Java常用5大集合类详解（实战）

文章目录

  • 1、Collection
    • 1.1 iterator 迭代器
  • 2、List 有序集合
    • 2.1 ArrayList ⭐
    • 2.2 LinkedList
    • 2.3 Queue
  • 3、Set 无序集合
    • 3.1 HashSet ⭐
    • 3.2 TreeSet
    • 3.3 LinkedHashSet
  • 4、Map 键值集合
    • 4.1 HashMap ⭐
    • 4.2 TreeMap / LinkedHashMap
  • 5、工具类
    • 5.1 Collections
    • 5.2 Arrays
  • 【拓展】
    • HashTable/ConcurrentHashMap

  • 深入学习：吃透Java集合框架！
  • 简易知识体系：

  • 超详细体系架构图：

image.png

1、Collection

  • Collection集合概述
    • 是单例集合的顶层接口，它表示一组对象，这些对象也称为Collection的元素
    • JDK 不提供此接口的任何直接实现，它提供更具体的子接口（如Set和List）实现
      | 返回值 | 方法名 | 解释 |
      | — | — | — |
      | boolean | add(E e) | 添加元素 |
      | boolean | remove(Object o) | 从集合中移除指定的元素 |
      | void | clear() | 清空集合中的元素 |
      | boolean | contains(Object o) | 判断集合中是否存在指定的元素 |
      | boolean | isEmpty() | 判断集合是否为空 |
      | int | size() | 集合的长度，也就是集合中元素的个数 |
//创建Collection集合的对象
Collection<String> c = new ArrayList<String>();
//添加元素：boolean add(E e)
c.add("hello");
c.add("world");

1.1 iterator 迭代器

  • 迭代器：集合的专用遍历方式
    • Iterator iterator()：返回此集合中元素的迭代器，通过集合的iterator()方法得到
    • 迭代器是通过**集合的iterator()**方法得到的，所以我们说它是依赖于集合而存在的

image.png

  • 注：一共就这四个方法：
    | 返回值 | 方法名 | 解释 |
    | — | — | — |
    | boolean | hasNext() | 如果集合中存在元素，则返回true |
    | E | next() | 返回集合的下一个元素 |
    | void | remove() | 删除next()返回的最后一个元素 |
    | void | forEachRemaining() | 对集合的每个剩余元素执行指定的操作 |
List<Integer> num = Arrays.asList(1, 2, 3); //创建一个ArrayList
ArrayList<Integer> nums = new ArrayList<>(num);
Iterator<Integer> iterate = nums.iterator(); //创建Iterator的实例int number = iterate.next(); //1、使用next()方法
iterate.remove(); //2、使用remove()方法while(iterate.hasNext()) { //3、使用hasNext()方法//4、使用forEachRemaining()方法iterate.forEachRemaining((value) -> System.out.print(value + ", "));
}

2、List 有序集合

  • 概述：有序集合(序列)，用户可以精确控制列表中每个元素的插入位置。用户可以通过整数索引访问元素，并搜索列表中的元素。
  • List集合特点：有索引、允许重复的元素、元素存取有序

image.png

返回值方法名解释
voidadd(int index,E element)在此集合中的指定位置插入指定的元素
Eremove(int index)删除指定索引处的元素，返回被删除的元素
Eset(int index,E element)修改指定索引处的元素，返回被修改的元素
Eget(int index)返回指定索引处的元素

列表迭代器

  • ListIterator介绍
    • 通过List集合的listIterator()方法得到，所以说它是List集合特有的迭代器
    • 用于允许程序员沿任一方向遍历的列表迭代器，在迭代期间修改列表，并获取列表中迭代器的当前位置
List<String> list = new ArrayList<String>(); //创建集合对象
list.add("hello"); //添加元素
list.add("world");ListIterator<String> lit = list.listIterator(); //获取列表迭代器
while (lit.hasNext()) {String s = lit.next();if(s.equals("world"))  lit.add("javaee"); 
}

