List 、Set数据结构

第一章 List集合
我们掌握了Collection接口的使用后，再来看看Collection接口中的子类，他们都具备那些特性呢？
接下来，我们一起学习Collection中的常用几个子类（ java.util.List 集合、 java.util.Set 集合）。
1.1 List接口介绍
java.util.List 接口继承自 Collection 接口，是单列集合的一个重要分支，习惯性地会将实现了 List 接口的对
象称为List集合。在List集合中允许出现重复的元素，所有的元素是以一种线性方式进行存储的，在程序中可以通过
索引来访问集合中的指定元素。另外，List集合还有一个特点就是元素有序，即元素的存入顺序和取出顺序一致。
看完API，我们总结一下：
List接口特点：

1. 它是一个元素存取有序的集合。例如，存元素的顺序是11、22、33。那么集合中，元素的存储就是按照11、
   22、33的顺序完成的）。
2. 它是一个带有索引的集合，通过索引就可以精确的操作集合中的元素（与数组的索引是一个道理）。
3. 集合中可以有重复的元素，通过元素的equals方法，来比较是否为重复的元素。
   tips:我们在基础班的时候已经学习过List接口的子类java.util.ArrayList类，该类中的方法都是来自List中定
   义。
   1.2 List接口中常用方法
   List作为Collection集合的子接口，不但继承了Collection接口中的全部方法，而且还增加了一些根据元素索引来操
   作集合的特有方法，如下：
   public void add(int index, E element) : 将指定的元素，添加到该集合中的指定位置上。
   public E get(int index) :返回集合中指定位置的元素。
   public E remove(int index) : 移除列表中指定位置的元素, 返回的是被移除的元素。
   public E set(int index, E element) :用指定元素替换集合中指定位置的元素,返回值的更新前的元素。
   List集合特有的方法都是跟索引相关，我们在基础班都学习过，那么我们再来复习一遍吧：
   public class ListDemo {
   public static void main(String[] args) {
   // 创建List集合对象
   List list = new ArrayList();
   // 往 尾部添加 指定元素
   list.add("图图");
   list.add("小美");
   list.add("不高兴");
   System.out.println(list);
   // add(int index,String s) 往指定位置添加
   list.add(1,"没头脑");
   System.out.println(list);
   // String remove(int index) 删除指定位置元素 返回被删除元素
   // 删除索引位置为2的元素
   System.out.println("删除索引位置为2的元素");
   System.out.println(list.remove(2));
   System.out.println(list);
   // String set(int index,String s)
   // 在指定位置 进行 元素替代（改）
   // 修改指定位置元素
   list.set(0, "三毛");
   System.out.println(list);
   // String get(int index) 获取指定位置元素
   // 跟size() 方法一起用 来 遍历的
   for(int i = 0;i<list.size();i++){
   System.out.println(list.get(i));
   }
   //还可以使用增强for
   for (String string : list) {
   System.out.println(string);
   }
   }
   tips:我们之前学习Colletion体系的时候，发现List集合下有很多集合，它们的存储结构不同，这样就导致了
   这些集合它们有各自的特点，供我们在不同的环境下使用，那么常见的数据结构有哪些呢？在下一章我们来
   介绍：
   第二章 数据结构
   2.1 数据结构有什么用？
   当你用着java里面的容器类很爽的时候，你有没有想过，怎么ArrayList就像一个无限扩充的数组，也好像链表之类
   的。好用吗？好用，这就是数据结构的用处，只不过你在不知不觉中使用了。
   现实世界的存储，我们使用的工具和建模。每种数据结构有自己的优点和缺点，想想如果Google的数据用的是数
   组的存储，我们还能方便地查询到所需要的数据吗？而算法，在这么多的数据中如何做到最快的插入，查找，删
   除，也是在追求更快。
   我们java是面向对象的语言，就好似自动档轿车，C语言好似手动档吉普。数据结构呢？是变速箱的工作原理。你
   完全可以不知道变速箱怎样工作，就把自动档的车子从 A点 开到 B点，而且未必就比懂得的人慢。写程序这件事，
   和开车一样，经验可以起到很大作用，但如果你不知道底层是怎么工作的，就永远只能开车，既不会修车，也不能
