Java之集合介绍

一、Java集合概述

Java集合框架（Java Collections Framework）是Java提供的一套用于存储和操作数据的接口、实现类和算法的统一架构。它大大简化了数据处理的复杂性，提高了代码的可重用性和效率。集合框架主要由几个核心接口组成，每个接口定义了一组操作和行为，具体实现类则提供了这些接口的具体功能。

二、集合框架的核心接口

1. Collection接口

Collection是所有单列集合的根接口，定义了基本的集合操作，如添加、删除、清空、检查是否包含元素等。

2. List接口

List继承自Collection，表示一个有序的元素集合，允许元素重复。List接口的主要实现类包括：

ArrayList：基于动态数组，随机访问性能高，适合频繁读取的场景。
LinkedList：基于双向链表，插入和删除操作效率高，适合频繁修改的场景。
Vector：类似于ArrayList，但它是同步的，线程安全性高，但性能较低。

3. Set接口

Set继承自Collection，表示一个不包含重复元素的集合。Set接口的主要实现类包括：

HashSet：基于哈希表，存储无序，允许null元素，查找速度快。
TreeSet：基于红黑树，存储有序，自动排序，不允许null。
LinkedHashSet：结合了HashSet和链表的特性，保持元素的插入顺序。

4. Queue接口

Queue继承自Collection，用于存储等待处理的元素，通常遵循先进先出(FIFO)的原则。Queue接口的主要实现类包括：

PriorityQueue：基于优先级堆，实现元素的优先级排序。
ArrayDeque：基于数组的双端队列，支持高效的插入和删除操作。

5. Map接口

Map并不继承自Collection，但它是集合框架的重要组成部分，表示键值对的集合。Map接口的主要实现类包括：

HashMap：基于哈希表，存储无序，允许一个null键和多个null值。
TreeMap：基于红黑树，存储有序，按键的自然顺序或自定义顺序排序。
LinkedHashMap：结合了HashMap和链表的特性，保持键值对的插入顺序。
Hashtable：类似于HashMap，但它是同步的，不允许null键或值。

三、集合框架的特点

1. 统一的接口

所有集合类都遵循统一的接口，提供一致的操作方式，方便使用和切换不同的实现。

2. 丰富的实现类

提供了多种数据结构的实现，如列表、集合、队列和映射，满足不同的需求。

3. 高效的性能

不同的实现类在性能上各有优势，开发者可以根据具体需求选择最合适的实现。

4. 线程安全性

部分集合类（如Vector、Hashtable）是线程安全的，同时提供了通过Collections工具类实现同步的方法。

5. 可扩展性

集合框架设计灵活，支持自定义集合实现，满足特定的业务需求。

四、常用集合类的使用示例

1. List接口的示例

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

public class ListExample {
    public static void main(String[] args) {
        // ArrayList 示例
        List<String> arrayList = new ArrayList<>();
        arrayList.add("Apple");
        arrayList.add("Banana");
        arrayList.add("Cherry");
        System.out.println("ArrayList: " + arrayList);

        // LinkedList 示例
        List<String> linkedList = new LinkedList<>();
        linkedList.add("Dog");
        linkedList.add("Elephant");
        linkedList.add("Frog");
        System.out.println("LinkedList: " + linkedList);
    }
}

输出:

ArrayList: [Apple, Banana, Cherry]
LinkedList: [Dog, Elephant, Frog]

2. Set接口的示例

import java.util.HashSet;
import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.Set;
import java.util.TreeSet;

public class SetExample {
    public static void main(String[] args) {
        // HashSet 示例
        Set<String> hashSet = new HashSet<>();
        hashSet.add("Banana");
        hashSet.add("Apple");
        hashSet.add("Apple"); // 重复元素会被忽略
        System.out.println("HashSet: " + hashSet);

        // LinkedHashSet 示例
        Set<String> linkedHashSet = new LinkedHashSet<>();
        linkedHashSet.add("Banana");
        linkedHashSet.add("Apple");
        linkedHashSet.add("Cherry");
        System.out.println("LinkedHashSet: " + linkedHashSet);

