标签：容器 Java 浅谈 Map 元素 List 接口哈希集合

Java容器

容器类是Java以类库的形式供用户开发程序时可直接使用的各种数据结构。所谓数据结构就是以某种方式将数据组织在一起，并存储在计算机中。数据结构不仅可以存储数据，还支持访问和处理数据的操作。在面向对象思想里，一种数据结构被认为是一个容器。数组是一种简单的数据结构，除数组外Java还以类库的形式提供了许多其他数据结构。这些数据结构通常称为容器类或称集合类。

Java容器框架

Java容器框架中有两个名称分别为Collection和Set的接口，本书将Collection译为容器，而将Set译为集合。Java容器框架提供了一些现成的数据结构可供使用，这些数据结构是可以存储对象的集合，在这里对象也称为元素。从JDK 5开始，容器框架全部采用泛型实现，且都存放在java.util包中。容器框架中的接口及实现这些接口的类的继承关系如图12.1所示。Java容器框架结构由两棵接口树构成，第一棵树根节点为Collection接口，它定义了所有容器的基本操作，如添加、删除、遍历等。它的子接口Set、List等则提供了更加特殊的功能，其中Set的对象用于存储一组不重复的元素集合，而List的对象用于存储一个由元素构成的线性表。第二棵树根节点为Map接口，它保持了“键”到“值”的映射，可以通过键来实现对值的快速访问。

容器框架中的接口和实现接口的类的继承关系：

容器接口Collection

容器接口Collection通常不能直接使用，但该接口提供了添加元素、删除元素、管理数据的方法。由于Set接口和List接口都继承了Collection接口，因此这些方法对集合Set与列表List是通用的。下面给出了Collection＜E＞接口的常用方法，其中的方法默认为public abstract。由于容器框架全部采用泛型实现，所以我们以泛型的形式给出相应的方法，即带类型参数。

List ＜E＞接口的常用方法

列表接口List

列表接口List是Collection子接口，它是一种包含有序元素的线性表，其中的元素必须按顺序存放，且可重复，也可以是空值null。元素之间的顺序关系可以由添加到列表的先后来决定，也可由元素值的大小来决定。List接口使用下标来访问元素。下标范围为0～size()-1。List接口新增了许多方法，使之能够在列表中根据具体位置添加和删除元素。List＜E＞接口的主要方法如表所示。方法默认为public abstract。

List ＜E＞接口的常用方法:

实现List接口的类主要有两个：链表类LinkedList和数组列表类ArrayList。它们都是线性表。

LinkedList链表类采用链表结构保存对象，使用循环双链表实现List。这种结构向链表中任意位置插入、删除元素时不需要移动其他元素，链表的大小是可以动态增大或减小的，但不具有随机存取特性。

ArrayList数组列表类使用一维数组实现List，该类实现的是可变数组，允许所有元素，包括null。具有随机存取特性，插入、删除元素时需要移动其他元素，当元素很多时插入、删除操作的速度较慢。在向ArrayList中添加元素时，其容量会自动增大，但不能自动缩小，但可以使用trimToSize（）方法将数组的容量减小到数组列表的大小。

下面分别给出了LinkedList＜E＞类和ArrayList＜E＞类的构造方法。

LinkedList ＜E＞类的构造方法

使用线性表时通常声明为List ＜E＞类型，然后通过不同的实现类来实例化列表。如：

List<String> List1 = new LinkedList<String>();
List<String> List2 = new ArrayList<String>();

LinkedList ＜E＞类与ArrayList ＜E＞类大部分方法是继承其父类或祖先类，除此之外还各自定义了自己的方法，下面分别给出了LinkedList＜E＞类与ArrayList＜E＞类的常用方法。

LinkedList ＜E＞类的常用方法:

ArrayList ＜E＞类的常用方法:

利用LinkedList ＜E＞类构造一个先进后出的堆栈。

package com.demo.seckill;

import java.util.LinkedList;
import java.util.Scanner;


class StringStack {
    private LinkedList<String> Id = new LinkedList<String>();//创建LinkedList对象Id

    public void push(String name) { //入栈操作
        Id.addFirst(name);          //将name添加到链表的头
    }

    public String pop() {           //出栈操作
        return Id.removeFirst();    // 获取并移出堆栈中的第一个元素
    }

    public boolean isEmpty() {      //判断堆栈是否为空
        return Id.isEmpty();
    }
}


public class Map {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        StringStack stack = new StringStack();
        System.out.println("请输人数据(quit结束)");
        while (true) {
            String input = sc.next();   //从键盘输入数据
            if (input.equals("quit"))
                break;
            stack.push(input);  //入栈
        }
        System.out.println("先进后出的顺序:");
        while (!stack.isEmpty())
            System.out.print(stack.pop() + " ");    //出栈
    }
}

集合接口Set

Set是一个不含重复元素的集合接口，它继承自Collection接口，并没有声明其他方法，它的方法都是从Collection接口继承来的。Set集合中的对象不按特定的方式排序，只是简单地把对象加入集合中即可，但加入的对象一定不能重复。集合中元素的顺序与元素加入集合的顺序无关。实现Set接口的两个主要类是哈希集合类HashSet及树集合类TreeSet。

哈希集合类HashSet

哈希集合对所包含元素的访问并不是像线性表一样使用下标，而是根据哈希码来存取集合中的元素。为此先介绍一下哈希码的概念。哈希集合是在元素的存储位置和元素的值k之间建立一个特定的对应关系f，使每个元素与一个唯一的存储位置相对应。因而在查找时，只要根据元素的值k，计算f（k）的值即可，如果此元素在集合中，则必定在存储位置f（k）上，因此不需要与集合中的其他元素进行比较便可直接取得所查的元素。称这个对应关系f为哈希函数，按这种关系建立的表称为哈希表，也称散列表。