   造车。当然了，数据结构内容比较多，细细的学起来也是相对费功夫的，不可能达到一蹴而就。我们将常见的数据
   结构：堆栈、队列、数组、链表和红黑树 这几种给大家介绍一下，作为数据结构的入门，了解一下它们的特点即
   可。
   2.2 常见的数据结构
   数据存储的常用结构有：栈、队列、数组、链表和红黑树。我们分别来了解一下：
   栈
   栈：stack,又称堆栈，它是运算受限的线性表，其限制是仅允许在标的一端进行插入和删除操作，不允许在其
   他任何位置进行添加、查找、删除等操作。
   简单的说：采用该结构的集合，对元素的存取有如下的特点
   }
   }
   先进后出（即，存进去的元素，要在后它后面的元素依次取出后，才能取出该元素）。例如，子弹压进弹
   夹，先压进去的子弹在下面，后压进去的子弹在上面，当开枪时，先弹出上面的子弹，然后才能弹出下面的
   子弹。
   栈的入口、出口的都是栈的顶端位置。
   这里两个名词需要注意：
   压栈：就是存元素。即，把元素存储到栈的顶端位置，栈中已有元素依次向栈底方向移动一个位置。
   弹栈：就是取元素。即，把栈的顶端位置元素取出，栈中已有元素依次向栈顶方向移动一个位置。
   队列
   队列：queue,简称队，它同堆栈一样，也是一种运算受限的线性表，其限制是仅允许在表的一端进行插入，
   而在表的另一端进行删除。
   简单的说，采用该结构的集合，对元素的存取有如下的特点：
   先进先出（即，存进去的元素，要在后它前面的元素依次取出后，才能取出该元素）。例如，小火车过山
   洞，车头先进去，车尾后进去；车头先出来，车尾后出来。
   队列的入口、出口各占一侧。例如，下图中的左侧为入口，右侧为出口。
   数组
   数组:Array,是有序的元素序列，数组是在内存中开辟一段连续的空间，并在此空间存放元素。就像是一排出
   租屋，有100个房间，从001到100每个房间都有固定编号，通过编号就可以快速找到租房子的人。
   简单的说,采用该结构的集合，对元素的存取有如下的特点：
   查找元素快：通过索引，可以快速访问指定位置的元素
   增删元素慢
   指定索引位置增加元素：需要创建一个新数组，将指定新元素存储在指定索引位置，再把原数组元素根
   据索引，复制到新数组对应索引的位置。如下图
   指定索引位置删除元素：需要创建一个新数组，把原数组元素根据索引，复制到新数组对应索引的位
   置，原数组中指定索引位置元素不复制到新数组中。如下图
   链表
   链表:linked list,由一系列结点node（链表中每一个元素称为结点）组成，结点可以在运行时i动态生成。每
   个结点包括两个部分：一个是存储数据元素的数据域，另一个是存储下一个结点地址的指针域。我们常说的
   链表结构有单向链表与双向链表，那么这里给大家介绍的是单向链表。
   简单的说，采用该结构的集合，对元素的存取有如下的特点：
   多个结点之间，通过地址进行连接。例如，多个人手拉手，每个人使用自己的右手拉住下个人的左手，依次
   类推，这样多个人就连在一起了。
   查找元素慢：想查找某个元素，需要通过连接的节点，依次向后查找指定元素
   增删元素快：
   增加元素：只需要修改连接下个元素的地址即可。
   删除元素：只需要修改连接下个元素的地址即可。
   红黑树
   二叉树：binary tree ,是每个结点不超过2的有序树（tree） 。
   简单的理解，就是一种类似于我们生活中树的结构，只不过每个结点上都最多只能有两个子结点。
   二叉树是每个节点最多有两个子树的树结构。顶上的叫根结点，两边被称作“左子树”和“右子树”。
   如图：
   我们要说的是二叉树的一种比较有意思的叫做红黑树，红黑树本身就是一颗二叉查找树，将节点插入后，该树仍然
   是一颗二叉查找树。也就意味着，树的键值仍然是有序的。
   第三章 List的子类
   3.1 ArrayList集合
   java.util.ArrayList 集合数据存储的结构是数组结构。元素增删慢，查找快，由于日常开发中使用最多的功能为
   查询数据、遍历数据，所以 ArrayList 是最常用的集合。
   许多程序员开发时非常随意地使用ArrayList完成任何需求，并不严谨，这种用法是不提倡的。
   3.2 LinkedList集合
   java.util.LinkedList 集合数据存储的结构是链表结构。方便元素添加、删除的集合。
   LinkedList是一个双向链表，那么双向链表是什么样子的呢，我们用个图了解下
   实际开发中对一个集合元素的添加与删除经常涉及到首尾操作，而LinkedList提供了大量首尾操作的方法。这些方
   法我们作为了解即可：
   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。
   LinkedList是List的子类，List中的方法LinkedList都是可以使用，这里就不做详细介绍，我们只需要了解LinkedList
   的特有方法即可。在开发时，LinkedList集合也可以作为堆栈，队列的结构使用。（了解即可）
   方法演示：
   第四章 Set接口
   java.util.Set 接口和 java.util.List 接口一样，同样继承自 Collection 接口，它与 Collection 接口中的方
