Java学习笔记之集合2

0x00 概述

本文涉及Java知识点有Set集合，HashSet，LinkedHashSet，TreeSet，比较器Comparator，泛型，可变参数。

0x01 Set集合

1.1 Set集合概述和特点

•  Set集合的特点

　　　　元素存取无序
　　　　没有索引，只能通过迭代器或者增强for循环遍历

　　　　不能存储重复元素

• Set结合的基本使用

package SetDemo;

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

public class SetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建结合对象
        Set<String> set = new HashSet<String>();

        // 添加元素
        set.add("hello");
        set.add("world");
        set.add("java");

        // 不能包含重复的元素
        set.add("world");

        // 遍历
        for (String s : set) {
            System.out.println(s);
        }
    }
}

1.2 哈希值

•  哈希值简介

　　　　是JDK根据对象的地址或者字符串或者数字算出来的int类型的数值

• 如何获取哈希值

　　　　Object类中的public int hashCode(): 返回对象的哈希码值

• 哈希值的特点

　　　　同一个对象多次调用hashCode()方法返回的哈希值时相同的

　　　　默认情况下，不同对象的哈希值是不同的，而重写hashCode()方法，可以实现让不同对象的哈希值相同

• 获取哈希值的代码示例

package HashDemo1;

public class Student {
    private String name;
    private int age;

    public Student() {
    }

    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return 0;
    }
}

package HashDemo1;
public class HashDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建学生对象
        Student s1 = new Student("Alice", 30);

        // 同一个对象多次调用hashCode()方法返回的哈希值是相同的(未重写hashCode方法)
        System.out.println(s1.hashCode()); // 460141958
        System.out.println(s1.hashCode()); // 460141958
        System.out.println("---------");

        Student s2 = new Student("Bob", 23);

        // 默认情况下，不同对象的哈希值是不相同的
        // 通过方法重写，可以实现不同对象的哈希值是相同的
        System.out.println(s2.hashCode()); // 1163157884
        System.out.println("---------");

        System.out.println("hello".hashCode()); // 99162322
        System.out.println("world".hashCode()); // 113318802
        System.out.println("java".hashCode());  // 3254818
        System.out.println("world".hashCode()); // 113318802
        System.out.println("---------");

        System.out.println("重地".hashCode());
        System.out.println("通话".hashCode());
    }
}

1.3 HashSet集合概述和特点

•  HashSet集合的特点

　　　　底层数据结构是哈希表

　　　　对集合的迭代顺序不作任何保证，也就是说不保证存储和取出的元素顺序一致

　　　　没有带索引的方法，所以不能使用普通for循环遍历

　　　　由于是Set集合，所以是不包含重复元素的集合

• HashSet集合的基本使用

package HashSetDemo;

import java.util.HashSet;

public class HashSetDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合对象
        HashSet<String> hs = new HashSet<String>();

        // 添加元素
        hs.add("hello");
        hs.add("world");
        hs.add("java");

        hs.add("world");

        // 遍历
        for (String s : hs) {
            System.out.println(s);
        }
    }
}

1.4 HashSet集合保证元素唯一性源码分析

•  HashSet集合保证元素唯一性的原理

　　　　1. 根据对象的哈希值计算存储位置

　　　　　　如果当前位置没有元素则直接存入

　　　　　　如果当前位置有元素存在，则进入第二步

　　　　2. 当前元素的元素和已经存在的元素比较哈希值

　　　　　　如果哈希值不同，则将当前元素进行存储

　　　　　　 如果哈希值相同，则进入第三步

　　　　3. 通过equals()方法比较两个元素的内容

　　　　　　如果内容不相同，则将当前元素进行存储

　　　　　　如果内容相同，则不存储当前元素

• HashSet集合保证元素唯一性的图解

1.5 常见数据结构之哈希表

 