2.1 ArrayList ⭐

  • ArrayList：底层是数组结构实现，查询快、增删慢 （底层：动态数组）
  • 泛型的使用：约束集合中存储元素的数据类型
    | 返回值 | 方法名 | 解释 |
    | — | — | — |
    | boolean
    void | add(E element)
    add(int index, E element) | 将指定元素追加到ArrayList的末尾
    在指定位置插入指定元素 |
    | boolean
    E | remove(Object element)
    remove(int index) | 从ArrayList中移除指定元素
    移除指定位置的元素 |
    | E | get(int index) | 获取指定位置的元素 |
    | E | set(int index, E element) | 将指定位置的元素替换为新元素，
    并返回原来位置元素的值。 |
//创建ArrayList集合对象
ArrayList<Student> array = new ArrayList<Student>();
Student s1 = new Student("林青霞", 30);
Student s2 = new Student("张曼玉", 35);
array.add(s1);
array.add(s2);//迭代器：集合特有的遍历方式
Iterator<Student> it = array.iterator();
while (it.hasNext()) {Student s = it.next();System.out.println(s.getName() + "," + s.getAge());
}//普通for：带有索引的遍历方式
for(int i=0; i<array.size(); i++) {Student s = array.get(i);System.out.println(s.getName() + "," + s.getAge());
}//增强for：最方便的遍历方式
for(Student s : array) {System.out.println(s.getName() + "," + s.getAge());
}

:::tips

  • 增加（add）操作：在末尾添加元素的时间复杂度为O(1)，如果需要在中间或开头插入元素，则为O(n)。
  • 删除（remove）操作：删除指定索引的元素的时间复杂度为O(n)，因为需要移动后续元素。
  • 修改（set）操作：修改指定索引位置的元素的时间复杂度为O(1)。
  • 查找（get）操作：根据索引获取元素的时间复杂度为O(1)。
    :::

2.2 LinkedList

  • LinkedList：底层是链表结构实现，查询慢，增删快（底层：双向链表）
    | 返回值 | 方法名 | 解释 |
    | — | — | — |
    | boolean
    void
    boolean | add(E element)
    add(int index, E element)
    addFirst(E element) | 元素插入到链表末尾
    指定位置插入元素
    在链表开头插入元素（addLast） |
    | E
    boolean
    E | remove(int index)
    remove(E element)
    removeFirst() | 移除指定位置的元素，并返回被移除的元素
    从链表中移除指定元素
    移除并返回链表第一个元素（removeLast） |
    | E
    void | get(int index)
    getFirst() | 获取指定位置的元素，并返回其值。
    返回链表的第一个元素（getLast） |
    | E | set(int index, E element) | 将指定位置的元素替换为新元素，并返回原来位置元素的值。 |

:::tips

  • 增加（add）操作：在末尾添加元素的时间复杂度为O(1)，如果需要在中间或开头插入元素，则为O(n)。
  • 删除（remove）操作：删除指定节点的时间复杂度为O(1)。
  • 修改（set）操作：修改指定节点的元素的时间复杂度为O(1)。
  • 查找（get）操作：根据索引获取元素的时间复杂度为O(n)。
    :::

2.3 Queue

image.png

1、PriorityQueue

返回值方法名解释
booleanoffer(E e)
add(E e)都是插入到优先级队列中
差别：队列已满时，offer返回false；add抛出异常
Epoll()检索并移除队列中的头部元素
booleanpeek()
element()检索但不移除队列中的头部元素
差别：队列为空时，peek返回null；element抛出异常
booleanremove(Object o)移除队列中的指定元素