   法基本一致，并没有对 Collection 接口进行功能上的扩充，只是比 Collection 接口更加严格了。与 List 接口不
   同的是， Set 接口中元素无序，并且都会以某种规则保证存入的元素不出现重复。
   Set 集合有多个子类，这里我们介绍其中的 java.util.HashSet 、 java.util.LinkedHashSet 这两个集合。
   tips:Set集合取出元素的方式可以采用：迭代器、增强for。
   4.1 HashSet集合介绍
   java.util.HashSet 是 Set 接口的一个实现类，它所存储的元素是不可重复的，并且元素都是无序的(即存取顺序
   不能保证不一致)。 java.util.HashSet 底层的实现其实是一个 java.util.HashMap 支持，由于我们暂时还未学
   习，先做了解。
   public class LinkedListDemo {
   public static void main(String[] args) {
   LinkedList link = new LinkedList();
   //添加元素
   link.addFirst("abc1");
   link.addFirst("abc2");
   link.addFirst("abc3");
   System.out.println(link);
   // 获取元素
   System.out.println(link.getFirst());
   System.out.println(link.getLast());
   // 删除元素
   System.out.println(link.removeFirst());
   System.out.println(link.removeLast());
   while (!link.isEmpty()) { //判断集合是否为空
   System.out.println(link.pop()); //弹出集合中的栈顶元素
   }
   System.out.println(link);
   }
   }
   HashSet 是根据对象的哈希值来确定元素在集合中的存储位置，因此具有良好的存储和查找性能。保证元素唯一性
   的方式依赖于： hashCode 与 equals 方法。
   我们先来使用一下Set集合存储，看下现象，再进行原理的讲解:
   输出结果如下，说明集合中不能存储重复元素：
   tips:根据结果我们发现字符串"cba"只存储了一个，也就是说重复的元素set集合不存储。
   4.2 HashSet集合存储数据的结构（哈希表）
   什么是哈希表呢？
   在JDK1.8之前，哈希表底层采用数组+链表实现，即使用链表处理冲突，同一hash值的链表都存储在一个链表里。
   但是当位于一个桶中的元素较多，即hash值相等的元素较多时，通过key值依次查找的效率较低。而JDK1.8中，哈
   希表存储采用数组+链表+红黑树实现，当链表长度超过阈值（8）时，将链表转换为红黑树，这样大大减少了查找
   时间。
   简单的来说，哈希表是由数组+链表+红黑树（JDK1.8增加了红黑树部分）实现的，如下图所示。
   public class HashSetDemo {
   public static void main(String[] args) {
   //创建 Set集合
   HashSet set = new HashSet();
   //添加元素
   set.add(new String("cba"));
   set.add("abc");
   set.add("bac");
   set.add("cba");
   //遍历
   for (String name : set) {
   System.out.println(name);
   }
   }
   }
   cba
   abc
   bac
   看到这张图就有人要问了，这个是怎么存储的呢？
   为了方便大家的理解我们结合一个存储流程图来说明一下：
   总而言之，JDK1.8引入红黑树大程度优化了HashMap的性能，那么对于我们来讲保证HashSet集合元素的唯一，
   其实就是根据对象的hashCode和equals方法来决定的。如果我们往集合中存放自定义的对象，那么保证其唯一，
   就必须复写hashCode和equals方法建立属于当前对象的比较方式。
   4.3 HashSet存储自定义类型元素
   给HashSet中存放自定义类型元素时，需要重写对象中的hashCode和equals方法，建立自己的比较方式，才能保
   证HashSet集合中的对象唯一
   创建自定义Student类
   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() {
   return Objects.hash(name, age);
   }
   }
   public class HashSetDemo2 {
   public static void main(String[] args) {
   //创建集合对象 该集合中存储 Student类型对象
   HashSet stuSet = new HashSet();
   //存储
   Student stu = new Student("于谦", 43);
   stuSet.add(stu);
