Java中常用的集合及方法（2）-编程知识

在Java（JDK8）中，集合（Collection）是数据结构的实现，用于存储和操作对象集合。

集合（Collection）中包含的一般类或接口：

在这其中呢，我们经常使用的其实就是List、Set、Queue这三个接口及其实现类，那我们分别介绍一下这些接口/类的常用方法和使用中需要注意的地方：

1、List（接上级--常用方法示例补充）

1.4 常用的方法

1.4.1 List中的方法

1.4.2 ArrayList

ArrayList中的方法及使用

使用示例：

1、构造方法：

// 创建一个空的 ArrayList  
ArrayList<String> list1 = new ArrayList<>();  // 创建一个包含初始元素的 ArrayList  
ArrayList<Integer> list2 = new ArrayList<>(Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5));  // 创建一个具有指定初始容量的 ArrayList  
ArrayList<Double> list3 = new ArrayList<>(10);

也有许多使用下列方法进行ArrayList集合对象的创建

ArrayList<Double> list4 = Arrays.asList("Element 3", "Element 4");

注意：

（此时创建的是java.util.Arrays.ArrayList的内部类实例而非java.util.ArrayList，此处需注意甄别）

还需注意：此方法创建的集合是一个固定大小的集合，所以不能做增减元素的操作（否则会抛出异常：java.lang.UnsupportedOperationException）

但可在不改变集合长度的基础上对集合内部元素进行修改

List<String> list = Arrays.asList("Element 3", "Element 4");
list.set(0,"test");
System.out.println(list.get(0));// 打印结果： test

2、添加元素


ArrayList<String> list = new ArrayList<>();  // 添加单个元素到列表末尾  
list.add("Element 1");  // 在指定位置插入元素  
list.add(1, "Element 2");  // 添加集合中的所有元素到列表末尾  
list.addAll(Arrays.asList("Element 3", "Element 4"));

3、获取元素

// 获取指定位置的元素  
String element = list.get(1); // 注意：索引从0开始  
System.out.println(element); // 输出：Element 2

4、删除元素

// 删除指定位置的元素  
list.remove(1);  // 删除首次出现的指定元素  
list.remove("Element 3");  // 删除所有出现的指定元素（从Java 8开始）  
list.removeIf(s -> s.equals("Element 4"));  // 清空列表  
list.clear();// removeAll(Collection<?> c) 方法：从列表中移除指定集合中包含的所有元素。ArrayList<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("Apple", "Banana", "Cherry"));  
ArrayList<String> toRemove = new ArrayList<>(Arrays.asList("Banana", "Cherry"));  
list.removeAll(toRemove); // 移除所有在toRemove列表中的元素  
System.out.println(list); // 输出: [Apple]  // retainAll(Collection<?> c) 
// 仅保留列表中指定集合中也包含的元素（即移除列表中不在指定集合中的元素）
ArrayList<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("Apple", "Banana", "Cherry"));  
ArrayList<String> toRetain = new ArrayList<>(Arrays.asList("Apple", "Cherry"));  
list.retainAll(toRetain); // 仅保留在toRetain列表中的元素  
System.out.println(list); // 输出: [Apple, Cherry]

5、查看元素

// 检查列表是否包含特定元素  
boolean containsElement = list.contains("Element 1");  
System.out.println(containsElement); // 输出：true（如果列表包含该元素）  // 检查列表是否为空  
boolean isEmpty = list.isEmpty();  
System.out.println(isEmpty); // 输出：false（如果列表不为空）// indexOf(Object o): 返回指定元素在列表中首次出现的索引，如果列表不包含该元素，则返回-1
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();  
list.add("Apple");  
list.add("Banana");  
int index = list.indexOf("Banana"); // 获取Banana首次出现的索引  
System.out.println(index); // 输出: 1

6、获取集合大小

// 获取列表中的元素数量  
int size = list.size();  
System.out.println(size); // 输出列表的大小

7、遍历

// 使用 for-each循环遍历列表  
for (String s : list) {  System.out.println(s);  
}  // 使用迭代器遍历列表  
Iterator<String> iterator = list.iterator();  
while (iterator.hasNext()) {  String s = iterator.next();  System.out.println(s);  
}  // 使用for循环和索引遍历列表  
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {  String s = list.get(i);  System.out.println(s);  
}

