Java—单列集合（Collection）与 双列集合（Map）

 单列集合（Collection）

一、集合(Collection)
    (1)集合的由来?
        我们学习的是Java -- 面向对象 -- 操作很多对象 -- 存储 -- 容器(数组和StringBuffer) -- 数组
        而数组的长度固定，所以不适合做变化的需求，Java就提供了集合供我们使用。
    (2)集合和数组的区别?
        A:长度区别
            数组固定
            集合可变
        B:内容区别
            数组可以是基本类型，也可以是引用类型
            集合只能是引用类型
        C:元素内容
            数组只能存储同一种类型
            集合可以存储不同类型(其实集合一般存储的也是同一种类型)
    (3)集合的继承体系结构?
        由于需求不同，Java就提供了不同的集合类。这多个集合类的数据结构不同，但是它们都是要
        提供存储和遍历功能的，
        我们把它们的共性不断的向上提取，最终就形成了集合的继承体系结构图。

        Collection ：定义所有单列集合的共性方法
            |--List：有序集合，存储和取出元素顺序相同，可存储重复元素，有索引，可用for循环遍历
                |--ArrayList 
                |--Vector
                |--LinkedList
            |--Set  ：不允许存储重复元素，无索引，不能用for循环遍历
                |--HashSet
                |--TreeSet
        Collection:是集合的顶层接口，它的子体系有重复的，有唯一的(HashSet)，有有序的(List)
        ，有无序的(Set)。

  (4)Collection的功能概述：
        //创建集合对象,可以使用多态
        //Collection<String> coll = new ArrayList<>();
     
       1：添加功能
            boolean add(Object obj):添加一个元素
            boolean addAll(Collection c):添加一个集合的元素
       2:删除功能
            void clear():移除所有元素
            boolean remove(Object o):移除一个元素
            boolean removeAll(Collection c):移除一个集合的元素(是一个还是所有)
      3:判断功能
            boolean contains(Object o)：判断集合中是否包含指定的元素
            boolean containsAll(Collection c)：判断集合中是否包含指定的集合元素
            (是一个还是所有)
            boolean isEmpty()：判断集合是否为空
     4:长度功能
            int size():元素的个数
            面试题：数组有没有length()方法呢?字符串有没有length()方法呢?集合有没有
            length()方法呢?//集合获取元素个数是size
      5:交集功能
            boolean retainAll(Collection c):两个集合都有的元素?思考元素去哪了，
            返回的boolean又是什么意思呢?
      6：把集合转换为数组
    Object[] toArray()

 集合的遍历：迭代器

       7.集合的遍历：迭代器
java.util.Iterator接口:迭代器(对集合进行遍历)
    有两个常用的方法
        boolean hasNext() 如果仍有元素可以迭代，则返回 true。
           
       判断集合中还有没有下一个元素,有就返回true,没有就返回false
        E next() 返回迭代的下一个元素
     
    取出集合中的下一个元素
    Iterator迭代器,是一个接口,我们无法直接使用,需要使用Iterator接口的实现类对象,获取实现类的方式比较特殊
    Collection接口中有一个方法,叫iterator(),这个方法返回的就是迭代器的实现类对象
    Iterator<E> iterator() 返回在此 collection 的元素上进行迭代的迭代器。

    迭代器的使用步骤(重点):
        1.使用集合中的方法iterator()获取迭代器的实现类对象,使用Iterator接口接收(多态)
        2.使用Iterator接口中的方法hasNext判断还有没有下一个元素
        3.使用Iterator接口中的方法next取出集合中的下一个元素


//通过迭代器方式遍历 
           public static void main(String[] args) {
        //创建一个集合对象
        Collection<String> coll = new ArrayList<>();
        //往集合中添加元素
        coll.add("姚明");
        coll.add("科比");
        coll.add("麦迪");
        /*
            1.使用集合中的方法iterator()获取迭代器的实现类对象,使用Iterator接口接收(多态)
            注意:
                Iterator<E>接口也是有泛型的,迭代器的泛型跟着集合走,集合是什么泛型,迭代器就是什么泛型
         */
        //多态  接口            实现类对象
        Iterator<String> it = coll.iterator();
        
        /*
            发现使用迭代器取出集合中元素的代码,是一个重复的过程
            所以我们可以使用循环优化
            不知道集合中有多少元素,使用while循环
            循环结束的条件,hasNext方法返回false
         */
        while (it.hasNext()) {
            String e = it.next();
            System.out.println(e);
        }
        
        //for循环
        for (Iterator<String> it2 = coll.iterator(); it2.hasNext(); ) {
            String e = it2.next();
            System.out.println(e);
        }
    }