   stuSet.add(new Student("郭德纲", 44));
   stuSet.add(new Student("于谦", 43));
   stuSet.add(new Student("郭麒麟", 23));
   stuSet.add(stu);
   for (Student stu2 : stuSet) {
   4.4 LinkedHashSet
   我们知道HashSet保证元素唯一，可是元素存放进去是没有顺序的，那么我们要保证有序，怎么办呢？
   在HashSet下面有一个子类 java.util.LinkedHashSet ，它是链表和哈希表组合的一个数据存储结构。
   演示代码如下:
   第五章 Collections
   5.1 可变参数
   在JDK1.5之后，如果我们定义一个方法需要接受多个参数，并且多个参数类型一致，我们可以对其简化成如下格
   式：
   其实这个书写完全等价与
   System.out.println(stu2);
   }
   }
   }
   执行结果：
   Student [name=郭德纲, age=44]
   Student [name=于谦, age=43]
   Student [name=郭麒麟, age=23]
   public class LinkedHashSetDemo {
   public static void main(String[] args) {
   Set set = new LinkedHashSet();
   set.add("bbb");
   set.add("aaa");
   set.add("abc");
   set.add("bbc");
   Iterator it = set.iterator();
   while (it.hasNext()) {
   System.out.println(it.next());
   }
   }
   }
   结果：
   bbb
   aaa
   abc
   bbc
   修饰符 返回值类型 方法名(参数类型... 形参名){ }
   只是后面这种定义，在调用时必须传递数组，而前者可以直接传递数据即可。
   JDK1.5以后。出现了简化操作。... 用在参数上，称之为可变参数。
   同样是代表数组，但是在调用这个带有可变参数的方法时，不用创建数组(这就是简单之处)，直接将数组中的元素
   作为实际参数进行传递，其实编译成的class文件，将这些元素先封装到一个数组中，在进行传递。这些动作都在编
   译.class文件时，自动完成了。
   代码演示：
   tips: 上述add方法在同一个类中，只能存在一个。因为会发生调用的不确定性
   注意：如果在方法书写时，这个方法拥有多参数，参数中包含可变参数，可变参数一定要写在参数列表的末
   尾位置。
   5.2 Collections常用功能
   修饰符 返回值类型 方法名(参数类型[] 形参名){ }
   public class ChangeArgs {
   public static void main(String[] args) {
   int[] arr = { 1, 4, 62, 431, 2 };
   int sum = getSum(arr);
   System.out.println(sum);
   // 6 7 2 12 2121
   // 求 这几个元素和 6 7 2 12 2121
   int sum2 = getSum(6, 7, 2, 12, 2121);
   System.out.println(sum2);
   }
   /*

• 完成数组 所有元素的求和 原始写法
  public static int getSum(int[] arr){
  int sum = 0;
  for(int a : arr){
  sum += a;
  }
  return sum;
  }
  /
  //可变参数写法
  public static int getSum(int... arr) {
  int sum = 0;
  for (int a : arr) {
  sum += a;
  }
  return sum;
  }
  }
  java.utils.Collections 是集合工具类，用来对集合进行操作。部分方法如下：
  public static boolean addAll(Collection c, T... elements) :往集合中添加一些元素。
  public static void shuffle(List<?> list) :打乱集合顺序。
  public static void sort(List list) :将集合中元素按照默认规则排序。
  public static void sort(List list，Comparator<? super T> ) :将集合中元素按照指定规则排
  序。
  代码演示：
  代码演示之后 ，发现我们的集合按照顺序进行了排列，可是这样的顺序是采用默认的顺序，如果想要指定顺序那该
  怎么办呢？
  我们发现还有个方法没有讲， public static void sort(List list，Comparator<? super T> ) :将集合中
  元素按照指定规则排序。接下来讲解一下指定规则的排列。
  5.3 Comparator比较器
