集合框架Collection

1.数据结构：数据结构(data structure)是带有结构特性的数据元素的集合，它研究的是数据的逻辑结构和 数据的物理结构以及它们之间的相互关系，并对这种结构定义相适应的运算，设计出相应的算法， 并确保经过这些运算以后所得到的新结构仍保持原来的结构类型。

简述：数据结构是相互之间存在⼀种或多种特定关系的数据元素的集合，即带“结构”的数据元素的 集合。“结构”就是指数据元素之间存在的关系。

数据结构有很多种，⼀般来说，按照数据的逻辑结构对其进⾏简单的分类，包括线性结构和⾮线性 结构两类

线性结构：各个结点具有线性关系，有且仅有⼀个开始结点和⼀个终端结点

　　栈、队列和串

⾮线性结构：各个结点之间具有多个对应关系，⼀个结点可能有多个直接前趋结点和多个直 接后继结点

　　⼴义表、树结构和图结构

常⻅数据结构⼊⻔

栈Stack：限制在表的⼀端进⾏插⼊和删除运算的线性表，通常称插⼊、删除的这⼀端为栈顶 (Top)，另⼀端为栈底(Bottom)。先进后出

队列Queue：限制在表的⼀端进⾏插⼊，⽽在另⼀端进⾏删除。允许删除的⼀端称为队头(front)，允 许插⼊的⼀端称为队尾(rear)。先进先出

数组Array：最基本的数据结构, 它是将具有相同类型的若⼲变量有序地组织在⼀起的集合

根据下标进⾏操作

链表Linked List：数据元素按照链式存储结构进⾏存储的数据结构，这种存储结构具有在物理上存在⾮连 续的特点,每个数据结点包括数据域和指针域两部分。其中指针域保存了数据结构中下⼀ 个元素存放的地址

2.散列表 HashTable：散列表（Hash table，也叫哈希表），是根据关键码值(Key value)⽽直接进⾏访问的数据结 构。也就是说，它通过把关键码值映射到表中⼀个位置来访问记录，以加快查找的速度 。这 个映射函数叫做散列函数，存放记录的数组叫做散列表。 给定表M，存在函数f(key)，对任意 给定的关键字值key，代⼊函数后若能得到包含该关键字的记录在表中的地址，则称表M为哈 希(Hash）表，函数f(key)为哈希(Hash) 函数。

散列函数 能使对⼀个数据序列的访问过程更加迅速有效，通过散列函数，数据元素将被更快地定 位

链式哈希表：是由⼀组链表构成，每个链表都可以看做是⼀个“桶”，我们将所有的元素通过散列的⽅式放 到具体的不同的桶中。插⼊元素时，⾸先将其键传⼊⼀个哈希函数，函数通过散列的⽅式告知元素属于哪个“桶”，然 后在相应的链表插⼊元素。

查找或删除元素时，⽤同们的⽅式先找到元素的“桶”，然后遍历相应的链表，直到发现我们想 要的元素。

注意：

　　因为每个“桶”都是⼀个链表，如果表变得太⼤，它的性能将会降低。

　　哈希扩容：Bucket桶不够的话需要重新扩容，历史的数据需要重新hash

　　哈希冲突碰撞: 不同的元素经过hash后命中相同的位置

3.Collection集合框架：集合容器主要⽤于保存对象，主要分类有三种List 、Set、Map

List 有序、重复的集合：常⻅的List有ArrayList、Vector、LinkedList等类

Set ⽆序、不可重复：常⻅Set接⼝的实现类有HashSet,LinedHashSet和TreeSet这⼏类

Map 键值对存储：常⻅的Map接⼝实现类有HashMap和TreeMap

Collection接⼝有两个主要的⼦类List和Set，但Map不是Collection的⼦类，因为其本身就是⼀个 顶层接⼝

 4.集合框架List：List接⼝是⼀个有序的 Collection，线性列表接⼝，能够精确的控制每个元素插⼊的位置，能 够通过索引(类似于数组的下标)来访问List中的元素，第⼀个元素的索引为 0，⽽且允许有相同 的元素,接⼝存储⼀组不唯⼀，有序（插⼊顺序）的对象。