1.6 HashSet集合存储学生对象并遍历

 需求：创建一个存储学生对象的集合，存储多个学生对象，使用程序实现在控制台遍历该集合

示例：

package HashSetDemo2;

import java.util.Objects;

public class Student {
    private String name;
    private int age;

    public Student() {
    }

    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        Student student = (Student) o;
        return age == student.age &&
                Objects.equals(name, student.name);
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        int result = name != null ? name.hashCode() : 0;
        result = 31 * result + age;
        return result;
    }
}

package HashSetDemo2;

import java.util.HashSet;

public class HashSetDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建HashSet集合对象
        HashSet<Student> hs = new HashSet<Student>();

        // 创建学生
        Student s1 = new Student("Alice", 30);
        Student s2 = new Student("Bob", 35);
        Student s3 = new Student("Charlie", 24);

        Student s4 = new Student("Charlie", 24);

        // 把学生添加到集合
        hs.add(s1);
        hs.add(s2);
        hs.add(s3);
        hs.add(s4);

        // 遍历集合(增强for)
        for (Student s : hs) {
            System.out.println(s.getName() + ", " + s.getAge());
        }
    }
}

1.7 LinkedHashSet集合概述和特点

•  LinkedHashSet集合特点

　　　　哈希表和链表实现的Set接口，具体有可预测的迭代次序

　　　　由链表保证元素有序，也就是说元素的存储和缺处顺序是一致的

　　　　由哈希表保证元素唯一，也就是说没有重复的元素

• LinkedHashSet集合基本使用

package LinkedHashSet1;

import java.util.LinkedHashSet;

public class LinkedHashSetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建对象
        LinkedHashSet<String> lhs = new LinkedHashSet<String>();

        // 添加元素
        lhs.add("hello");
        lhs.add("world");
        lhs.add("java");

        lhs.add("world");

        // 遍历集合
        for (String s : lhs) {
            System.out.println(s);
        }
    }
}

0x02 Set集合排序

2.1 TreeSet集合概述和特点

•  TreeSet集合概述

　　　　元素有序，可以按照一定的规则进行排序，具体排序方式取决于构造方法

　　　　　　TreeSet()：根据其元素的自然排序进行排序

　　　　　　TreeSet(Comparator comparator)：根据指定的比较器进行排序

　　　　没有带索引的方法，所以不能使用普通for循环遍历

　　　　由于是Set集合，所以不包含重复元素的集合

• TreeSet集合基本使用

package TreeSetDemo1;

import java.util.TreeSet;

public class TreeSetDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合对象
        TreeSet<Integer> ts = new TreeSet<Integer>();

        // 添加元素
        ts.add(10);
        ts.add(40);
        ts.add(30);
        ts.add(50);
        ts.add(20);

        ts.add(30);

        // 遍历集合
        for(Integer i : ts) {
            System.out.println(i);
        }
    }
}

2.2 自然排序Comparable的使用

•  需求：

　　　　存储学生对象并遍历，创建TreeSet集合使用无参构造方法

　　　　要求：按照年龄从小到大排序，年龄相同时，按照姓名和字母顺序排序

• 实现步骤：

　　　　用TreeSet集合存储自定义对象，无参构造方法使用的是自然排序对元素进行排序

　　　　自然排序，就是让元素所属的类实现Comparator接口，重写compareTo(T o)方法

　　　　重写方法时，一定要注意排序规则必须按照要求的主要条件和次要条件来写

• 示例

package TreeSetDemo2;

import java.util.TreeSet;

public class TreeSetDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合对象
        TreeSet<Student> ts = new TreeSet<Student>();

        // 创建学生对象
        Student s1 = new Student("xishi", 29);
        Student s2 = new Student("wangzhaojun", 28);

        Student s3 = new Student("diaochan", 30);
        Student s4 = new Student("yangyuhuan", 33);

        Student s5 = new Student("linqingxia", 33);
        Student s6 = new Student("linqingxia", 33);
        
        // 添加学生到集合
        ts.add(s1);
        ts.add(s2);
        ts.add(s3);
        ts.add(s4);
        ts.add(s5);
        ts.add(s6);