  我们还是先研究这个方法
  public static void sort(List list) :将集合中元素按照默认规则排序。
  不过这次存储的是字符串类型。
  public class CollectionsDemo {
  public static void main(String[] args) {
  ArrayList list = new ArrayList();
  //原来写法
  //list.add(12);
  //list.add(14);
  //list.add(15);
  //list.add(1000);
  //采用工具类 完成 往集合中添加元素
  Collections.addAll(list, 5, 222, 1，2);
  System.out.println(list);
  //排序方法
  Collections.sort(list);
  System.out.println(list);
  }
  }
  结果：
  [5, 222, 1, 2]
  [1, 2, 5, 222]
  结果：
  我们使用的是默认的规则完成字符串的排序，那么默认规则是怎么定义出来的呢？
  说到排序了，简单的说就是两个对象之间比较大小，那么在JAVA中提供了两种比较实现的方式，一种是比较死板的
  采用 java.lang.Comparable 接口去实现，一种是灵活的当我需要做排序的时候在去选择的
  java.util.Comparator 接口完成。
  那么我们采用的 public static void sort(List list) 这个方法完成的排序，实际上要求了被排序的类型
  需要实现Comparable接口完成比较的功能，在String类型上如下：
  String类实现了这个接口，并完成了比较规则的定义，但是这样就把这种规则写死了，那比如我想要字符串按照第
  一个字符降序排列，那么这样就要修改String的源代码，这是不可能的了，那么这个时候我们可以使用
  public static void sort(List list，Comparator<? super T> ) 方法灵活的完成，这个里面就涉及到了
  Comparator这个接口，位于位于java.util包下，排序是comparator能实现的功能之一,该接口代表一个比较器，比
  较器具有可比性！顾名思义就是做排序的，通俗地讲需要比较两个对象谁排在前谁排在后，那么比较的方法就是：
  public int compare(String o1, String o2) ：比较其两个参数的顺序。
  两个对象比较的结果有三种：大于，等于，小于。
  如果要按照升序排序， 则o1 小于o2，返回（负数），相等返回0，01大于02返回（正数） 如果要按照
  降序排序 则o1 小于o2，返回（正数），相等返回0，01大于02返回（负数）
  对于我们来说
  想要升序就 前面的元素比较后面的元素
  降序就 后面的元素与前面的元素比较
  操作如下:
  public class CollectionsDemo2 {
  public static void main(String[] args) {
  ArrayList list = new ArrayList();
  list.add("cba");
  list.add("aba");
  list.add("sba");
  list.add("nba");
  //排序方法
  Collections.sort(list);
  System.out.println(list);
  }
  }
  [aba, cba, nba, sba]
  public final class String implements java.io.Serializable, Comparable, CharSequence {
  public class CollectionsDemo3 {
  public static void main(String[] args) {
  ArrayList list = new ArrayList();
  list.add("cba");
  结果如下：
  5.4 简述Comparable和Comparator两个接口的区别。
  Comparable：强行对实现它的每个类的对象进行整体排序。这种排序被称为类的自然排序，类的compareTo方法
  被称为它的自然比较方法。只能在类中实现compareTo()一次，不能经常修改类的代码实现自己想要的排序。实现
  此接口的对象列表（和数组）可以通过Collections.sort（和Arrays.sort）进行自动排序，对象可以用作有序映射中
  的键或有序集合中的元素，无需指定比较器。
  Comparator强行对某个对象进行整体排序。可以将Comparator 传递给sort方法（如Collections.sort或
  Arrays.sort），从而允许在排序顺序上实现精确控制。还可以使用Comparator来控制某些数据结构（如有序set或
  有序映射）的顺序，或者为那些没有自然顺序的对象collection提供排序。
  5.5 练习
  创建一个学生类，存储到ArrayList集合中完成指定排序操作。
  Student 初始类
  list.add("aba");
  list.add("sba");
  list.add("nba");