常⻅的实现类：

　　ArrayList：基于数组实现，是⼀个动态的数组队列，但它和Java中的数组⼜不⼀样，它的容量可以 ⾃动增⻓。可以存储任意多的对象，但是只能存储对象，不能存储原⽣数据类型例如int

　　LinkedList：基于的数据结构是链表，⼀个双向链表，链表数据结构的特点是每个元素分配的空间不 必连续。插⼊和删除元素时速度⾮常快，但访问元素的速度较慢

　　常见ListAPI语法

package day2;

import java.util.ArrayList;
import java.util.LinkedList;

public class ListTest {
    public static void main(String [] args){

//        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();

        LinkedList<String> list = new LinkedList<>();

//        往容器里添加对象
        list.add("jack");
        list.add("tom");
        list.add("marry");
        System.out.println(list.get(0));
        String lastObj = list.getLast();
        System.out.println(lastObj);

//        更新一个元素
        list.set(0,"小D");
        System.out.println(list);

//        返回大小
        int size = list.size();
        System.out.println("size="+size);

//        根据索引删除一个元素
        String indexRemove = list.remove(1);
        System.out.println("删除后的元素："+list);

//        根据对象删除元素
        boolean flag = list.remove("小D");
        System.out.println(flag);

//        是否为空
        boolean beforeClear = list.isEmpty();
        System.out.println("clear 之前 isEmpty ="+beforeClear);

//        清空元素
        list.clear();
        boolean afterClear = list.isEmpty();
        System.out.println("clear 之后 isEmpty ="+afterClear);

    }
}

两者常见区别

两个都是List的接⼝，两个都是⾮线程安全的

ArrayList是基于动态数组的数据结构，⽽LinkedList是基于链表的数据结构

对于随机访问get和set（查询操作），ArrayList要优于LinkedList，因为LinkedList要移动指 针

对于增删操作（add和remove），LinkedList优于ArrayList。

5.集合框架Map：底层就是⼀个数组结构，数组中的每⼀项⼜是⼀个链表，即数组和链表的结合体。Table是数组，数组的元素是Entry。Entry元素是⼀个key-value键值对，它持有⼀个指向下⼀个 Entry元素的引⽤，table数组的 每个Entry元素同时也作为当前Entry链表的⾸节点，也指向了该链表的下⼀个Entry元素

 常⻅的实现类

HashMap：⼀个散列桶（数组和链表），它存储的内容是键值对(key-value)映射，是基于hashing的原理，使⽤put(key, value)存储对象到HashMap中，使⽤get(key)从 HashMap中获取对象。当put()⽅法传递键和值时，会先对键调⽤hashCode()⽅法，计 算并返回的hashCode是⽤于找到Map数组的bucket位置来储存Entry对象的，是⾮线程 安全的，所以HashMap操作速度很快

TreeMap：在数据的存储过程中，能够⾃动对数据进⾏排序，实现了SotredMap接⼝，它是有序的 集合。

TreeMap使⽤的存储结构是平衡⼆叉树，也称为红⿊树。

默认排序规则：按照key的字典顺序来排序（升序），也可以⾃定义排序规则，要实现 Comparator接⼝

6.常⻅Map API语法

package day2;

import java.util.*;

public class MapTest {

    public static void main(String [] args){

        LinkedList<String> list = new LinkedList<>();

        HashMap<String,String> map = new HashMap<>();

//    往map里面放key-value
        map.put("B小明","广东广州");
        map.put("C小东","广东深圳");
        map.put("D阿明","广东深圳");
        map.put("A阿明","广东深圳");

        System.out.println(map);
        String getValue = map.get("C小东");
        System.out.println("getValue = "+getValue);

//        判断是否包含某个key
        boolean isContains = map.containsKey("B小明");
        System.out.println("containsKey="+isContains);

//        返回map的元素数量
        int size = map.size();
        System.out.println("size="+size);

//        获取所有value集合
        Collection<String> collection = map.values();
        System.out.println(collection);