/*
    增强for循环:底层使用的也是迭代器,使用for循环的格式,简化了迭代器的书写
    是JDK1.5之后出现的新特性
    Collection<E>extends Iterable<E>:所有的单列集合都可以使用增强for
    public interface Iterable<T>实现这个接口允许对象成为 "foreach" 语句的目标。

    增强for循环:用来遍历集合和数组

    格式:
        for(集合/数组的数据类型 变量名: 集合名/数组名){
            sout(变量名);
        }
 */
//使用增强for循环遍历集合
    private static void demo02() {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("aaa");
        list.add("bbb");
        for(String s : list){
            System.out.println(s);
        }
    }

    //使用增强for循环遍历数组
    private static void demo01() {
        int[] arr = {1,2,3,4,5};
        for(int i:arr){
            System.out.println(i);
        }
    }

 二、List
        1、List集合特点
                List是Collection的子接口
        特点：有序(存储顺序和取出顺序一致)，
              可以存储重复的元素，
              有索引。
        2、List的特有功能
            A:添加功能
                void add(int index,Object element):在指定位置添加元素
            B:获取功能
                Object get(int index):获取指定位置的元素
            C:列表迭代器
                ListIterator listIterator()：List集合特有的迭代器
            D:删除功能
                Object remove(int index)：根据索引删除元素,返回被删除的元素
            E:修改功能
                Object set(int index,Object element):根据索引修改元素，返回被修饰的元素
        3、List集合的特有遍历功能
                A:由size()和get()结合。
                B:代码演示
                                    //创建集合对象
                List list = new ArrayList();

                //创建并添加元素
                list.add("hello");
                list.add("world");
                list.add("java");

                //遍历集合
                Iterator it = list.iterator();
                while(it.hasNext()) {
                    String s =(String) it.next();
                    System.out.println(s);
                }
                System.out.println("----------");
                for(int x=0; x<list.size(); x++) {
                    String s =(String) list.get(x);
                    System.out.println(s);
                }
                //增强for循环
                for(String x :list) {
                    System.out.println(x);
                }
        4、常见数据结构
                    A:栈 先进后出
                    B:队列 先进先出
                    C:数组 查询快，增删慢
                    D:链表 查询慢，增删快

        5、List的子类特点(面试题)
            ArrayList
                底层数据结构是数组，查询快，增删慢，所以查询操作的时候用最好用ArrayList，增删操作的时候尽量少用，用的时候要严谨。
                线程不安全，效率高。

            Vector
                        底层数据结构是数组，查询快，增删慢。
                        线程安全，效率低。

            LinkedList：list的子类
                   底层数据结构是双向链表，查询慢，增删快，且Linklist提供了大量首尾操作的方法。
                   线程不安全，效率高。
            方法：
             - `public void addFirst(E e)`:将指定元素插入此列表的开头。
             - `public void addLast(E e)`:将指定元素添加到此列表的结尾。
             - `public E getFirst()`:返回此列表的第一个元素。
             - `public E getLast()`:返回此列表的最后一个元素。
             - `public E removeFirst()`:移除并返回此列表的第一个元素。
             - `public E removeLast()`:移除并返回此列表的最后一个元素。
             - `public E pop()`:从此列表所表示的堆栈处弹出一个元素。
             - `public void push(E e)`:将元素推入此列表所表示的堆栈。
             - `public boolean isEmpty()`：如果列表不包含元素，则返回true。

        到底使用谁呢?看需求?
                分析：
                    要安全吗?
                        要：Vector(即使要，也不使用这个)
                        不要：ArrayList或者LinkedList
                            查询多；ArrayList
                            增删多：LinkedList

                什么都不知道，就用ArrayList

三、Set
        1、Set集合的特点
                不可以存储重复的元素
                无序(存储顺序和取出顺序不一致),没有索引
                唯一(通过hashCode()和equals()方法比较是否唯一)
        

        2、HashSet集合：实现了Set接口
                         
                     A:底层数据结构是哈希表，查询快(是一个元素为链表的数组) 
                     B:是一个无序的集合，无索引，不能用for循环遍历，用迭代器和增强for循环遍历
                     
                     C:哈希表底层依赖两个方法：hashCode()和equals()
                          
                          执行顺序：
                            首先比较哈希值是否相同
                                相同：继续执行equals()方法
                                    返回true：元素重复了，不添加
                                    返回false：直接把元素添加到集合
                                不同：就直接把元素添加到集合
                       
                        D:如何保证元素唯一性的呢?
                            由hashCode()和equals()保证的
                        E:开发的时候，代码非常的简单，自动生成即可。
                        Alt+Shift +c  构造方法，   
                        Alt+Shift + o 参数传递，  
                        Alt+Shift SetXxx+GetXxx
                        Alt+Shift +h 保证元素唯一性
                        F:HashSet存储字符串并遍历
                        G:HashSet存储自定义对象并遍历(对象的成员变量值相同即为同一个元素)