3、Set 无序集合

  • Set集合的特点：元素存取无序、没有索引(只能迭代器/增强for循环遍历)、不能存储重复元素

image.png

哈希值

  • Hash值：是JDK根据对象的地址/字符串/数字算出来的int类型的数值
  • 如何获取哈希值：Object类中的public int hashCode()：返回对象的哈希码值
  • 哈希值的特点
    • 同一个对象多次调用hashCode()方法返回的哈希值是相同的
    • 默认情况下，不同对象的哈希值是不同的。而重写hashCode()方法，可以实现让不同对象的哈希值相同

3.1 HashSet ⭐

:::tips
HashSet集合特点：

  • 底层数据结构是哈希表

  • 对集合的迭代顺序不作任何保证，也就是说不保证存储和取出的元素顺序一致

  • 没有带索引的方法，所以不能使用普通for循环遍历

  • 由于是Set集合，所以是不包含重复元素的集合
    :::
    | 返回值 | 方法名 | 解释 |
    | — | — | — |
    | boolean | add(E element)
    addAll(Collection<? extends E> collection) | 将指定元素添加到HashSet中 将指定集合中所有元素添加到HashSet中 | | boolean | remove(Object element) removeAll(Collection<?> collection) | 从HashSet中移除指定元素
    从HashSet中移除与指定集合中元素相同的所有元素 |
    | boolean | retainAll(Collection<?> collection) | 仅保留HashSet中与指定集合中元素相同的元素，移除其他元素。 | | boolean | containsAll(Collection<?> collection) | 判断HashSet是否包含指定集合中的所有元素 |

  • 哈希表图示：**数组+链表 **结构


20210105174428536.png

  • 当链表元素>=8时，链表进化成红黑树（增删慢，要维护树结构，但查询效率高！）
    :::tips

  • 增加（add）操作：添加元素的时间复杂度为O(1)。

  • 删除（remove）操作：删除元素的时间复杂度为O(1)。

  • 修改（set）操作：HashSet不提供直接修改操作，需要先删除再添加。

  • 查找（contains）操作：判断元素是否存在的时间复杂度为O(1)。
    :::

3.2 TreeSet

  • TreeSet：元素有序，可以按照一定的规则进行排序，具体排序方式取决于构造方法
    | 构造方法 | 解释 |
    | — | — |
    | TreeSet() | 根据其元素的自然排序进行排序 |
    | TreeSet(Comparator comparator) | 根据指定的比较器进行排序 |

  • TreeSet特点：没有索引方法(不能使用普通for循环遍历)、Set集合(不包含重复元素集合)
    | 返回值 | 方法名 | 解释 |
    | — | — | — |
    | boolean | add(E element) | 将指定元素添加到TreeSet中 |
    | boolean | remove(Object element) | 从TreeSet中移除指定元素 |
    | E | first()
    last() | 返回TreeSet中的第一个（最小）元素。
    返回TreeSet中的最后一个（最大）元素。 |
    | E | ceiling(E element)
    floor(E element) | 返回TreeSet中大于等于给定元素的最小元素。
    返回TreeSet中小于等于给定元素的最大元素。 |
    | E | pollFirst()
    pollLast() | 移除并返回TreeSet中的第一个（最小）元素。
    移除并返回TreeSet中的最后一个（最大）元素。 |
    | NavigableSet | descendingSet() | 返回TreeSet的逆序视图，其中元素按降序排列。 |

:::tips

  • 增加（add）操作：添加元素的时间复杂度为O(log n)。
  • 删除（remove）操作：删除元素的时间复杂度为O(log n)。
  • 修改（set）操作：TreeSet不提供直接修改操作，需要先删除再添加。
  • 查找（contains）操作：判断元素是否存在的时间复杂度为O(log n)。
    :::