        // 遍历集合
        for (Student s : ts) {
            System.out.println(s.getName() + "," + s.getAge());
        }
    }
}

2.3 比较器排序Comparator的使用

•  需求：

　　　　存储学生对象并遍历，创建TreeSet集合使用带参构造的方法

 　　　　要求：按照年龄从小到大排序，年龄相同时，按照姓名的字母顺序排序

• 实现步骤：

　　　　用TreeSet集合存储自定义对象，带参构造方法使用的是比较器排序对元素进行排序

　　　　比较器排序，就是让集合构造方法接收Comparator的实现类对象，重写compare(T o1, T o2)方法

　　　　重写方法时，一定要注意排序规则必须按照要求的主要条件和次要条件来写

示例

package TreeSetDemo3;

public class Student {
    private String name;
    private int age;

    public Student() {
    }

    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}

package TreeSetDemo3;

import java.util.Comparator;
import java.util.TreeSet;

public class TreeSetDemo3 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合对象
        TreeSet<Student> ts = new TreeSet<Student>(new Comparator<Student>() {
            @Override
            public int compare(Student o1, Student o2) {
                // return 0;
                // this.age - s.age
                // s1, s2
                int num = o1.getAge() - o2.getAge();
                int num2 = num == 0 ? o1.getName().compareTo(o2.getName()) : num;
                return num2;
            }
        });

        // 创建学生对象
        Student s1 = new Student("xishi", 29);
        Student s2 = new Student("wangzhaojun", 28);
        Student s3 = new Student("diaochan", 30);
        Student s4 = new Student("yangyuhuan", 33);

        Student s5 = new Student("linqingxia", 33);
        Student s6 = new Student("linqingxia", 33);

        // 把学生添加到集合
        ts.add(s1);
        ts.add(s2);
        ts.add(s3);
        ts.add(s4);
        ts.add(s5);
        ts.add(s6);

        // 遍历集合
        for (Student s : ts) {
        }
        System.out.println(s1.getName() + "" + s1.getAge());
    }
}

2.4 成绩排序案例

•  需求：

　　　　用TreeSet集合存储多个学生信息，姓名，语文成绩，数学成绩，并遍历该集合

　　　　要求：按照总分从高到低出现

 示例

package TreeSetDemo4;

public class Student {
    private String name;
    private int chinese;
    private int math;

    public Student() {
    }

    public Student(String name, int chinese, int math) {
        this.name = name;
        this.chinese = chinese;
        this.math = math;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getChinese() {
        return chinese;
    }

    public void setChinese(int chinese) {
        this.chinese = chinese;
    }

    public int getMath() {
        return math;
    }

    public void setMath(int math) {
        this.math = math;
    }
    
    // 计算总分
    public int getSum() {
        return this.chinese + this.math;
    }
}

package TreeSetDemo4;

import java.util.Comparator;
import java.util.TreeSet;

public class TreeSetDemo4 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建TreeSet集合对象，通过比较器排序进行排序
        TreeSet<Student> ts = new TreeSet<Student>(new Comparator<Student>() {
            @Override
            public int compare(Student o1, Student o2) {
                // return 0;
                // int num = (o2.getChinese()+o2.getMath()) - (o1.getChinese()+o1.getMath());
                // 主要条件
                int num = o2.getSum() - o1.getSum();
                // 次要条件
                int num2 = num == 0 ? o1.getChinese() - o1.getChinese() : num;
                int num3 = num2 == 0 ? o1.getMath() - o1.getMath() : num2;
                return num3;
            }
        });

        // 创建学生对象
        Student s1 = new Student("Alice", 98, 100);
        Student s2 = new Student("Bob", 95, 95);
        Student s3 = new Student("Charlie", 100, 93);
        Student s4 = new Student("Delta", 100, 97);
        Student s5 = new Student("Echo", 98, 98);

        Student s6 = new Student("Fox", 97, 99);
        Student s7 = new Student("Harry", 97, 99);