        2.1、LinkedHashSet：继承了HashSet集合
                          HashSet存储元素是无序的，所有LinkedHashSet诞生了，它是链表和哈希表组合的一个数据存储结构，元素存放是有顺序的，仍然保存不重复的元素

java集合中如何去除重复的元素呢？

        当我们定义了ArrayList集合存入一些元素后，发现元素有重复的,
        我们可以使用三种基本方法来去除重复的元素;

        第一种方法：
            创建一个新集合，遍历旧集合中的元素，使用Contains方法 看看新集合中
            是否包含此旧集合中的元素，不包含就添加至新集合中
            ps.详情看下面的ArrayListDemo2
        第二种方法：
            我们可以使用HashSet集合剔除ArrayList集合中的重复值，但是有个缺点，
            虽然能保证元素的唯一性，但是
            存储顺序和取出顺序不一致，这时我们可以LinkedHashSet

        第三种方法:
            我们知道LinkedHashSet集合，底层数据结构由哈希表和链表组成，哈希表保证元素的唯一性
            链表保证元素有序(存储和取出一致)

 HashSet 集合存储不重复元素集合的原理

3、TreeSet集合 ：实现Set集合
                A:底层数据结构是红黑树(是一个自平衡的二叉树)
                B:保证元素的排序方式
                    a:自然排序(元素具备比较性)
                        让元素所属的类实现Comparable接口 compareTo()方法
                    b:比较器排序(集合具备比较性)
                让集合构造方法接收Comparator的实现类对象 compare()方法 匿名内部类实现

四、Collection集合的使用
                唯一吗?
            是：Set
                排序吗?
                    是：TreeSet
                    否：HashSet
            如果你知道是Set，但是不知道是哪个Set，就用HashSet。

            否：List
                要安全吗?
                    是：Vector
                    否：ArrayList或者LinkedList
                        查询多：ArrayList
                        增删多：LinkedList
            如果你知道是List，但是不知道是哪个List，就用ArrayList。

        如果你知道是Collection集合，但是不知道使用谁，就用ArrayList。
        如果你知道用集合，就用ArrayList

  五、Collections操作集合工具类
        Collection和Collections的区别(面试题)
            A:Collection 是单列集合的顶层接口，有两个子接口List和Set ，
              map是双列集合很多用于集合嵌套
            B:Collections 是针对集合进行操作的工具类，可以对集合进行排序和查找等
        Collections工具类方法
                    常见的几个小方法：
            A:public static <T> void sort(List<T> list)
            B:public static <T> int binarySearch(List<?> list,T key)
            C:public static <T> T max(Collection<?> coll)
            D:public static void reverse(List<?> list)
            E:public static void shuffle(List<?> list)//打算集合顺序
            F:public static <T> boolean addAll(Collection<T> c, T... elements):往集合中添加一些元素

 例子：
 ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        
 //public static <T> boolean addAll(Collection<T> c, T... elements):往集合中添加一些元素。
   Collections.addAll(list,"a","b","c","d","e");
        
 //public static void shuffle(List<?> list) 打乱顺序:打乱集合顺序。
   Collections.shuffle(list);

 //public static <T> void sort(List<T> list):将集合中元素按照默认规则排序。
  ArrayList<Integer> list01 = new ArrayList<>();
        list01.add(1);
        list01.add(3);
        list01.add(2);
        System.out.println(list01);//[1, 3, 2]
        //public static <T> void sort(List<T> list):将集合中元素按照默认规则排序。
        Collections.sort(list01);//默认是升序
        System.out.println(list01);//[1, 2, 3]

        ArrayList<String> list02 = new ArrayList<>();
        list02.add("a");
        list02.add("c");
        list02.add("b");
        System.out.println(list02);//[a, c, b]
        Collections.sort(list02);进行升序排列
        System.out.println(list02);//[a, b, c]、

//public static <T> void sort(List<T> list，Comparator<? super T>):将集合中元素按照指定规则排序。
例子：
ArrayList<Integer> list01 = new ArrayList<>();
        list01.add(1);
        list01.add(3);
        list01.add(2);
        System.out.println(list01);//[1, 3, 2]

        Collections.sort(list01, new Comparator<Integer>() {
            //重写比较的规则
            @Override
            public int compare(Integer o1, Integer o2) {
                //return o1-o2;//升序
                return o2-o1;//降序
            }
        });

 Map集合—双列集合

六、Map键值对集合
        1、Map集合的特点
            一个双列集合，一个元素包含两个值，一个是Key，一个是value,
            集合中的元素，key 和value的数据类型可以相同，也可以不同，
            一个映射不能包含重复的键；每个键最多只能映射到一个值，也就是说key不允许重复，value可重复。且key和value是一一对应的。