//        返回所有key的集合
        Set<String> set =  map.keySet();
        System.out.println("set = "+set);

//        返回一个Set集合，集合的类型为Map.Entry,是Map声明的一个内部接口，接口为泛型，定义为Entry<K,V>,
//        它表示Map中的一个实体（一个key-value对）,主要有getKey(),getValue方法
        Set<Map.Entry<String,String>> entrySet = map.entrySet();
        for(Map.Entry entry : entrySet){
            System.out.println("key="+entry.getKey()+", value="+entry.getValue());
        }

//        判断map是否为空
        boolean beforeClear = map.isEmpty();
        System.out.println("beforeClear ="+beforeClear);

//        清空容器
        map.clear();

//        判断map是否为空
        boolean afterClear = map.isEmpty();
        System.out.println("afterClear="+afterClear);

    }

}

Map⾯试题

　　HashMap和TreeMap应该怎么选择

　　　　HashMap可实现快速存储和检索，但缺点是包含的元素是⽆序的，适⽤于在Map中插 ⼊、删除和定位元素.

　　　　TreeMap能便捷的实现对其内部元素的各种排序，但其⼀般性能⽐HashMap差,适⽤于 按⾃然顺序或⾃定义顺序遍历键(key)

　　jdk1.7和jdk1.8中HashMap的主要区别

　　　　底层实现由之前的 “数组+链表” 改为 “数组+链表+红⿊树”

　　什么时候开始转变

　　　　当链表节点较少时仍然是以链表存在，当链表节点较多时，默认是⼤于8时会转为红⿊ 树

7.集合框架Set

Set数据结构:Set相对于List是简单的⼀种集合,具有和 Collection 完全⼀样的接⼝，只是实现上不同，Set 不保存重复的元素，存储⼀组唯⼀，⽆序的对象。

Set中的元素是不能重复的, 实现细节可以参考Map，因为这些Set的实现都是对应的Map的⼀ 种封装。⽐如HashSet是对HashMap的封装，TreeSet对应TreeMap

Set底层是⼀个HashMap，由于HashMap的put()⽅法是⼀个键值对，当新放⼊HashMap的 Entry中key 与集合中原有Entry的key相同（hashCode()返回值相等，通过equals⽐较也返回 true），新添加的Entry的value会将覆盖原来Entry的value，但key不会有任何改变。

允许包含值为null的元素，但最多只能有⼀个null元素

常见的实现类

HashSet

　　HashSet类按照哈希算法来存取集合中的对象，存取速度⽐较快

　　对应的Map是HashMap，是基于Hash的快速元素插⼊，元素⽆顺序。

TreeSet

　　TreeSet类实现了SortedSet接⼝，能够对集合中的对象进⾏排序

常⻅的实现类

　　HashSet

　　　　HashSet类按照哈希算法来存取集合中的对象，存取速度⽐较快

　　　　对应的Map是HashMap，是基于Hash的快速元素插⼊，元素⽆顺序。

　　TreeSet

　　　　TreeSet类实现了SortedSet接⼝，能够对集合中的对象进⾏排序

package day2;

import java.util.*;

public class SetTest {
    public static void main(String [] args){

        TreeSet<String> set = new TreeSet<>();

        set.add("jack");
        set.add("tom");
        set.add("marry");
        System.out.println(set);

//        返回大小
        int size = set.size();
        System.out.println("删除jack之后 = "+set);
//        是否为空
        boolean isEmpty = set.isEmpty();
        System.out.println(isEmpty);
//        清空元素
        set.clear();
    }
}

两者常⻅区别

　　HashSet不能保证元素的排列顺序，TreeSet是SortedSet接⼝的唯⼀实现类，可以确保集合 元素处于排序状态

　　HashSet底层⽤的是哈希表，TreeSet采⽤的数据结构是红⿊树（红⿊树是⼀种特定类型的⼆ 叉树）

　　HashSet中元素可以是null，但只能有⼀个，TreeSet不允许放⼊null

　　⼀般使⽤HashSet，如果需要排序的功能时，才使⽤TreeSet（性能原因）