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Java集合List、Set、Map

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集合是 java 基础中非常重要的一部分,同样也是 Java 面试中很重要的一个知识点。所以,给王小整理了这篇关于集合的文章。

1、接口继承关系以及实现

集合类存放于 Java.util 包中,主要有 3 种:set、list 和 map。

  • Collection:Collection 是集合 List、Set、Queue 的最基本的接口
  • Iterator:迭代器,可以通过迭代器遍历集合中的数据
  • Map:是映射表的基础接口

层次关系图:

2、List

Java 的 List 是非常常用的数据类型。List 是有序的 Collection。Java List 一共三个实现类:分别是 ArrayList、Vector 和 LinkedList。

2.1、ArrayList

ArrayList 是最常用的 List 实现类,内部是通过数组实现的,它允许对元素进行快速随机访问。数组的缺点是每个元素之间不能有间隔,当数组大小不满足时需要增加存储能力,就要将已经有数组的数据复制到新的存储空间中。当从 ArrayList 的中间位置插入或者删除元素时,需要对数组进行复制、移动、代价比较高。因此,它适合随机查找和遍历,不适合插入和删除。

2.2、Vector

Vector 与 ArrayList 一样,也是通过数组实现的,不同的是它支持线程的同步,即某一时刻只有一个线程能够写 Vector,避免多线程同时写而引起的不一致性,但实现同步需要很高的花费,因此,访问它比访问 ArrayList 慢。

2.3、LinkList

LinkedList 是用链表结构存储数据的,很适合数据的动态插入和删除,随机访问和遍历速度比较慢。另外,他还提供了 List 接口中没有定义的方法,专门用于操作表头和表尾元素,可以当作堆栈、队列和双向队列使用。

3、Set

Set 注重独一无二的性质,该体系集合用于存储无序(存入和取出的顺序不一定相同)元素,值不能重复。对象的相等性本质是对象 hashCode 值(java 是依据对象的内存地址计算出的此序号)判断的,如果想要让两个不同的对象视为相等的,就必须覆盖 Object 的 hashCode 方法和 equals 方法。java Set 一共三个实现类:分别是 HashSet、TreeSet 和 LinkHashSet。

3.1、HashSet

哈希表边存放的是哈希值。HashSet 存储元素的顺序并不是按照存入时的顺序(和 List 显然不同) 而是按照哈希值来存的所以取数据也是按照哈希值取得。元素的哈希值是通过元素的hashcode 方法来获取的, HashSet 首先判断两个元素的哈希值,如果哈希值一样,接着会比较equals 方法 如果 equls 结果为 true ,HashSet 就视为同一个元素。如果 equals 为 false 就不是同一个元素。

哈希值相同 equals 为 false 的元素是怎么存储呢,就是在同样的哈希值下顺延(可以认为哈希值相同的元素放在一个哈希桶中)。也就是哈希一样的存一列。如图 1 表示 hashCode 值不相同的情况;图 2 表示 hashCode 值相同,但 equals 不相同的情况。

HashSet 通过 hashCode 值来确定元素在内存中的位置。一个 hashCode 位置上可以存放多个元素。

3.2、TreeSet
  1. TreeSet() 是使用二叉树的原理对新 add() 的对象按照指定的顺序排序(升序、降序),每增加一个对象都会进行排序,将对象插入的二叉树指定的位置。
  2. Integer 和 String 对象都可以进行默认的 TreeSet 排序,而自定义类的对象是不可以的,自己定义的类必须实现 Comparable 接口,并且覆写相应的 compareTo()函数,才可以正常使用。
  3. 在覆写 compare()函数时,要返回相应的值才能使 TreeSet 按照一定的规则来排序。
  4. 比较此对象与指定对象的顺序。如果该对象小于、等于或大于指定对象,则分别返回负整数、零或正整数。
3.3、LinkHashSet

对于 LinkedHashSet 而言,它继承与 HashSet、又基于 LinkedHashMap 来实现的。
LinkedHashSet 底层使用 LinkedHashMap 来保存所有元素,它继承与 HashSet,其所有的方法操作上又与 HashSet 相同,因此 LinkedHashSet 的实现上非常简单,只提供了四个构造方法,并通过传递一个标识参数,调用父类的构造器,底层构造一个 LinkedHashMap 来实现,在相关操作上与父类 HashSet 的操作相同,直接调用父类 HashSet 的方法即可。

4、Map

4.1、HashMap

HashMap 根据键的 hashCode 值存储数据,大多数情况下可以直接定位到它的值,因而具有很快的访问速度,但遍历顺序却是不确定的。 HashMap 最多只允许一条记录的键为 null,允许多条记录的值为 null。HashMap 非线程安全,即任一时刻可以有多个线程同时写 HashMap,可能会导致数据的不一致。如果需要满足线程安全,可以用 Collections 的 synchronizedMap 方法使HashMap 具有线程安全的能力,或者使用 ConcurrentHashMap。

4.2、HashTable

Hashtable 是遗留类,很多映射的常用功能与 HashMap 类似,不同的是它承自 Dictionary 类,
并且是线程安全的,任一时间只有一个线程能写 Hashtable,并发性不如 ConcurrentHashMap,
因为 ConcurrentHashMap 引入了分段锁。Hashtable 不建议在新代码中使用,不需要线程安全
的场合可以用 HashMap 替换,需要线程安全的场合可以用 ConcurrentHashMap 替换。

4.3、TreeMap

TreeMap 实现 SortedMap 接口,能够把它保存的记录根据键排序,默认是按键值的升序排序,
也可以指定排序的比较器,当用 Iterator 遍历 TreeMap 时,得到的记录是排过序的。
如果使用排序的映射,建议使用 TreeMap。

4.4、LinkHashMap

LinkedHashMap 是 HashMap 的一个子类,保存了记录的插入顺序,在用 Iterator 遍历LinkedHashMap 时,先得到的记录肯定是先插入的,也可以在构造时带参数,按照访问次序


5、总结

1、三者之间的区别

  • list 有序、可以重复,有三个实现类,ArrayList、linkedList、Vector
  • set 无序、不可重复,有两个实现类,HashSet、LinkedhashSet
  • map 键不可以重复、值可以重复,有三个实现类,HashMap、HashTable、LinkedHashMap

2、List 三个子类的区别

  • ArrayList:底层使用object[]数组实现,内存地址都是连续的便于索引,查询快;在新增的时候需要申请一块连续的内存空间,所以增删比较慢。
  • LinkedList: 底层是基于链表实现,链表内存是散乱的,在储存自身内存地址的
    同时,还储存着下一个元素的内存地址,所以查询慢,增删快。
  • Vector:底层数组实现,由于所有的方法都是采用synchronize,线程安全,效率慢。

3、map 三个子类的区别

  • HashMap:基于hash表的Map接口实现,非线程安全,支持键null、值null
  • HashTab:线程安全,不支持键null,值null
  • LinkedHashMap:持两种排序:插入顺序、访问顺序。前者是指按照插入时的顺序排序,后者是指按照最旧使用到最近使用的顺序

4、set 两个子类的区别

  • HashSet:底层由HashMap实现
  • LinkedHashSet:LinkedHashSet 继承自 HashSet,源码更少、更简单,唯一的区别是 LinkedHashSet 内部使用的是 LinkHashMap。这样做的意义或者好处就是 LinkedHashSet 中的元素顺序是可以保证的,也就是说遍历序和插入序是一致的

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