  //排序方法 按照第一个单词的降序
  Collections.sort(list, new Comparator() {
  @Override
  public int compare(String o1, String o2) {
  return o2.charAt(0) ‐ o1.charAt(0);
  }
  });
  System.out.println(list);
  }
  }
  [sba, nba, cba, aba]
  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;
  }
  测试类：
  发现，当我们调用Collections.sort()方法的时候 程序报错了。
  原因：如果想要集合中的元素完成排序，那么必须要实现比较器Comparable接口。
  public void setName(String name) {
  this.name = name;
  }
  public int getAge() {
  return age;
  }
  public void setAge(int age) {
  this.age = age;
  }
  @Override
  public String toString() {
  return "Student{" +
  "name='" + name + ''' +
  ", age=" + age +
  '}';
  }
  }
  public class Demo {
  public static void main(String[] args) {
  // 创建四个学生对象 存储到集合中
  ArrayList list = new ArrayList();
  list.add(new Student("rose",18));
  list.add(new Student("jack",16));
  list.add(new Student("abc",16));
  list.add(new Student("ace",17));
  list.add(new Student("mark",16));
  /
  让学生 按照年龄排序 升序
  */
  // Collections.sort(list);//要求 该list中元素类型 必须实现比较器Comparable接口
  for (Student student : list) {
  System.out.println(student);
  }
  }
  }
  于是我们就完成了Student类的一个实现，如下：
  再次测试，代码就OK 了效果如下：
  5.6 扩展(自主学习内容)
  如果在使用的时候，想要独立的定义规则去使用 可以采用Collections.sort(List list,Comparetor c)方式，自己定义
  规则：
  效果：
  如果想要规则更多一些，可以参考下面代码：
  public class Student implements Comparable{
  ....
  @Override
  public int compareTo(Student o) {
  return this.age‐o.age;//升序
  }
  }
  Student{name='jack', age=16}
  Student{name='abc', age=16}
  Student{name='mark', age=16}
  Student{name='ace', age=17}
  Student{name='rose', age=18}
  Collections.sort(list, new Comparator() {
  @Override
  public int compare(Student o1, Student o2) {
  return o2.getAge()‐o1.getAge();//以学生的年龄降序
  }
  });
  Student{name='rose', age=18}
  Student{name='ace', age=17}
  Student{name='jack', age=16}
  Student{name='abc', age=16}
  Student{name='mark', age=16}
  效果如下：
  Collections.sort(list, new Comparator() {
  @Override
  public int compare(Student o1, Student o2) {
  // 年龄降序
  int result = o2.getAge()‐o1.getAge();//年龄降序
  if(result==0){//第一个规则判断完了 下一个规则 姓名的首字母 升序
  result = o1.getName().charAt(0)‐o2.getName().charAt(0);
  }
  return result;
  }
  });
  Student{name='rose', age=18}
  Student{name='ace', age=17}
  Student{name='abc', age=16}
  Student{name='jack', age=16}
  Student{name='mark', age=16}