        // 把学生添加到结合
        ts.add(s1);
        ts.add(s2);
        ts.add(s3);
        ts.add(s4);
        ts.add(s5);
        ts.add(s6);
        ts.add(s7);

        // 遍历集合
        for (Student s : ts) {
            System.out.println(s.getName() + ", " + s.getChinese() + ", " + s.getMath() + ", " + s.getSum());
        }
    }
}

2.5 不重复的随机数案例

需求：编写一个程序，获取10个1-20之间的随机数，要求随机数不能重复，并在控制台输出

示例

package SetDemo2;

import java.util.HashSet;
import java.util.Random;
import java.util.Set;
import java.util.TreeSet;

public class SetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建Set集合对象
        // Set<Integer> set = new HashSet<Integer>();
        Set<Integer> set = new TreeSet<Integer>();

        // 创建随机数
        Random r = new Random();

        // 判断集合的长度是不是小于10
        while (set.size() < 10) {
            // 产生一个随机数，添加到集合
            int number = r.nextInt(20) + 1;
            set.add(number);
        }

        // 遍历集合
        for (Integer i : set) {
            System.out.println(i);
        }
    }
}

0x03 泛型

3.1 泛型概述和好处

•  泛型概述

　　　　是JDK5中引入的特性，它提供了编译时类型安全检测机制，该机制允许在编译时检测到非法的类型

　　　　它的本质是参数化类型，也就是说所操作的数据类型被指定为一个参数，一提到参数，最熟悉的就是定义方法时有形参，然后调用此方法时传递实参。

　　　　那么参数化类型怎么理解呢？顾名思义，就是将类型由原来的具体的类型参数化，然后在使用或者调用时传入具体的类型。这种参数类型可以用在类，方法和接口中，

　　　　分别被称为泛型类，泛型方法，泛型接口

•  泛型定义格式

　　　　<类型> ：指定一种类型的格式，这里的类型可以看成是形参

　　　　<类型1，类型2>：指定多种类型的格式，多种类型之间用逗号隔开，这里的类型可以看成是形参

　　　　将来具体调用的时候给定的类型可以看成是实参，并且实参的类型只能是引用数据类型

• 泛型的好处

　　　　把运行时期的问题提前到了编译期间

　　　　避免了强制类型转换

3.2 泛型类

 定义格式

修饰符 class 类名<类型> { }

示例

public class Generic<T> {
    private T t;

    public T getT() {
        return t;
    }

     public void setT(T t) {
         this.t =t;
     }
}

3.3 泛型方法

 定义格式

修饰符 <类型> 返回值类型 方法名(类型 变量名) { }

 示例

•  带有泛型方法的类

public class Generic {
    public <T> void show(T t) {
        System.out.println(t);
    }
}

• 测试类

public class GenericDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Generic g = new Generic();
        g.show("Alice");
        g.show(30);
        g.show(true);
        g.show(12.34);
    }
}

3.4 泛型接口

 定义格式

修饰符 interface 接口名<类型> { }

示例

•  泛型接口

修饰符 interface 接口名<类型> { }

• 泛型接口实现类

public calss GenericImpl<T> implements Generic<T> {
    @Override
    public void show(T t) {
        System.out.println(t);
    }
}

• 测试类

public class GenericDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Generic<String> g1 = new GenericImpl<String>();
        g1.show("Alice");

        Generic<Integer> g2 = new GenericImpl<Integer0>();
        g2.show(30);
    }
}

3.5 类型通配符

• 类型通配符的作用

　　　　为了表示各种泛型List的父类，可以使用类型通配符

• 类型通配符的分类

　　　　类型通配符：<?>

　　　　　　List<?> : 表示元素类型未知的List，它的元素可以匹配任何的类型

　　　　　　这种带通配符的List仅表示它是各种泛型List的父类，并不能吧元素添加到其中

　　　　类型通配符上限： <? extends 类型>

　　　　　　List<? extends Number>: 它表示的类型是Number或者其子类型

　　　　类型通配符下限：<? super 类型>

　　　　　　List<? super Number> : 它表示的类型是Number或者其父类型

类型通配符的基本使用

package GenericDemo1;

import com.sun.org.apache.xerces.internal.xs.datatypes.ObjectList;

import java.lang.reflect.Array;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class GenericDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 类行通配符: <?>
        List<?> list1 = new ArrayList<Object>();
        List<?> list2 = new ArrayList<Number>();
        List<?> list3 = new ArrayList<Integer>();
        System.out.println("------------");