        // TreeSet 示例
        Set<String> treeSet = new TreeSet<>();
        treeSet.add("Dog");
        treeSet.add("Cat");
        treeSet.add("Elephant");
        System.out.println("TreeSet: " + treeSet);
    }
}

输出:

HashSet: [Banana, Apple]
LinkedHashSet: [Banana, Apple, Cherry]
TreeSet: [Cat, Dog, Elephant]

3. Queue接口的示例

import java.util.ArrayDeque;
import java.util.PriorityQueue;
import java.util.Queue;

public class QueueExample {
    public static void main(String[] args) {
        // PriorityQueue 示例
        Queue<Integer> priorityQueue = new PriorityQueue<>();
        priorityQueue.add(10);
        priorityQueue.add(1);
        priorityQueue.add(5);

        while (!priorityQueue.isEmpty()) {
            System.out.println(priorityQueue.poll());
        }
    }
}

输出:

1
5
10

4. Map接口的示例

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.TreeMap;

public class MapExample {
    public static void main(String[] args) {
        // HashMap 示例
        Map<String, Integer> hashMap = new HashMap<>();
        hashMap.put("Apple", 3);
        hashMap.put("Banana", 1);
        hashMap.put("Cherry", 2);
        System.out.println("HashMap: " + hashMap);

        // TreeMap 示例
        Map<String, Integer> treeMap = new TreeMap<>();
        treeMap.put("Dog", 3);
        treeMap.put("Elephant", 1);
        treeMap.put("Frog", 2);
        System.out.println("TreeMap: " + treeMap);
    }
}

输出:

HashMap: {Apple=3, Banana=1, Cherry=2}
TreeMap: {Dog=3, Elephant=1, Frog=2}

五、集合框架的遍历

在Java中，集合框架提供了多种方式来遍历集合。以下是几种常见的遍历方式，适用于不同类型的集合（如List、Set、Map等）。

1. 使用`for-each`循环（增强for循环）

适用于：List、Set、以及其他实现了Iterable接口的集合。

List<String> list = Arrays.asList("A", "B", "C");

for (String item : list) {
    System.out.println(item);
}

2. 使用迭代器（Iterator）

适用于：List、Set、以及其他实现了Iterable接口的集合。

List<String> list = Arrays.asList("A", "B", "C");
Iterator<String> iterator = list.iterator();

while (iterator.hasNext()) {
    System.out.println(iterator.next());
}

3. 使用ListIterator

适用于：List及其实现类，提供了双向遍历的功能。

List<String> list = Arrays.asList("A", "B", "C");
ListIterator<String> listIterator = list.listIterator();

while (listIterator.hasNext()) {
    System.out.println(listIterator.next());
}

// 逆向遍历
while (listIterator.hasPrevious()) {
    System.out.println(listIterator.previous());
}

4. 使用Java 8的Stream API

适用于：所有集合类型。

List<String> list = Arrays.asList("A", "B", "C");

list.stream().forEach(item -> {
    System.out.println(item);
});

5. 使用索引（适用于List）

适用于：List及其实现类。

List<String> list = Arrays.asList("A", "B", "C");

for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
    System.out.println(list.get(i));
}

6. 遍历Map

6.1 使用`keySet`遍历键

Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
map.put("A", 1);
map.put("B", 2);
map.put("C", 3);

for (String key : map.keySet()) {
    System.out.println("Key: " + key + ", Value: " + map.get(key));
}

6.2 使用`entrySet`遍历键值对

for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {
    System.out.println("Key: " + entry.getKey() + ", Value: " + entry.getValue());
}

6.3 使用`values`遍历值

for (Integer value : map.values()) {
    System.out.println("Value: " + value);
}

7. 使用Java 8的`Map.forEach`方法

map.forEach((key, value) -> {
    System.out.println("Key: " + key + ", Value: " + value);
});

不同的遍历方式适用于不同的场景，可以根据具体需求选择合适的遍历方法。

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