        2、Map和Collection区别
            Map集合存储元素是成对出现的，Map集合的键是唯一的，值是可重复的。可以把这个理解为：
            夫妻对,属于双列集合
            Collection集合存储元素是单独出现的，Collection的儿子Set是唯一的，List是
            可重复的。可以把这个理解为：光棍(11.11) 属于单列集合

        3、Hashtable和HashMap的区别
                Hashtable是基于陈旧的Dictionary类
                HashMap是Java 1.2引进的Map接口的一个实现

                  Hashtable:底层是一个哈希表，单线程、线程安全，效率低。不允许null键和null值
                  HashMap:底层是一个哈希表，多线程、线程不安全，效率高。允许null键和null值

        4、Map接口功能概述
            Map集合的功能概述：
                 1:添加功能
                    V put(K key,V value):添加元素。
                        如果键是第一次存储，就直接存储元素，返回null
                        如果键不是第一次存在，就用值把以前的值替换掉，返回以前的值
                 2:删除功能
                    void clear():移除所有的键值对元素
                    V remove(Object key)：根据键删除键值对元素，并把值返回
                 3:判断功能
                        boolean containsKey(Object key)：判断集合是否包含指定的键
                        boolean containsValue(Object value):判断集合是否包含指定的值
                        boolean isEmpty()：判断集合是否为空
                 4:获取功能
                        Set<Map.Entry<K,V>> entrySet():???
                        V get(Object key):根据键获取值
                        Set<K> keySet():获取集合中所有键的集合
                        Collection<V> values():获取集合中所有值的集合
                 5：长度功能
                        int size()：返回集合中的键值对的对数

              5、Map集合的遍历
        方式A:键找值
                a:获取所有键的集合
                b:遍历键的集合,得到每一个键
                c:根据键到集合中去找值

           代码体现：
        //创建Map集合对象
        Map<String,Integer> map = new HashMap<>();
        map.put("二哈",168);
        map.put("悟空",165);
        map.put("八戒",178);

        //1.使用Map集合中的方法keySet(),把Map集合所有的key取出来,存储到一个Set集合中
        Set<String> set = map.keySet();

        //2.遍历set集合,获取Map集合中的每一个key
        //使用迭代器遍历Set集合
        Iterator<String> it = set.iterator();
        while (it.hasNext()){
            String key = it.next();
            //3.通过Map集合中的方法get(key),通过key找到value
            Integer value = map.get(key);
            System.out.println(key+"="+value);
        }

       
        //使用增强for遍历Set集合
        for(String key : set){
            //3.通过Map集合中的方法get(key),通过key找到value
            Integer value = map.get(key);
            System.out.println(key+"="+value);
        }


        方式B:键值对对象找键和值(结婚证)
                    a:获取所有的键值对对象的集合
                    b:遍历键值对对象的集合，获取每一个键值对对象
                    c:根据键值对对象去获取键和值

       //方式2 键值对对象找键和值
            Set<Map.Entry<String,String>> set2 = hm.entrySet();
                        for(Map.Entry<String,String> me : set2) {
                            String key = me.getKey();
                            String value = me.getValue();

 实现方式：

/*
    JDK9的新特性:
        List接口,Set接口,Map接口:里边增加了一个静态的方法of,可以给集合一次性添加多个元素
        static <E> List<E> of​(E... elements)
        使用前提:
            当集合中存储的元素的个数已经确定了,不在改变时使用
     注意:
        1.of方法只适用于List接口,Set接口,Map接口,不适用于接接口的实现类
        2.of方法的返回值是一个不能改变的集合,集合不能再使用add,put方法添加元素,会抛出异常
        3.Set接口和Map接口在调用of方法的时候,不能有重复的元素,否则会抛出异常
 */
public class Demo01JDK9 {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = List.of("a", "b", "a", "c", "d");
        System.out.println(list);//[a, b, a, c, d]
        //list.add("w");//UnsupportedOperationException:不支持操作异常

        //Set<String> set = Set.of("a", "b", "a", "c", "d");//IllegalArgumentException:非法参数异常,有重复的元素
        Set<String> set = Set.of("a", "b", "c", "d");
        System.out.println(set);
        //set.add("w");//UnsupportedOperationException:不支持操作异常

        //Map<String, Integer> map = Map.of("张三", 18, "李四", 19, "王五", 20,"张三",19);IllegalArgumentException:非法参数异常,有重复的元素
        Map<String, Integer> map = Map.of("张三", 18, "李四", 19, "王五", 20);
        System.out.println(map);//{王五=20, 李四=19, 张三=18}
        //map.put("赵四",30);//UnsupportedOperationException:不支持操作异常
    }
}

本篇博客部分出处：java集合Collection(单列集合)、Map(双列) +自己内部总结