自然排序Comparable / 比较器排序Comparator

  • 案例需求
    • 存储学生对象并遍历，创建TreeSet集合使用无参构造方法
    • 要求：按照年龄从小到大排序，年龄相同时，按照姓名的字母顺序排序
  • 实现步骤
    • 用TreeSet集合存储自定义对象，无参构造方法使用的是自然排序对元素进行排序的
    • 自然排序，就是让元素所属的类实现Comparable接口，重写compareTo(T o)方法
    • 重写方法时，一定要注意排序规则必须按照要求的主要条件和次要条件来写
      :::tips
  1. 自然排序Comparable的使用：
    • 用TreeSet集合存储自定义对象，无参构造方法使用的是自然排序对元素进行排序的
    • 自然排序，就是让元素所属的类实现Comparable接口，重写compareTo(T o)方法
    • 重写方法时，一定要注意排序规则必须按照要求的主要条件和次要条件来写
      :::
//自然排序 Comparator
TreeSet<Student> ts = new TreeSet<Student>();

:::tips

  1. 比较器排序Comparator的使用：
    • 用TreeSet集合存储自定义对象，带参构造方法使用的是比较器排序对元素进行排序的
    • 比较器排序，就是让集合构造方法接收Comparator的实现类对象，重写compare(T o1,T o2)方法
    • 重写方法时，一定要注意排序规则必须按照要求的主要条件和次要条件来写
      :::
//比较器 Comparable
TreeSet<Student> ts = new TreeSet<Student>(new Comparator<Student>() {@Overridepublic int compare(Student s1, Student s2) {int num = s1.getAge() - s2.getAge(); //主要条件int num2 = num == 0 ? s1.getName().compareTo(s2.getName()):num; //次要条件return num2;}
});

3.3 LinkedHashSet

  • LinkedHashSet集合特点
    • 哈希表和链表实现的Set接口，具有可预测的迭代次序
    • 由链表保证元素有序，也就是说元素的存储和取出顺序是一致的
    • 由哈希表保证元素唯一，也就是说没有重复的元素
      | 返回值 | 方法名 | 解释 |
      | — | — | — |
      | boolean | add(E element) | 将指定元素添加到LinkedHashSet中 |
      | boolean | remove(Object element) | 从LinkedHashSet中移除指定元素 |
      | E | get(int index) | 根据索引位置获取LinkedHashSet中的元素。 |
      | Iterator | iterator() | 遍历LinkedHashSet中的元素 |
      | Object[] | toArray() | 将LinkedHashSet转换为一个对象数组 |
      | boolean | addAll(Collection<? extends E> collection) | 将指定集合中的所有元素添加到LinkedHashSet中 | | boolean | retainAll(Collection<?> collection) | 仅保留LinkedHashSet中与指定集合中的元素相同的元素，移除其他元素。 |
LinkedHashSet<String> linkedHashSet = new LinkedHashSet<String>();
//添加元素
linkedHashSet.add("hello");
linkedHashSet.add("world");for(String s : linkedHashSet) System.out.println(s);

