Java集合框架-容器&源码分析

文章目录

• • Java集合框架-容器&源码分析
  • @[TOC](文章目录)
  • 前言
  • 一、集合框架概述
  • 二、Collection接口及其子接口(List/Set)及实现类
  • • 2.1 Collection接口中方法
    • 2.2 遍历：Iterator迭代器接口&foreach(5.0新特性)
    • 2.3 Connection子接口1：List接口及其实现类区别（ArrayList/LinkedList/Vevtor）
    • 2.4 Connection子接口2：Set接口及其实现类区别（HashSet/LinkedHashSet/TreeSet）
  • 三、Map接口及其实现类(HashMap/LinkedHashMap/TreeMap/Hashtable/Properties)
  • • 3.1 Map接口中常用的方法&特点
    • 3.2 Map主要实现类HashMap/LinkedHashMap
    • 3.3 Map实现类TreeMap
    • 3.4 Map实现类Hashtable/Properties
  • 四、Collections工具类
  • 五、企业真题

前言

补充知识点UML图描述的系统中的类（对象）本身的组成和类（对象）之间的各种静态关系

• 继承关系：【空心三角+实线】（泛化）子类继承父类或子接口继承父接口，并可以增加自己额外的一些功能。
• 实现关系：【空心三角+虚线】class类实现接口（可以实现多个）
• 依赖关系：【虚线】表示一个类A依赖于另一个类B的定义。A离不开B
  举例：类A依赖于类B，即类A中使用到了B对象（表现形式为：成员变量、局域变量、方法的形参、方法返回值、对类B中静态方法的调用）。如果A对象离开B对象，A对象就不能正常编译。
• 关联关系：【实线】类与类之间的联接，一个类知道另一个类的属性和方法（实例变量体现）。A类依赖于B对象,并且把B作为A的一个成员变量, 则A和B存在关联关系。关联可以是双向的，也可以是单向的。两个类之前是一个层次的，不存在部分跟整体之间的关系。
• 聚合关系：【空心菱形】体现整体与部分，“弱拥有”，“has-a”。两个类不是一个层次上的，可以独立存在。
• 组合关系：【实心菱形】关联关系的一种特例，整体和个体不能独立存在，“强聚合”，“contains-a”

为什么需要重写自定义类中的equals()、hashCode()、toString()方法？结合下面的源码分析

• Object类中源码实现：hashCode()根据对象的堆内存地址来计算；equals()：比较对象的堆内存地址；toString()：计算对象的哈希值输出对应的地址值
  这些都是针对对象的地址，但是实际中主要是想比较/输出对象具体属性内容。重写方式：hashCode()让属性也参与计算；equals()逐个比较他们的属性；ToString()逐个输出属性内容
• 什么时候会调用到这些方法：自己创建类的对象直接调、将这些对象作为元素存储到集合、数组中时使用其中方法时（这些方法的底层源码也会调用）
  比如：Collection接口：contains、equals、remove；Set中重写父类的add()。
• 一个栗子：理解HashSet添加元素的过程：add()方法中调用hashCode()计算其哈希值，计算出在内存中存储的位置，然后再调用equals()比较是否与当前这个位置上的元素相同，如果不相同再存储到单向链表中。【因此需要重写这两个方法，为了比较的是相同内容的对象，而不是内存地址】。ArrayList的add()方法和这个实现是不一样的，因此就造成了不能的功能！！！
  →这也就说明了为什么重写equals()同时也要重写hashCode()？保证equals和hashCode的一致性：保证内容相同的对象哈希值一样，通过equals比较也是相等的。就比如在HashSet中会先比较hashCode()，再调用equals()比较

Object类中定义的toString源码、equals源码、hashCode

public String toString() {return getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode());
}
public boolean equals(Object obj) {return (this == obj);
}
@IntrinsicCandidate
public native int hashCode();

Objects类中equals()、hash()源码、Arrays类中hashCode()源码

public static boolean equals(Object a, Object b) {return (a == b) || (a != null && a.equals(b));
}public static int hash(Object... values) {return Arrays.hashCode(values);
}
public static int hashCode(Object a[]) {if (a == null)return 0;int result = 1;for (Object element : a)result = 31 * result + (element == null ? 0 : element.hashCode());//可以看到如果不重写hashCode方法调用的是原来的return result;
}

重写equals()、hashCode()

@Override
public boolean equals(Object o){if(this==o) return true;if(o==null || getclass()!=o.getclass()) return false;Person person=(Person) o;return age==person.age && Objects.equals(name,person.name);
}
@Override
public int hashCode(){//让属性值都参与运算return Objects.hash(属性1,属性2);//可以理解为给这个对象按照统一的标准计算一个哈希值，如果不重写的话计算出来的哈希值不一样，这样会导致对象属性一样但是却可以同时存储
}

一、集合框架概述

对比点：增删改查插、长度、遍历
内存层面需要针对于多个数据进行存储。此时，可以考虑的容器有：数组、集合类
回顾数组：

• 特点：一旦初始化长度确定、元素类型确定；连续内存空间、有序、可重复；可以存储基本/引用数据类型
• 缺点：长度不可变；单一数据类型；无序、不可重复场景不适用；方法、属性较少；插入、删除性能较差（尾部除外）

数组与集合之间的相互转换
集合—>数组：toArray()
数组—>集合：调用Arrays的静态方法asList(0bject…objs)

int[] arr = new int[10];
arr[0]= 1;
arr[1]="AA";//编译报错
0bject[] arr1 = new 0bject[10];arr1[0]= new String();
arr1[1]= new Date();

