-value集合)2.TreeMap集合默认会对键进行排序,所以键必须实现自然排序和定制排序中的一种,支持序列化操作




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