        // 类型通配符上限: <? extends>
        // List<? extends Number> list4 = new ArrayList<Object>();
        List<? extends Number> list5 = new ArrayList<Number>();
        List<? extends Number> list6 = new ArrayList<Integer>();
        System.out.println("-------------");
        
        // 类型通配符下限: <? super 类型>
        List<? super Number> list7 = new ArrayList<Object>();
        List<? super Number> list8 = new ArrayList<Number>();
        // List<? super Number> list9 = new ArrayList<Integer>();

    }
}

0x04 可变参数

4.1 可变参数

• 可变参数介绍

　　　　可变参数又称参数个数可变，用作方法的形参出现，那么方法参数个数就是可变的了

• 可变参数定义格式

修饰符 返回值类型 方法名(数据类型... 变量名) { }

• 可变参数的注意事项

　　　　这里的变量其实是一个数组

　　　　如果一个方法有多个参数，包含可变参数，可变参数要放在最后

• 可变参数的基本使用

package ArgsDemo1;

public class ArgsDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(sum(10, 20));
        System.out.println(sum(10, 20,30));

        System.out.println(sum(10, 20,30,40));
        System.out.println(sum(10, 20,30,40,50));
        System.out.println(sum(10, 20,30,40,50,60));

        System.out.println(sum(10, 20,30,40,50,60,70));
        System.out.println(sum(10, 20,30,40,50,60,70,80,90,100));
    }

    public static int sum(int... a) {
        int sum = 0;
        for (int i : a) {
            sum += i;
        }
        return sum;
    }
}

4.2 可变参数的使用

•  Arrays工具类中有一个静态方法：

　　　　public static List asList(T...a): 返回由指定数组支持的固定大小的列表

　　　　返回的集合不能做增删操作，可以做修改操作

• List接口中有个静态方法

　　　　public static List  of(E...elements): 返回一个包含任意数量元素的不可变列表

　　　　返回的集合不能做增删改操作

• Set接口中有一个静态方法：

　　　　public static Set of(E...elements): 返回一个包含任意数量元素的不可变集合

　　　　在给元素的时候，不能给重复的元素

　　　　返回的集合不能做增删改操作，没有修改方法

示例

package ArgsDemo2;

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.Set;

public class ArgsDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        // public static <T> List<T> asList(T...a): 返回由指定数组支持的固定大小的列表
        List<String> list = Arrays.asList("hello", "world", "java");
        /*
        list.add("javaee"); // java.lang.UnsupportedOperationException
        list.remove("java"); // java.lang.UnsupportedOperationException
         */
        list.set(1, "python");
        System.out.println(list);
        System.out.println("------------");

        // public static <E> List<E> of(E...elements): 返回包含任意数量元素的不可变列表
        List<String> list2 = List.of("hello", "world", "java", "world");
        /*
        list2.add("javaee"); // java.lang.UnsupportedOperationException
        list2.remove("world"); // java.lang.UnsupportedOperationException
        list2.set(1,"javaee"); // java.lang.UnsupportedOperationException
         */
        System.out.println(list2);
        System.out.println("------------");

        // public static <E> Set<E> of(E...elements): 返回一个包含任意数量元素的不可变集合
        // Set<String> set = Set.of("hello", "world","java","world"); // IllegalArgumentException
        Set<String> set = Set.of("hello", "world","java");
        /*
        set.add("javaee"); // java.lang.UnsupportedOperationException
        set.remove("world"); // java.lang.UnsupportedOperationException
        */
        System.out.println(set);
        System.out.println("------------");
    }
}