关于其中依赖关系的使用举例

//Map接口依赖于Collection接口： return values()
Map map = new HashMap();
Collection values = map.values();
//Map接口依赖于Set接口： return keySet()、return entrySet();
Set keyset = map.keySet();
Set entryset = map.entrySet();
//Collection接口依赖于Iterator接口： return iterator()
Collection arr = new ArrayList();
Iterator iterator = arr.iterator();

1、Java集合框架体系：也称容器，在java.util包下

• 接口Collection：存储一个一个的数据
  • 实现接口List：有序，可重复数据（动态数组）
    • 实现类ArrayList：List的主要实现类，线程不安全，效率高
    • 实现类LinkedList：同时也是队Deque接口的实现类
    • 实现类Vector：List的古老实现类，是栈stack的父类，线程安全，效率低
  • 接口Queue：按特定的排队规则确定先后顺序
  • 实现接口Set：无序、不可重复，类似高中学习的集合。底层是Hash
    • 实现类HashSet：无序，不可重复，底层是数组+单链表+数组+单向链表+红黑树结构，比较是否相等使用hashCode+equals
      • LinkedHashSet：HashSet子类，在HashSet基础上多了双向链表维护添加的顺序
    • TreeSet：set实现接口SortedSet的子接口的实现类，调用元素对象的comparaTo()方法进行比较，实现排序。
      这些底层都已经实现，比如我们在调用add()时，底层会自动调用相关方法。因为要排序所以只能添加同一种类型的数据
• 接口Map：存储一堆一堆的数据（key-value键值对），类似于函数。key 是无序的、不可重复的，value 是无序的、可重复的。
  • HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、Hashtable、Properties

说明：顺序的理解：添加的顺序、集合中存储的顺序、集合中属性元素大小的顺序
2、如何选用集合？
Map接口下k-v键值对，TreeMap排序时，不需要时选HashMap，ConcurrentHashMap可以保证线程安全
Collection 接口下存放元素，唯一Set（如TreeSet 或 HashSet，其中TreeSet排序时用），不需要时选List（如 ArrayList 或 LinkedList）

为什么使用集合？提高了数据的存储和处理灵活性，更好地适应多样化的数据需求。
数组存储一组类型相同的数据。当数据类型多种多样且数量不确定时，就需要使用Java 集合。Java 集合框架中的各种集合类和接口可以存储不同类型和数量的对象，同时还具有多样化的操作方式。Java 集合的优势在于它们的大小可变、支持泛型、具有内建算法等

3、学习的程度把握

• 层次1：针对于具体特点的多个数据，知道选择相应的适合的接口的主要实现类，会实例化，会调用常用的方法。
• 层次2：区分接口中不同的实现类的区别。
• 层次3：① 针对于常用的实现类，需要熟悉底层的源码 ② 熟悉常见的数据结构

二、Collection接口及其子接口(List/Set)及实现类

2.1 Collection接口中方法

1、说明：JDK不提供此接口的任何直接实现，而是提供更具体的子接口（如：Set和List）去实现。该接口里定义的方法既可用于操作 Set 集合，也可用于操作 List 集合。
Collection仅是接口，方法的具体实现是由真正的子类实现的，Set、List也都只是接口
2、具体的方法有：对于List、Set接口下的实现类，这些方法都是通用的。add、remove、size三大方法

• 增：
  • add(Object obj)：添加元素对象到当前集合中。注意这里是引用类型（如果添加的是基本则会发生自动装箱）
  • addAll(Collection other)：添加其他集合中所有元素到当前集合中，即this = this ∪ other
• 删
  • void clear()：清空集合元素，clear()源码本质也是一个一个=null清掉
  • boolean remove(Object obj)：删除第一个找到的与obj对象equals返回true的元素
  • boolean removeAll(Collection coll)：从当前集合中删除所有与coll集合中相同的元素。即this = this - this ∩ coll
  • retainAll(Collection coll)：从当前集合中删除两个集合中不同的元素，使得当前集合仅保留与coll集合中的元素相同的元素，即当前集合中仅保留两个集合的交集，即this = this ∩ coll；
• 长度：
  • int size()：集合元素个数
• 遍历：
  • iterator()：返回迭代器对象，用于集合遍历
  • foreach循环：即增强for循环
• 判断：
  • boolean isEmpty()：判空
  • boolean contains(Object obj)：是否存在与obj对象equals的元素，其中如果对象中重写了equals()表示比较对象内容，否则默认为地址也要一样
  • boolean contains(Collection coll)：coll是否是是"子集"
  • boolean equals(Object obj)：判断obj是否相等
• 其他
  • Object[] toArray()：返回包含当前集合中所有元素的数组
  • hashCode()：获取集合对象的哈希值

总结：开发中建议：contains、equals、remove等方法时，建议重写元素所属类的的equals()值比较对象属性

举例contain(Object obj)源码中实现：可以看到o.equals(es[i])，使用的是equals，如果obj对象的类中没有重写equals比较的就是对象的地址是否是同一个！！

public boolean contains(Object o) {return indexOf(o) >= 0;}public int indexOf(Object o) {return indexOfRange(o, 0, size);}int indexOfRange(Object o, int start, int end) {Object[] es = elementData;if (o == null) {for (int i = start; i < end; i++) {if (es[i] == null) {return i;}}} else {for (int i = start; i < end; i++) {if (o.equals(es[i])) {return i;}}}return -1;}