4、Map 键值集合

image.png

  • Map集合特点 ：key:value对映射关系、键不能重复，值可以重复、元素存取无序

4.1 HashMap ⭐

:::tips
**概述：**HashMap使用哈希表来存储数据，通过计算键的哈希值来确定其在内部数组中的存储位置。

  1. HashMap的键是唯一的，如果插入相同的键，新的值会覆盖旧的值。它不保证键值对的顺序，也不保证插入顺序和访问顺序一致。
  2. 使用HashMap可以快速地插入、获取、更新和删除键值对，其时间复杂度为O(1)。它是线程不安全的，需要在多线程环境下使用可以使用ConcurrentHashMap。
  3. HashMap在遍历时，不保证元素的顺序，如果需要有序遍历，可以考虑使用LinkedHashMap。此外，由于哈希碰撞的存在，当键的哈希值相同时，会使用链表或红黑树等数据结构来解决冲突，以保证性能。
    :::
    | 返回值 | 方法名 | 解释 |
    | — | — | — |
    | V | put(K key, V value) | 将指定的键值对添加到HashMap中【键存在：并返回之前关联的值 / 键不存在：则返回null】 |
    | V | remove(Object key) | 移除HashMap中指定键对应的键值对，并返回之前关联的值。 |
    | boolean | containsKey(Object key)
    containsValue(Object value) | 判断HashMap中是否包含指定键 / 值。 |
  • 集合的获取功能
    | 返回值 | 方法名 | 解释 |
    | — | — | — |
    | V | get(Object key) | 根据键获取值 |
    | Set | keySet() | 获取所有键的集合 |
    | Collection | values() | 获取所有值的集合 |
    | Set | entrySet() | 获取所有键值对对象的集合 |
Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
map.put("张无忌", "赵敏");
map.put("郭靖", "黄蓉");//V get(Object key):根据键获取值
System.out.println(map.get("张无忌"));
System.out.println(map.get("张三丰"));//Set<K> keySet():获取所有键的集合
Set<String> keySet = map.keySet();
for(String key : keySet) String value = map.get(key); //获得到value//Collection<V> values():获取所有值的集合
Collection<String> values = map.values();
for(String value : values) System.out.println(value);

:::tips

  • 增加（put）操作：添加键值对的时间复杂度为O(1)。
  • 删除（remove）操作：删除键值对的时间复杂度为O(1)。
  • 修改（put）操作：修改键值对的时间复杂度为O(1)。
  • 查找（get）操作：根据键获取值的时间复杂度为O(1)。
    :::

1、String值是Student

HashMap<String, Student> hm = new HashMap<String, Student>();
Student s1 = new Student("林青霞", 30);
Student s2 = new Student("张曼玉", 35);
hm.put("itheima001", s1);
hm.put("itheima002", s2);//方式1：键找值
Set<String> keySet = hm.keySet();
for (String key : keySet) {Student value = hm.get(key);System.out.println(key + "," + value.getName() + "," + value.getAge());
}//方式2：键值对对象找键和值
Set<Map.Entry<String, Student>> entrySet = hm.entrySet();
for (Map.Entry<String, Student> me : entrySet) {String key = me.getKey();Student value = me.getValue();System.out.println(key + "," + value.getName() + "," + value.getAge());
}

2、Student值是String

HashMap<Student, String> hm = new HashMap<Student, String>();
Student s1 = new Student("林青霞", 30);
Student s2 = new Student("张曼玉", 35);
hm.put(s1, "西安");
hm.put(s2, "武汉");Set<Student> keySet = hm.keySet();
for (Student key : keySet) {String value = hm.get(key);System.out.println(key.getName() + "," + key.getAge() + "," +value);
}

4.2 TreeMap / LinkedHashMap

  • TreeMap：
    | 返回值 | 方法名 | 解释 |
    | — | — | — |
    | K | firstKey()
    lastKey() | 返回TreeMap中最小的键
    返回TreeMap中最大的键 |
    | K | higherKey(K key)
    lowerKey(K key) | 返回TreeMap中严格大于给定键的最小键；
    返回TreeMap中严格小于给定键的最大键； |
    | K | ceilingKey(K key)
    floorKey(K key) | 返回TreeMap中大于或等于给定键的最小键；
    返回TreeMap中小于或等于给定键的最大键； |
    | Map.Entry<K, V> | pollFirstEntry()
    pollLastEntry() | 移除并返回TreeMap中最小的键值对
    移除并返回TreeMap中最大的键值对 |

  • LinkedHashMap：
    | 返回值 | 方法名 | 解释 |
    | — | — | — |
    | boolean | removeEldestEntry(Map.Entry<K, V> eldest) | 在插入新的键值对之后，判断是否需要移除最老的键值对。默认实现为始终返回false，即不移除最老的键值对。如果需要实现移除策略，可以重写该方法。 |

:::tips

  • 增加（put）操作：添加键值对的时间复杂度为O(log n)。
  • 删除（remove）操作：删除键值对的时间复杂度为O(log n)。
  • 修改（put）操作：修改键值对的时间复杂度为O(log n)。
  • 查找（get）操作：根据键获取值的时间复杂度为O(log n)。
    :::