HashSet集合类是基于哈希表的Set接口实现的。HashSet根据哈希码来确定元素在集合中的存储位置（即内存地址），因此可以根据哈希码来快速地找到集合中的元素。HashSet集合不保证迭代顺序，但允许元素值为null。在比较两个加入哈希集合HashSet中的元素是否相同时，会先比较哈希码方法hashCode（）的返回值是否相同，若相同则再使用equals（）方法比较其存储位置（即内存地址），若两者都相同则视为相同的元素。之所以在比较了哈希码之后，还要通过equals（）方法进行比较，是因为对不同元素计算出的哈希码可能相同。因此，对于哈希集合来说，若重写了元素对应类的equals（）方法或hashCode（）方法中的某一个，则必须重写另一个，以保证其判断的一致性。

分别给出了HashSet＜E＞集合类的构造方法和常用方法。

HashSet ＜E＞集合类的构造方法

说明：构造方法中的上座率也称装填因子，上座率的值为0.0～1.0表示集合的饱和度。当集合中的元素个数超过了容量与上座率的乘积，容量就会自动翻倍。

HashSet ＜E＞集合类的常用方法

说明：输出哈希集合元素时并不一定是按元素的存储顺序输出，因为哈希集合中的元素是没有特定顺序的，若一定要让元素有序输出，则需要使用LinkedHashSet类。

树集合类TreeSet

树集合类TreeSet不仅实现了Set接口，还实现了java.util.SortedSet接口。TreeSet的工作原理与HashSet相似，但TreeSet增加了一个额外步骤，以保证集合中的元素总是处于有序状态。因此，当排序很重要时，就选择TreeSet，否则应选用HashSet。TreeSet＜E＞类的大多数方法继承自其父类或祖先类。

TreeSet ＜E＞类的构造方法

TreeSet ＜E＞类的新增的方法

映射接口Map

Map是另一种存储数据结构的对象，Map接口与List接口和Set接口有明显的区别。Map中的元素都是成对出现的，它提供了键（key）到值（value）的映射。值是指要存入Map中的元素（对象），在将元素存入Map对象时，需要同时给定一个键，这个键决定了元素在Map中的存储位置。一个键和它对应的值构成一个条目，真正在Map中存储的是这个条目。键很像下标，但在List中下标是整数，而在Map中键可以是任意类型的对象。如果要在Map中检索一个元素，必须提供相应的键，这样就可以通过键访问到其对应元素的值。Map中的每个键都是唯一的，且每个键最多只能映射到一个值。由于Map中存储元素的形式较为特殊，所以Map没有继承Collection接口。表12.13给出Map＜K，V＞接口的常用方法，其中K表示键的类型，V表示值的类型。因为Map是接口，所以其方法默认为public abstract。

Map ＜K，V＞接口的常用方法

映射接口Map常用的实现类有哈希映射HashMap和树映射TreeMap。HashMap映射是基于哈希表的Map接口的实现类，所以HashMap通过哈希码对其内部的映射关系进行快速查找，因此对于添加和删除映射关系效率较高，并且允许使用null值和null键，但必须保证键的唯一性；而树映射TreeMap中的映射关系存在一定的顺序，如果希望Map映射中的元素也存在一定的顺序，应该使用TreeMap类实现的Map映射，由于TreeMap类实现的Map映射中的映射关系是根据键对象按照一定的顺序排列的，因此不允许键对象是null。

HashMap映射的方法大多是继承自Map接口。

HashMap ＜K，V＞映射常用的构造方法

分别给出了TreeMap＜K，V＞映射的构造方法和常用方法。

TreeMap ＜K，V＞映射的构造方法

TreeMap ＜K，V＞映射的常用方法

总结

容器是存储对象的数据结构的集合。容器框架中定义的所有接口和类都存储在java.util包中。
从容器的当前元素获取其后续元素进行访问的过程称为迭代，迭代也称为遍历。
List的对象用于存储一个由元素构成的线性表；Set的对象是存储一组不重复的元素集合；Map的对象保持了键到值的映射。
List是一种包含有序元素的线性表，其中的元素必须按顺序存放，且可重复，也可以是空值null。实现List接口的类主要有链表类LinkedList和数组列表类ArrayList。
LinkedList是实现List接口的链表类，采用双向链表结构保存元素，访问元素的时间取决于元素在表中所处的位置，但对链表的增长或缩小则没有任何额外的开销。
ArrayList是实现List接口的数组列表类，它使用一维数组实现List，支持元素的快速访问，但在数组的扩展或缩小时则需要额外的系统开销。
Set是一个不含重复元素的集合接口。实现Set接口的两个主要类是哈希集合类HashSet及树集合类TreeSet。
HashSet的工作原理是在哈希集合中元素的“值”与该元素的存储位置之间建立起一种映射关系，这种映射关系称为哈希函数或散列函数，由哈希函数计算出来的数值称为哈希码或散列索引。虽然HashSet中的元素是无序的，但由于HashSet特性还是可以快速地添加或访问其中的元素。
因为对不同元素计算出的哈希码可能相同，所以判断哈希集合中的元素是否相同时需要同时使用hashCode（）方法和equals（）方法。
TreeSet类对象中的元素总是有序的，所以当插入元素时需要一定的开销。
Map中的元素都是成对出现的，它提供了键（key）到值（value）的映射。
映射接口Map常用的实现类有HashMap和TreeMap。HashMap类与TreeMap类的关系如同HashSet与TreeSet的关系一样。
HashMap类是基于哈希表的Map接口的实现，允许使用null值和null键，但必须保证键的唯一性，HashMap是无序的。
TreeMap类中的映射关系存在一定的顺序，不允许键对象是null。TreeMap是有序的。

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