2.2 遍历：Iterator迭代器接口&foreach(5.0新特性)

可以理解为指针，获取集合的迭代器！！
1、接口java.util.Iterator：迭代器接口，不提供存储对象的能力，主要用于遍历Collection中的元素。Iterator迭代器对象在遍历集合时，内部采用指针的方式来跟踪集合中的元素。
2、Iterator接口的常用方法如下：对于List、Set接口下的实现类，这些方法都是通用的

• 删：
  • default void remove() ：使用Iterator迭代器删除元素
  • removeIf(Predicate xx)：根据过滤器的规则返回指定元素对象
    关于Predicate：可以使用泛型，必须要实现方法public boolean test(Object o){return false}
• 遍历：
  • public E next()：指针下移；下移以后集合位置上的元素返回。配合it.hasNext()进行检测，否则会抛出NoSuchElementException异常。
  • public boolean hasNext()：如果仍有元素可以迭代，则返回 true。

3、如何获取迭代器对象：Collection接口依赖Iterator接口，返回一个实现了Iterator接口的对象。

• public Iterator iterator(): 获取集合对应的迭代器，用来遍历集合中的元素的。
  集合对象每次调用iterator()方法都得到一个全新的迭代器对象，默认游标都在集合的第一个元素之前。

获取集合迭代器对象→遍历集合中的元素：迭代器Iterator、foreach
通常只进行遍历元素，不要在遍历的过程中对集合元素进行增删操作。

Collection coll = new ArrayList();
coll.add("小李广");
coll.add("扫地僧");
coll.add("石破天");
coll.add("佛地魔");
Iterator iter = coll.iterator();//获取迭代器对象，默认游标都在集合的第一个元素之前。
//遍历方式1：Iterator使用集合迭代器对象遍历集合
while(iter.hasNext()){Object obj = iter.next();if(obj.equals("Tom")){iter.remove();//迭代器的remove()可以按指定的条件进行删除}
}
//遍历方式2：foreach遍历，集合中的都是引用类型数据，即便存的是基本数据类型也会自动装箱
for(Object a : arr){//这里a指的是集合arr中的一个个对象a = "MM";//赋值操作不一定是修改原集合中的，具体问题具体分析	
}
//错误写法1：
while(iter.next()!=null){//每次调用next方法指针都会移动System.out.print(iter.next());//这相当于又一次移动
}
//错误写法3：每次调用coll.iterator()都会返回一个新的迭代器对象
while(coll.iterator().next()!=null){System.out.print(coll.iterator().next());//这又是一个新的迭代器对象
}//新特性：删除元素
coll.removeIf(new Predicate() {@Overridepublic boolean test(Object o) {String str = (String) o;return str.contains("地");}
});

removeIf：结合泛型实现对元素对象为偶数的过滤

@Test
public void test3(){List<Integer> list = new ArrayList<>();//jdk7新特性：类型推断list.add(12);list.add(123);list.add(124);Iterator<Integer> it = list.iterator();while (it.hasNext()){System.out.println(it.next());}Predicate<Integer> pre = new Predicate<Integer>() {@Overridepublic boolean test(Integer num) {return num%2==0;//true即为偶数时过滤，false时不过滤}};list.removeIf(pre);System.out.println(list.toString());
}

对数组的操作

int[] nums = {1,2,3,4,5};
for (int num : nums) {num=2;//这里修改的不是原数组中的，原数组没有变化System.out.println(num);
}
System.out.println("-----------------");
String[] names = {"张三","李四","王五"};
for (String name : names) {name = "石辽旺"//这里修改的也不是原数组System.out.println(name);
}

4、foreach循环（也称增强for循环）：JDK5.0中定义的一个高级for循环，专门用来遍历数组和集合的。集合只能存引用类型！
内部原理是个Iterator迭代器。

foreach循环的语法格式：

for(元素的数据类型 局部变量 : Collection集合或数组){ //操作局部变量的输出操作
}
//这里局部变量就是一个临时变量，自己命名就可以

5、总结
删除集合中元素的几种方式：迭代器的remove()方法VSCollection中的VSJDK8.0新特性removeIf() 方法
遍历集合：获取集合的的迭代器、foreach遍历，其中foreach也可以遍历数组
迭代器的remove()可以指定条件删除，集合中的的remove()方法不能，但是新特性removeif()方法可以
注意：集合只能存引用类型数据，基本类型会自动装箱！

2.3 Connection子接口1：List接口及其实现类区别（ArrayList/LinkedList/Vevtor）

1、List集合类的特点：有序、可重复，“动态数组”
2、List接口中的方法：add、remove、size三大方法
Collection接口中的：增、删、判断、其他、迭代器相关的操作；因为List是有序的，进而就有索引，额外加了一些针对索引操作的方法

• 增：在集合中添加元素。add(Object obj)、addAll(Collection other)
• 删、改：在指定索引操作
  • Object remove(int index)：移除指定index位置的元素，并返回此元素
  • Object set(int index, Object ele)：设置指定index位置的元素为ele
• 查：查询指定索引元素
  • Object get(int index):获取指定index位置的元素
  • List subList(int fromIndex, int toIndex):返回从fromIndex到toIndex位置的子集合
• 插：指定索引位置插入元素
  • void add(int index, Object ele):在index位置插入ele元素
  • boolean addAll(int index, Collection eles):从index位置开始将eles中的所有元素添加进来
• 长度：size()
• 获取元素索引
  • int indexOf(Object obj):返回obj在集合中首次出现的位置
  • int lastIndexOf(Object obj):返回obj在当前集合中末次出现的位置
• 遍历：
  • Iterator iterator()：迭代器
  • foreach循环
  • 一般for循环：利用索引遍历