8、转换集合

// 将 ArrayList 转换为数组  
String[] array = list.toArray(new String[0]);  // 将 ArrayList 转换为固定大小的 List  
List<String> fixedList = Collections.unmodifiableList(list);

9、排序

// 对列表进行排序（自然顺序）  
Collections.sort(list);  // 使用自定义比较器对列表进行排序  
list.sort(Comparator.comparing(String::length)); // 按字符串长度排序  // 二分搜索（列表必须是有序的）  
int index = Collections.binarySearch(list, "Element 1");  
if (index >= 0) {  System.out.println("Element found at index: " + index);  
} else {  System.out.println("Element not found");  
}

使用时需要注意的问题：

在使用ArrayList时，需要注意：

线程安全：ArrayList不是线程安全的，如果在多线程环境下使用，需要外部同步或使用线程安全的替代方案，如Vector或Collections.synchronizedList。
容量大小：ArrayList的初始容量默认为10，当添加的元素超过当前容量时，它会进行自动扩容。为了避免频繁的扩容操作，如果能够预估数据量的大小，可以在创建ArrayList时指定一个初始容量。
对象类型选择：在使用ArrayList时，应当明确集合中存储的对象类型。虽然ArrayList是泛型的，但是为了避免类型转换错误，应当在声明时指定具体的类型参数。
动态修改特性：与普通数组不同，ArrayList没有固定大小的限制，可以动态地添加或删除元素。这意味着ArrayList的内部实现会处理数组的扩容和缩容，但这也可能导致性能开销，尤其是在大量添加或删除元素时。
性能考虑：由于ArrayList是基于数组实现的，因此在随机访问元素时性能较好，但在列表中间插入或删除元素时性能较差，因为这需要移动大量元素。
合理使用：ArrayList适合于随机访问和在末尾添加元素的场景，如果需要频繁在列表中间插入或删除元素，可能需要考虑其他数据结构，如LinkedList。
内存管理：由于ArrayList会自动管理内存，包括扩容和缩容，所以在不再需要ArrayList时，应及时将其引用设为null，以便垃圾回收器回收内存。
避免空指针异常：在使用get方法访问ArrayList中的元素时，需要确保索引值在有效范围内，否则会抛出IndexOutOfBoundsException异常。
代码可读性：为了提高代码的可读性和可维护性，应遵循Java编码规范，合理命名变量，并在必要时添加注释说明ArrayList的使用意图和逻辑。

ArrayList的扩容机制：

ArrayList的扩容过程是一个动态调整内部数组大小以适应元素增长的过程。

具体来说，当向ArrayList中添加元素而其当前容量不足以容纳新元素时，ArrayList会进行扩容操作。具体步骤如下：

检查是否需要扩容：在每次添加元素之前，ArrayList会首先检查当前元素的数量是否已经达到了数组的容量上限。如果已经达到了上限，就需要进行扩容操作。

计算新的容量：一旦确定需要扩容，ArrayList会计算新的容量。默认情况下，新的容量通常是原容量的1.5倍（即增长50%）。这个增长因子实际上是一个可以调整的参数，可以通过ensureCapacity(int minCapacity)方法进行设置。新的容量计算完成后，会确保新容量足够大，可以容纳当前所有元素以及新添加的元素。

创建新数组：根据计算得到的新容量，ArrayList会创建一个新的、更大的数组。

复制元素：接下来，ArrayList会将原数组中的所有元素复制到新数组中。这个复制过程会保持元素的顺序不变。

更新引用：复制完成后，ArrayList会将内部的引用从原数组更新为新数组。这样，ArrayList就完成了扩容操作，可以继续添加新的元素了。

需要注意的是，扩容操作涉及到元素的复制，因此在扩容时会有一定的性能损耗。因此，在创建ArrayList时，如果能够预估大致的元素数量，最好指定一个合适的初始容量，以减少扩容的次数和性能损耗。另外，频繁地添加和删除元素也可能导致频繁的扩容和缩容操作，进一步增加性能开销，因此在实际开发中应尽量避免频繁地增删元素。