5、工具类

  • 工具类设计思想
    • 构造方法用private修饰
    • 成员用public static修饰

5.1 Collections

1、Collections概述和使用

  • Collections类的作用
    是针对集合操作的工具类
  • Collections类常用方法
    | 方法名 | 说明 |
    | — | — |
    | public static void sort(List list) | 升序 |
    | public static void reverse(List list) | 反转 |
    | public static void shuffle(List list) | 随机排序 |
Collections.sort(list);
Collections.reverse(list);
Collections.shuffle(list);
  • 详细方法：
    | 返回值 | 方法名 | 解释 |
    | — | — | — |
    | void | sort(list) | 对指定的List升序排序，
    要求元素的类型实现Comparable接口 |
    | void | reverse(list) | 反转指定List中元素的顺序 |
    | int | binarySearch(list, key) | 使用二分查找算法查找已排序List指定的关键字。返回关键字在List中的索引，如果找不到则返回负数 |
    | void | shuffle(list) | 随机排列指定List中的元素 |
    | boolean | addAll(collection, elements) | 将指定元素添加到指定Collection中。
    如果Collection发生改变，则返回true。 |
    | T | max(collection)
    min(collection) | 返回集合中的最大/最小元素 |
    | int | frequency(collection, object) | 返回指定对象在指定
    Collection中出现的次数 |
    | Object[] | toArray(collection) | 将指定Collection转换为数组 |
    | Collection | synchronizedCollection(collection) | 返回指定Collection的同步
    （线程安全）版本 |

5.2 Arrays

  • Arrays的常用方法
    | 方法名 | 说明 |
    | — | — |
    | public static String toString(int[] a) | 返回指定数组的内容的字符串表达形式 |
    | public static void sort(int[] a) | 按照数字顺序排列指定的数组 |
    | public static List<?> asList(?) | 将对象数组转为List集合 |

  • 详细方法
    | 返回值 | 方法名 | 解释 |
    | — | — | — |
    | String | toString(array) | 将指定数组转换为字符串表示形式。返回的字符串包含数组的元素，以逗号分隔，并使用方括号括起来。 |
    | List | asList(array) | 将数组转换为List集合 |
    | Stream | stream(array) | 将数组转换为流（Stream）对象，
    可以进行各种流操作。 |
    | void | sort(array) | 对数组进行升序排序。要求数组元素的类型实现Comparable接口。 |
    | int | binarySearch(array, key) | 返回栈顶的元素，但不移除它 |
    | T[] | copyOf(original, newLength) | 对集合的每个剩余元素执行指定的操作 |
    | void | fill(array, value) | 将指定值填充到数组的每个元素中 |
    | int | hashCode(array) | 返回指定数组的哈希码值 |

【拓展】

HashTable/ConcurrentHashMap

  • 集合体系架构图：

mmexport1694220637139.png

  • HashTable存储发生哈希碰撞：

mmexport1694221541440.png

  • ConcurrentHashMap存储发生哈希碰撞：

mmexport1694221547566.png
当冲突链表达到一定长度时，链表会转换成红黑树。

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⛰️个人主页: 蒾酒 &#x1f525;系列专栏&#xff1a;《spring boot实战》 目录 写在前面 spring ai简介 单独整合al接口 整合Spring AI组件 起步条件 ​编辑 进行必要配置 写在最后 写在前面 本文介绍了springboot开发后端服务中&#xff0c;AI组件(Spring A…
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先上实验效果&#xff1a; 画笔实验结果 实现画笔操作&#xff0c;提取颜色目标&#xff0c;绘制轮廓&#xff0c;显示画笔三步骤。 1、提取颜色目标 要实现画笔操作&#xff0c;首先要提取颜色目标&#xff0c;也就是画笔&#xff0c;我们需要得到int hmin , smin, vmin&…
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