注意：remove(int index)、remove(Object obj)，传入int数字，优先按索引删除。如果想删除元素，把它包装成引用类型

3、List接口及其实现类特点
首先：接口Collection：存储一个一个的数据→Collection的子接口List：有序，可重复数据（动态数组）

• ArrayList：List的主要实现类，线程不安全，效率高；底层使用Object[]数组存储。添加、查找效率高，插入、删除效率低
• Vector：List的古老实现类，线程安全，效率低；底层使用Object[]数组存储。
  • 特有方法(古老,了解)：void addElement(Object obj)、void insertElementAt(Object obj,int index)、void setElementAt(Object obj,int index)、void removeElement(Object obj)、void removeAllElements()
• LinkedList：底层使用双向链表方式存储。插入、删除效率高，添加、查找效率低
  • 特有方法(对首位的操作)：void addFirst(Object obj)、void addLast(Object obj) 、Object getFirst()、Object getLast()、Object removeFirst()、Object removeLast()

选择：频繁插入、删除时使用LinkedList
“动态体现”：底层的数组的长度是确定的，使用集合后java有自动扩容机制，创建集合后一开始分配固定长度，满了会自动创建一个容量的数组，再把数据复制过去。
ArrayList删除、插入等操作不用再一个一个移动元素了，但是底层还是在移动的。LinkedList底层不需要移动，因为使用的是链表
理解：Vector是1.0就有的，List接口1.2才出现，出现了以后让Vector成为List接口的实现类，既有它原本对元素的操作方法，同时对于List接口中定义的方法也是适用的，比如Vector中有addElements(Object obj)，而List中add(Object obj)也是一样的效果
Vector相当于是上一朝的大呈，改朝换代后成为了List的呈子，既有自己独特的方法，也继承了List提供的接口方法。

ArrayList使用泛型的方式实现

@Test
public void test3(){List<Integer> list = new ArrayList<>();//jdk7新特性：类型推断list.add(12);//list.add("Tom");//编译报错Iterator<Integer> it = list.iterator();while (it.hasNext()){System.out.println(it.next());}
}

2.4 Connection子接口2：Set接口及其实现类区别（HashSet/LinkedHashSet/TreeSet）

1、Set特点：无序、不可重复，如果试图添加重复的会添加失败（自动去重）
选择：相较于List、Hash使用频率较少，主要功能用来过滤重复数据。
2、Set接口是Collection的子接口，Set接口相较于Collection接口没有提供额外的方法。遍历只有迭代器、foreach

• HashSet：主要实现类，底层使用HashMap，即是用数组+单向链表+红黑树结构进行存储（jdk8中）
  • LinkedHashSet：HashSet子类，底层实现，在现有结构基础上，添加了一组双向链表用于记录添加元素的先后顺序→便于频繁的查询操作，可以按照元素的添加顺序进行遍历。
• TreeSet：底层使用红黑树，可以按照添加元素的指定的属性的大小顺序进行遍历。（底层用比较器实现，因此必须添加同一类型对象，否则底层比不了大小，会报错ClassCastException）

3、Set的无序性、不可重复性的理解（以HashSet及其子类为例说明）

• 无序性：!=随机性
  • 添加元素的顺序和遍历元素的顺序不一致,是不是就是无序性呢? No!
  • 无序性：与添加的元素的位置有关，不像ArrayList一样是依次紧密排列的。
  • 根据添加的元素的哈希值，计算的其在数组中的存储位置。此位置不是依次排列的，表现为无序性。
• 不可重复性：添加到Set中的元素是不能相同的。
  • 比较的标准，需要判断hashCode()得到的哈希值以及equals()得到的boolean型的结果。
  • 哈希值相同且equals()返回trve，则认为元素是相同的。因此如果相比较相同内容的对象：如果只重写equals()没重写hashCode()，那么不同对象的哈希值不相等根本比不到equals了，也达不到目的

其一、关于HashSet
1、向HashSet中添加元素的过程

• step1：当向 HashSet 集合中存入一个元素时，HashSet 会调用该对象的 hashCode() 方法得到该对象的 hashCode值，然后根据 hashCode值，通过某个散列函数决定该对象在 HashSet 底层数组中的存储位置。
• step2：如果该数组上没有元素，则直接添加成功。【元素会保存在底层数组中】
• step3：如果有就继续比较两个元素的hashCode值，如果不相等则添加成功。否则会调用该对象的equals()方法，如果为false则添加成功，否则添加失败。【会通过链表的方式继续链接，存储】

2、添加到HashSet/LinkedHashSet中元素的要求：为了比较对象的内容，而非地址
要求元素所在的类要重写两个方法:equals()和hashCode()
同时，要求equals()和 hashcode()要保持一致性!我们只需要在IDEA中自动生成两个方法的重写即可，即能保证两个方法的一致。

其二、关于LinkedHashSet：是HashSet的子类，在此基础上使用双向链表维护元素的顺序，看起来是有序添加的，插入性能低于HashSet但是适合迭代访问

创建示例：LinkedHasSet
源码add()，会先计算对象的哈希值，如果哈希值一样就再调用对象的equals比较如果一样那么就添加失败。底层是对元素一个一个操作的，调用的元素的方法比较，因此才需要重写哈希方法、equals()，为了保证对象内容相同的哈希值一样。【让对象的属性也参与计算哈希值】

