JavaSE部分 集合中（数据结构 list set Collections）

写在前面：分享技术，共同进步，把之前写的笔记搬运至博客，*有不足请见谅，相关意见可评论告知 ╰(￣ω￣ｏ)

编程路漫漫，学习无止尽！

目录

• 数据结构
  • 常见的数据结构
    • 栈
    • 队列
    • 数组
    • 链表
    • 红黑树
• List集合
  • List接口
  • List接口中常用方法
  • List的子类
    • ArrayList集合
    • LinkedList集合
• Set接口
  • HashSet集合介绍
  • HashSet集合存储数据的结构（哈希表）
  • HashSet存储自定义类型元素
  • LinkedHashSet
  • 可变参数
• Collections
  • 常用功能
  • Comparator比较器
  • Comparable和Comparator两个接口的区别。

数据结构

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。

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。

元素的存取的特点

• 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）
• 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。

元素的存取的特点：

• 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）
• 队列的入口、出口各占一侧。

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。
  元素的存取的特点：
• 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，原因涉及创建新数组，复制数据等操作

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，
  单向链表：无序
  双向链表：有序
  单向链表元素的存取的特点：

• 多个结点之间，通过地址进行连接。

• 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） 。

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。

红黑树的约束:

1. 节点可以是红色的或者黑色的
2. 根节点是黑色的
3. 叶子节点(特指空节点)是黑色的
4. 每个红色节点的子节点都是黑色的
5. 任何一个节点到其每一个叶子节点的所有路径上黑色节点数相同

红黑树的特点:

​ 速度特别快,趋近平衡树,查找叶子元素最少和最多次数不多于二倍

List集合

Collection中的常用几个子类（java.util.List集合、java.util.Set集合）。
先看看一下关系图

List接口

java.util.List接口继承自Collection接口，是单列集合。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。

List接口特点：

1. 它是一个元素存取有序的集合。（元素的存入顺序和取出顺序一致）
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（与数组的索引同理）
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。

注意: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。

List接口中常用方法

List作为Collection集合的子接口继承了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

• 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。

注意：值得注意的两种遍历集合的方法

List的子类

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。

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

• 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。

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，这里讲解java.util.HashSet、java.util.LinkedHashSet集合。

注意:Set集合取出元素的方式可以采用：迭代器、增强for。

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(即存取顺序不一致)。java.util.HashSet底层的实现其实是一个java.util.HashMap支持，

HashSet是根据对象的哈希值来确定元素在集合中的存储位置，因此具有良好的存取和查找性能。保证元素唯一性的方式依赖于：hashCode与equals方法。
、
代码实现Set集合存储

public class HashSetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建 Set集合
        HashSet<String>  set = new HashSet<String>();

        //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);
        }
    }
}

注意： 不能使用普通for循环，因为是无序的，要使用迭代器或以上高级for循环
输出结果如下，说明集合中不能存储重复元素：

cba
abc
bac

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。
：

迭代器遍历

HashSet集合存储数据的结构（哈希表）

哈希值 ；是一个十进制的整数,由系统随机给出(就是对象的地址值,是一个逻辑地址,是模拟出来得到地址,不是数据实际存储的物理地址)
在Object类有一个方法,可以获取对象的哈希值
int hashCode() 返回该对象的哈希码值。
hashCode方法的源码:
public native int hashCode();
native:代表该方法调用的是本地操作系统的方法
哈希表：
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。

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。

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<Student> stuSet = new HashSet<Student>();
        //存储 
        Student stu = new Student("千歌", 18);
        stuSet.add(stu);
        //以下简写
        stuSet.add(new Student("花阳", 14));
        stuSet.add(new Student("千歌", 18));
        stuSet.add(new Student("花丸", 15));
        stuSet.add(stu);

        for (Student stu2 : stuSet) {
            System.out.println(stu2);
        }
    }
}
执行结果：
Student [name=花阳, age=14]
Student [name=千歌, age=18]
Student [name=花丸, age=15]

LinkedHashSet

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。其底层是一个哈希表（数组+链表/红黑树）+链表 ：增加的链表用于记录元素的储存顺序

代码实现

注意观察添加元素的顺序
输出结果

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：

修饰符 返回值类型 方法名(参数类型... 形参名){  }

其实这个书写完全等价与

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
代码演示：

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;
    }
}

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。

Collections

常用功能

• 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 <T> boolean addAll(Collection<T> c, T... elements) :往集合中添加一些元素。
• public static void shuffle(List<?> list) 打乱顺序:打乱集合顺序。
• public static <T> void sort(List<T> list):将集合中元素按照默认规则排序。★
• 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。

★：

在此操作前必须对Collections.sort(list03)方法覆盖重写

代码演示：

public class CollectionsDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
        //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]

Comparator比较器

public static <T> void sort(List<T> 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 CollectionsDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String>  list = new ArrayList<String>();
        list.add("cba");
        list.add("aba");
        list.add("sba");
        list.add("nba");
        //排序方法
        Collections.sort(list);
        System.out.println(list);
    }
}

结果：

[aba, cba, nba, sba]

public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {

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，于是如下
public static <T> void sort(List<T> 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！

• 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）

操作如下:

public class CollectionsDemo3 {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
        list.add("cba");
        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<String>() {
            @Override
            public int compare(String o1, String o2) {
                return o2.charAt(0) - o1.charAt(0);   //*
            }
        });
        System.out.println(list);
    }
}

结果如下：

[sba, nba, cba, aba]

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。

Comparable: 自己(this)和别人(参数)比较,自己需要实现Comparable接口,重写比较的规则
CompareTo：Comparator:相当于找一个第三方的裁判,比较两个

Comparator的排序规则:
o1-o2:升序(前者减后者)
o2-o1:降序(后者减前者)

写在最后：全栈方向，前端已经大部分学完，将会以复习的形式出现在博客，大家敬请期待哈~