//LinkedHashSet可以按照元素添加的顺序遍历，不是说HashSet不能遍历，只不过它是无序的，我们也不知道其中数据的具体顺序
LinkedHashSet set = new LinkedHashSet();
set.add("11");
set.add("12");
set.add("13");
System.out.println(set.toString());//[11, 12, 13]

其三、关于TreeSet：底层是红黑树。是 SortedSet 接口的实现类，TreeSet 可以按照添加的元素的指定的属性的大小顺序进行遍历。
特点：不可重复，可以实现排序（自然、定制）。因为只有相同类的两个实例才会比较大小，因此向 TreeSet 中是同一个类的对象，并且添加的元素需要考虑排序。
TreeSet特点：不允许重复、实现排序（自然排序或定制排序）。

• 自然排序：在调用add()方法时，TreeSet 底层源码中会调用集合元素对象中的 compareTo(Object obj) 方法来比较元素之间的大小关系，然后将集合元素按升序(默认情况)排列。
  • 如果试图把一个对象添加到 TreeSet 时，则该对象的类必须实现 Comparable 接口。
  • 实现 Comparable 的类必须实现 compareTo(Object obj) 方法，两个对象即通过 compareTo(Object obj) 方法的返回值来比较大小。
• 定制排序：如果元素所属的类没有实现Comparable接口，或不希望按照升序(默认情况)的方式排列元素或希望按照其它属性大小进行排序，则考虑使用定制排序。定制排序，通过Comparator接口来实现。需要重写compare(T o1,T o2)方法。
  • 利用int compare(T o1,T o2)方法，比较o1和o2的大小：如果方法返回正整数，则表示o1大于o2；如果返回0，表示相等；返回负整数，表示o1小于o2。
  • 要实现定制排序，需要将实现Comparator接口的实例作为形参传递给TreeSet的构造器。

说明：底层会判断使用的是哪种，if-else对应调用compara(o1,o2)或者comparaTo(obj)两种不同的方法
TreeSet集合如何判断两个对象是否相等的唯一标准？这与HashSet()比较的方式不一样！这里的类不要求重写equals()\hashCode()方法
两个对象通过 compareTo(Object obj) 或compare(Object o1,Object o2)方法比较返回值。返回值为0，则认为两个对象相等。

TreeSet的使用方式：自然排序、定制排序（new比较器对象，作为TreeSet构造器参数newTreeSet集合）
TreeSet添加元素时，底层调用数据元素对象的比较器方法来比较大小，因此只能添加同一类型的，否则会报错ClassCastException
因此在自定义类中，需要实现Comparable接口，进而必须实现该接口下的public int compareTo(Object o)方法
只要涉及到对象排序都是和这两个接口打交道！！！Arrays.sort(arr,comparator )中都可以将比较器作为参数传入定制排序.new TreeSet()，不加比较器，默认的元素对象中就要有比较器按照自然排序

/** 方式1：自然排序：针对User类的对象* */@Test
public void test2(){TreeSet set = new TreeSet();set.add(new User("Tom",12));set.add(new User("Rose",23));set.add(new User("Jerry",2));set.add(new User("Eric",18));set.add(new User("Tommy",44));set.add(new User("Jim",23));set.add(new User("Maria",18));//set.add("Tom");Iterator iterator = set.iterator();while(iterator.hasNext()){System.out.println(iterator.next());}System.out.println(set.contains(new User("Jack", 23))); //true
}
/** 方式2：定制排序* */
@Test
public void test3(){//按照User的姓名的从小到大的顺序排列Comparator comparator = new Comparator() {@Overridepublic int compare(Object o1, Object o2) {if(o1 instanceof User && o2 instanceof User){User u1 = (User)o1;User u2 = (User)o2;int value = u1.name.compareTo(u2.name);if(value  != 0){return value;}return -(u1.age - u2.age);}throw new RuntimeException("输入的类型不匹配");}};TreeSet set = new TreeSet(comparator);set.add(new User("Tom",12));set.add(new User("Rose",23));set.add(new User("Jerry",2));set.add(new User("Eric",18));set.add(new User("Tommy",44));set.add(new User("Jim",23));set.add(new User("Maria",18));//set.add(new User("Maria",28));Iterator iterator = set.iterator();while(iterator.hasNext()){System.out.println(iterator.next());}
}
//自定义的实体类
public class User implements Comparable{String name;int age;public User() {}public User(String name, int age) {this.name = name;this.age = age;}@Overridepublic String toString() {return "User{" + "name='" + name + '\'' + ", age=" + age + '}';}/*举例：按照age从小到大的顺序排列，如果age相同，则按照name从大到小的顺序排列* */public int compareTo(Object o) {//从root节点依次left/right遍历的元素对象.comparaTo(当前元素对象)if(this == o){//如果即节点对象==当前元素对象return 0;//表示他们相等}if(o instanceof User){//判断是否是同一类型的，同一类型才能比较User user = (User)o;int value = this.age - user.age;if(value != 0){return value;}return -this.name.compareTo(user.name);//按照那么来比较}throw new RuntimeException("输入的类型不匹配");}
}

最后：对比Set、List添加不能重复的数据思路
Set底层使用哈希算法：先计算HashCode值，使用散列函数计算到具体存储位置，判断是否有值，再用HashCode比较，在比较equals()。这个算法在添加add()时，底层源码已经调用实现了。
List底层：从前往后一个一个对比

一些练习题：

• List去重小技巧——转换为Set
• 获取10个1-20的随机数，要求随机数不能重复，并输出到控制台

//题目1
HashSet set = new HashSet(List类型);//会自动转换并去重，底层实现还是一个一个遍历List，然后赋值给set。
List list = new ArrayList(Set类型);//同样的道理//题目2：对于Set集合下的add()方法底层使用的hash算法。
@Test
public void test1(){HashSet set = new HashSet();while(set.size() <= 10){set.add((int)(Math.random()*20)+1);}Iterator it = set.iterator();while(it.hasNext()){System.out.print(it.next() + " ");}
}
//面试题：p1指向的内存地址与set添加的元素指向的地址一样，因为同步改变。当调用set.remove(p1)底层计算的是哈希值，（重写了hashCode()方法）计算属性的哈希值得到的与原来的不一样，因此删不了。
@Test
public void test1(){HashSet set = new HashSet();Person p1 = new Person( id: 1001,name: "AA");Person p2 = new Person( id: 1002, name: "BB");set.add(p1);set.add(p2);System.out.println(set);//[Person{id=1002,name='BB'},Person{id=1001,name='AA'}]p1.name ="CC";set.remove(p1);System.out.println(set);//[Person{id=1002,name='BB'},Person{id=1001,name='CC'}]//可以添加成功，因为上面的是以”AA“计算出来的哈希值，而现在这个是以"CC"计算出来的哈希值自然不一样//[Person{id=1002,name='BB'},Person{id=1001,name='CC'},Person{id=1001,name='CC'}]set.add(new Person( id: 1001, name: "CC"))//计算出来的哈希值和1001/'CC'（因为它是以'AA'计算出来的）一样，但是会再调用equals()对比发现不一样set.add(new Person( id: 1001, name: "AA"))
}

三、Map接口及其实现类(HashMap/LinkedHashMap/TreeMap/Hashtable/Properties)

java.util.Map：存储一对一对的数据（key-value键值对）——类似于函数。

• HashMap：主要实现类，线程不安全，效率高，可以添加null的key和value值。底层数组+单向链表+红黑树结构(jdk8)
  • LinkedHashMap：HashMap子类，在此基础上增加双向链表用于记录添加的元素先后顺序，进而遍历元素可以按照添加的顺序。
    适用于频繁的遍历操作
• TreeMap：底层使用红黑树存储，可以按照添加的key-value中的key元素的指定属性的大小顺序进行排序（自然、定制排序）
• Hashtable：古老实现类，线程安全，效率低，不可以添加null的key和value值。数组+单向链表(本来就要过时了，也就没改它)
  • Properties：其key和value都是String类型，常用来处理属性文件，也是线程安全的

HashMap与Hashtable的关系和ArrayList与Vector的关系比较像，源码中线程安全的类中相关的方法都加了synchronized修饰
[面试题]：区别HashMap和Hashtable、区别HashMap和LinkedHashMap、关于HashMap的底层实现（①new HashMap底层做什么；②put(key,value)底层怎么放）

3.1 Map接口中常用的方法&特点

1、Map接口的常用方法：key就像索引

• 增、改也一样
  • Object put(Object key,Object value)：将指定key-value添加到(或修改)当前map对象中
  • void putAll(Map m):将m中的所有key-value对存放到当前map中
• 删
  • Object remove(Object key)：移除指定key的key-value对，并返回value
  • void clear()：清空当前map中的所有数据
• 查元素：
  • Object get(Object key)：获取指定key对应的value
• 长度
  • int size()：返回map中key-value对的个数
• 遍历：
  • 遍历key集：Set keySet()：返回所有key构成的Set集合
  • 遍历value集：Collection values()：返回所有value构成的Collection集合
  • 遍历entry集：Set entrySet()：返回所有key-value对构成的Set集合
• 判断
  • boolean isEmpty()：判断当前map是否为空
  • boolean containsKey(Object key)：是否包含指定的key
  • boolean containsValue(Object value)：是否包含指定的value
  • boolean equals(Object obj)：判断当前map和参数对象obj是否相等

对于单独一个节点：mapnode.getKey()，mapnode.getValue()

3.2 Map主要实现类HashMap/LinkedHashMap

1、HashMap特点：线程不安全，允许添加nul键和null值，底层采用一维数组+单向链表+红黑树进行key-value的存储，与HashSet一样不能保证存取元素的顺序一致。
LinkedHashMap特点：HashMap的子类，底层实现：一维数组+单向链表+红黑树，添加了双向链表记录添加元素中的key元素的先后顺序，保证遍历元素与添加的顺序一致。键所在类需要重写equals()和hashCode()方法，为了保证key的不可重复性
2、HashMap元素特点：

• key不可重复、无序→所有单独的key构成一个set集合→key的所在类要重写hashCode()、equals()方法【和HashSet一样会调用key元素对象进行计算比较，比地址没有意义，这里为了比对象内容，让对象属性也参与哈希值的计算】
• value可重复、无序→所有单独的value可以构成一个Collection集合→value的所在类重写equals()方法。value存放的位置是由key决定的！
• 一个key-value构成了一个entry→不可重复，无序→所有的entry构成了一个Set集合【entry也成为Node节点】

3、判断两个key相等的标准：hashCode()值，在比较equals()
判断value相等的标准：equals比较

方法的使用示例：主要关于三种集合的遍历

@Test
public void test1(){HashMap map = new HashMap();map.put(11,"21");map.put(12,"22");map.put(13,"23");map.put(14,"24");Set set = map.keySet();//遍历键key集合Iterator keyit = set.iterator();while(keyit.hasNext()){System.out.print(keyit.next()+" ");//11 12 13 14}//遍历value方式1：获取值value集合并遍历Collection values = map.values();for(Object value : values){System.out.print(value+" ");//21 22 23 24}//遍历value方式2：利用key，结合map.get()方法以键取值Set keyset = map.keySet();for(Object key : keyset){System.out.print(map.get(key)+" ");//21 22 23 24}//遍历key-value构成的set集合方式1Iterator entryit1 = entry.iterator();while(entryit1.hasNext()){//法1：直接输出System.out.print(entryit1.next()+" ");//11=21 12=22 13=23 14=24//法2：获取到节点Map.Entry mapnode = (Map.Entry)entryit1.next();System.out.print(mapnode+" ");//11=21 12=22 13=23 14=24 System.out.println(mapnode.getKey()+"---->"+mapnode.getValue());//可以把key,value按照自定义的方式输出}//遍历entry集：利用遍历key的方式，再以键取值//遍历value方式2：利用key，结合map.get()方法以键取值Set keyset1 = map.keySet();for(Object key : keyset1){System.out.print(key+"-----》"+map.get(key)+" ");}
}

HashMap使用泛型定义：指定里面可以存储的类型，避免出现类型转换异常

@Test
public void test4(){Map<String,Integer> map = new HashMap<>();//这里也存在一个类型推断//Map<String,Integer> map = new HashMap<String,Integer>();map.put("zhangying",123);map.put("shi",23);map.put("xiaoshi",321);//遍历方式1：获取key/value的set集合var entryset = map.entrySet();//有一个类型推断，避免太复杂了var it = entryset.iterator();//获取set集合的迭代器//Set<Map.Entry<String,Integer>> entryset = map.entrySet();//Iterator<Map.Entry<String,Integer>> it = entryset.iterator();while(it.hasNext()){var entry = it.next();//类型推断//Map.Entry<String,Integer> entry = it.next();String key = entry.getKey();Integer value = entry.getValue();System.out.println(key+"------>"+value);}//遍历方式2：获取key的set然后遍历var keyset = map.keySet();var values = map.values();var itkey = keyset.iterator();//Set<String> keyset = map.keySet();//Collection<Integer> values = map.values();//Iterator<String> itkey = keyset.iterator();while(itkey.hasNext()){String key = itkey.next();System.out.println(key+"----->"+map.get(key));}
}

3.3 Map实现类TreeMap

1、TreeMap特点：底层使用红黑树，可以按照key-value中的key元素指定的属性大小顺序进行遍历（自然排序、定制排序），TreeMap 可以保证所有的 key-value 对处于有序状态。
使用方式和TreeSet一样，这里key元素所在类要实现比较器，并且key元素要是同一个类型的才能比较
2、TreeMap 的 Key 的排序：

• 自然排序：TreeMap 的所有的 Key 必须实现 Comparable 接口，而且所有的 Key 应该是同一个类的对象，否则将会抛出 ClasssCastException
• 定制排序：创建 TreeMap 时，构造器传入一个 Comparator 对象，该对象负责对 TreeMap 中的所有 key 进行排序。此时不需要 Map 的 Key 实现 Comparable 接口

3、TreeMap判断两个key相等的标准：两个key通过compareTo()方法或者compare()方法返回0。

3.4 Map实现类Hashtable/Properties

1、Hashtable：古老实现类，线程安全，效率低，不可以添加null的key和value值。数组+单向链表(本来就要过时了，也就没改它)
Properties：Hashtable的子类，其key和value都是String类型，常用来处理属性文件，也是线程安全的。key、value都是字符串型
判断key是否相等：hashCode()、equals()；判断value是否相等：equals()，与HashMap判断方法一致
2、使用Properties存取数据：setProperty(String key,String value)、getProperty(String key)
比如存储用户名-密码到文件中，修改数据时，与代码无关，代码照常读取即可
优点：将数据封装到具体的配置文件中，在程序中读取配置文件中的信息。实现了数据和代码的解耦;由于我们没有修改代码，就省去了重新编译和打包的过程。

Properties使用

@Test
public void test01() {Properties properties = System.getProperties();String fileEncoding = properties.getProperty("file.encoding");//当前源文件字符编码System.out.println("fileEncoding = " + fileEncoding);
}
@Test
public void test02() {Properties properties = new Properties();properties.setProperty("user","songhk");properties.setProperty("password","123456");System.out.println(properties);
}
@Test
public void test03() throws IOException {Properties pros = new Properties();pros.load(new FileInputStream("jdbc.properties"));String user = pros.getProperty("user");System.out.println(user);
}

四、Collections工具类

1、Collections工具类定义：是一个操作 Set、List 和 Map 等集合的工具类。参考操作数组的工具类：Arrays
Collections 中提供了一系列静态的方法对集合元素进行排序、查询和修改等操作，还提供了对集合对象设置不可变、对集合对象实现同步控制等方法（均为static方法）
[面试题]区分Collection与Collections
Collection：集合框架中的用于存储一个一个元素的接口，又分为List和Set等子接口。
Collections：用于操作集合框架的一个工具类。此时的集合框架包括:Set、List、Map

用到比较器的：TreeSet、TreeMap可以自然排序，利用实现comparable接口的元素对象，调用该对象的comparaTo(Object obj)方法进行对比。Collections工具类中sort(List,comparator)方法，需要传入比较器对象，当然也可以使用自然排序sort(List)→之前是TreeMap、TreeSet可以实现排序，现在可以是使用这个方法对List进行排序。还有binarySearch方法
可以定制排序，即构造器传入一个Comparator对象，该对象负责对其中的元素对象进行排序。
Comparable接口中需要重写的方法comparaTo(Object obj)；Comparator接口中需要重写的方法compara(Object o1,Object o2)

2、常用的方法

• 增：
  • boolean addAll(Collection c,T… elements)将所有指定元素添加到指定 collection 中。
• 复制、替换
  • void copy(List dest,List src)：将src中的内容复制到dest中
  • boolean replaceAll(List list，Object oldVal，Object newVal)：使用新值替换 List 对象的所有旧值
  • 提供了多个unmodifiableXxx()方法，该方法返回指定 Xxx的不可修改的视图。
• 排序操作：
  • reverse(List)：反转 List 中元素的顺序
  • shuffle(List)：对 List 集合元素进行随机排序
  • sort(List)：根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素按升序排序
  • sort(List，Comparator)：根据指定的 Comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序
  • swap(List，int， int)：将指定 list 集合中的 i 处元素和 j 处元素进行交换
• 查找
  • Object max(Collection)：根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最大元素【自然排序后最右边最大取最右边】
  • Object max(Collection，Comparator)：根据 Comparator 指定的顺序，返回给定集合中的最大元素【定制排序后取最右边的，无论min/max】
  • Object min(Collection)：根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最小元素
  • Object min(Collection，Comparator)：根据 Comparator 指定的顺序，返回给定集合中的最小元素【Comparator重写compara(o1,o2)】
  • int binarySearch(List list,T key)：二分法查找，List得是有序的。
  • int binarySearch(List list,T key,Comparator c)：二分法查找，List必须要按照c比较器规则进行排序过的。
  • int frequency(Collection c，Object o)：返回指定集合中指定元素的出现次数
• 同步
  • Collections 类中提供了多个 synchronizedXxx() 方法，该方法可使将指定集合包装成线程同步的集合，从而可以解决多线程并发访问集合时的线程安全问题：
    

五、企业真题

1、说说List,Set,Map三者的区别(民银行)

• List：可重复，有序
  • ArrayList：底层是数组存储的，主要实现类，线程不安全，效率高
  • LinkedList：底层是双向链表结构
  • Vector：古老实现类，线程安全，效率较低
• Set：不可重复，无序
  • HashSet：底层实现数组+单向链表+红黑树
    • LinkedHashSet：HashSet的子类，在此基础上添加了双向链表维护添加元素的顺序
  • TreeSet：可以实现按元素属性的大小进行排序，结合比较器使用，这就要求添加的元素必须是同一类型的
• Map：键值对的形式
  • HashMap：主要实现类，存储key-value，判断key相等的标准（hashCode()、equals()），判断value相等的标准equals()，因此需要重写他们，value随着key的位置
    • LinkedHashMap：HashMap的子类，在此基础上添加了双向链表维护添加元素的顺序
  • Hashtable：古老实现类，底层数组+单向链表，线程安全，底层方法使用synchronized修饰
    • Properties：是Hashtable的子类，主要用于读取属性文件，key-value是字符串型
  • TreeMap：底层是红黑树，实现按key元素属性的大小实现排序，因此key只能是同一类型的

其中：HashSet底层就是HashMap；LinkedHashSet底层就是LinkedHashMap；TreeSet底层就是TreeMap

2、集合的父类是谁？哪些安全的？（北京中信）
不安全：ArrayList、HashMap、HashSet ； 安全：Vector、Hashtable、Properties

3、遍历集合的方式有哪些？（恒电子）

• 迭代器Iterator用来遍历Collection，不能用来遍历Map！
• 增强for
• 一般的for：可以用来遍历List

4、ArrayList与LinkedList区别？&ArrayList与Vector区别？
ArrayList与LinkedList：底层数据结构的不同
ArrayList与Vector：线程安全/效率的问题

类似：HashMap和Hashbable的区别？HashMap和LinkedHashMap的区别——数据结构方面
线程安全/效率

5、Set里的元素是不能重复的，那么用什么方法来区分重复与否呢? 是用==还是equals()? 它们有何区别?
HashSet、LinkedHashSet底层数组+单向链表+红黑树（+双向链表）每次调用元素对象的hashCode() 、 equals()进行比较
TreeSet：底层红黑树，调用Comparable接口下的comparaTo(Object obj)方法或者Comparator接口下的compara(Object o1,Object o2)

6、TreeSet两种排序方式在使用的时候怎么起作用？（拓软件）
在添加新的元素时，需要调用compareTo() 或 compare()

7、final怎么用，修饰Map可以继续添加数据吗？可以！
final HashMap map = new HashMap();
map.put(“AA”,123);

8、HashMap里面实际装的是什么？
JDK7：HashMap内部声明了Entry，实现了Map中的Entry接口。（key，value作为Entry的两个属性出现）
JDK8：HashMap内部声明了Node，实现了Map中的Entry接口。（key，value作为Node的两个属性出现）

HashMap的key存储在数组+链表+红黑树。 key、value作为Node的属性出现

9、自定义类型可以作为Key么？
可以！ 要重写hashCode() 和equals()

10、ArrayList 如何实现排序
Collections.sort(list) 或 Collections.sort(list,comparator)
补充Set中有实现类TreeSet、Map中又TreeMap可以实现排序