Fork me on GitHub

java集合框架学习（一）

发表于 | 分类于
字数统计: 2,247 字 | 阅读时长 ≈ 10分钟

java集合框架学习

1.概述

Java集合就像一个容器，可以存储任何类型的数据，也可以结合泛型来存储具体的类型对象。在程序运行时，Java集合可以动态的进行扩展，随着元素的增加而扩大。在Java中，集合类通常存在于java.util包中。

Java集合主要由2大体系构成，分别是Collection体系和Map体系，其中Collection和Map分别是2大体系中的顶层接口。

Collection主要有三个子接口，分别为List(列表)、Set(集)、Queue(队列)。其中，List、Queue中的元素有序可重复，而Set中的元素无序不可重复；

List中主要有ArrayList、LinkedList两个实现类；Set中则是有HashSet实现类；而Queue是在JDK1.5后才出现的新集合，主要以数组和链表两种形式存在。

Map同属于java.util包中，是集合的一部分，但与Collection是相互独立的，没有任何关系。Map中都是以key-value的形式存在，其中key必须唯一，主要有HashMap、HashTable、TreeMap三个实现类。（如下图示）

2.List

在Collection中，List集合是有序的，Developer可对其中每个元素的插入位置进行精确地控制，可以通过索引来访问元素，遍历元素。在List集合中，我们常用到ArrayList和LinkedList这两个类。

ArrayList和LinkedList有什么区别？

ArrayList底层通过数组实现，随着元素的增加而动态扩容。

LinkedList底层通过链表来实现，随着元素的增加不断向链表的后端增加节点。

2.1 ArrayList

ArrayList是Java集合框架中使用最多的一个类，是一个数组队列，线程不安全集合。它继承于AbstractList，实现了List, RandomAccess, Cloneable, Serializable接口。

  • ArrayList实现List，得到了List集合框架基础功能；
  • ArrayList实现RandomAccess，获得了快速随机访问存储元素的功能，RandomAccess是一个标记接口，没有任何方；
  • ArrayList实现Cloneable，得到了clone()方法，可以实现克隆功能；
  • ArrayList实现Serializable，表示可以被序列化，通过序列化去传输，典型的应用就是hessian协议。

ArrayList的特点

  • 容量不固定，随着容量的增加而动态扩容（阈值基本不会达到）
  • 有序集合（插入的顺序==输出的顺序）
  • 插入的元素可以为null
  • 增删改查效率更高（相对于LinkedList来说）
  • 线程不安全

2.2 LinkedList

LinkedList是一个双向链表，每一个节点都拥有指向前后节点的引用。相比于ArrayList来说，LinkedList的随机访问效率更低。它继承AbstractSequentialList，实现了List, Deque, Cloneable, Serializable接口。

  • LinkedList实现List，得到了List集合框架基础功能；
  • LinkedList实现Deque，Deque 是一个双向队列，也就是既可以先入先出，又可以先入后出，说简单些就是既可以在头部添加元素，也可以在尾部添加元素；
  • LinkedList实现Cloneable，得到了clone()方法，可以实现克隆功能；
  • LinkedList实现Serializable，表示可以被序列化，通过序列化去传输，典型的应用就是hessian协议。

3.list常用方法

添加方法

1
2
3
boolean add(E e):向集合中添加一个元素
void add(int index, E element):在指定位置添加元素
boolean addAll(Collection<? extends E> c)：向集合中添加一个集合的元素。

删除方法

1
2
3
4
void clear()：删除集合中的所有元素
E remove(int index)：根据指定索引删除元素，并把删除的元素返回
boolean remove(Object o)：从集合中删除指定的元素
boolean removeAll(Collection<?> c):从集合中删除一个指定的集合元素。

修改方法

1
E set(int index, E element):把指定索引位置的元素修改为指定的值，返回修改前的值。

获取方法

1
2
E get(int index)：获取指定位置的元素
Iterator iterator():就是用来获取集合中每一个元素。

判断方法

1
2
3
boolean isEmpty()：判断集合是否为空。
boolean contains(Object o)：判断集合中是否存在指定的元素。
boolean containsAll(Collection<?> c)：判断集合中是否存在指定的一个集合中的元素。

长度方法

1
int size():获取集合中的元素个数

把集合转换成数组

1
Object[] toArray():把集合变成数组。

3.1 ArrayList基本操作

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
public class ArrayListTest {
    public static void main(String[] agrs){
        //创建ArrayList集合：
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        System.out.println("ArrayList集合初始化容量："+list.size());

        //添加功能：
        list.add("Hello");
        list.add("world");
        list.add(2,"!");
        System.out.println("ArrayList当前容量："+list.size());

        //修改功能：
        list.set(0,"my");
        list.set(1,"name");
        System.out.println("ArrayList当前内容："+list.toString());

        //获取功能：
        String element = list.get(0);
        System.out.println(element);

        //迭代器遍历集合：(ArrayList实际的跌倒器是Itr对象)
        Iterator<String> iterator =  list.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            String next = iterator.next();
            System.out.println(next);
        }

        //for循环迭代集合：
        for(String str:list){
            System.out.println(str);
        }

        //判断功能：
        boolean isEmpty = list.isEmpty();
        boolean isContain = list.contains("my");

        //长度功能：
        int size = list.size();

        //把集合转换成数组：
        String[] strArray = list.toArray(new String[]{});

        //删除功能：
        list.remove(0);
        list.remove("world");
        list.clear();
        System.out.println("ArrayList当前容量："+list.size());
    }
}

3.2 LinkedList基本操作

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
public class LinkedListTest {
    public static void main(String[] agrs){
        List<String> linkedList = new LinkedList<String>();
        System.out.println("LinkedList初始容量："+linkedList.size());

        //添加功能：
        linkedList.add("my");
        linkedList.add("name");
        linkedList.add("is");
        linkedList.add("jiaboyan");
        System.out.println("LinkedList当前容量："+ linkedList.size());

        //修改功能:
        linkedList.set(0,"hello");
        linkedList.set(1,"world");
        System.out.println("LinkedList当前内容："+ linkedList.toString());

        //获取功能：
        String element = linkedList.get(0);
        System.out.println(element);

        //遍历集合：(LinkedList实际的跌倒器是ListItr对象)
        Iterator<String> iterator =  linkedList.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            String next = iterator.next();
            System.out.println(next);
        }
        //for循环迭代集合：
        for(String str:linkedList){
            System.out.println(str);
        }

        //判断功能：
        boolean isEmpty = linkedList.isEmpty();
        boolean isContains = linkedList.contains("jiaboyan");

        //长度功能：
        int size = linkedList.size();

        //删除功能：
        linkedList.remove(0);
        linkedList.remove("jiaboyan");
        linkedList.clear();
        System.out.println("LinkedList当前容量：" + linkedList.size());
    }
}

3.3 ArrayList和LinkedList的比较

A.元素新增性能比较

查看了网上很多的例子，很多都说，在新增操作时，ArrayList效率不如LinkedList，因为ArrayList底层是数组实现，在动态扩容时，性能有所损耗，而LinkedList不存在数组扩容机制，所以LinkedList效率更高。那么结果究竟怎样，来看下面的数据！

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
public class ListTest {

    //迭代次数
    public static int ITERATION_NUM = 100000;

    public static void main(String[] agrs) {
        insertPerformanceCompare();
    }

    //新增性能比较：
    public static void insertPerformanceCompare() {
        Thread.sleep(5000);

        System.out.println("LinkedList新增测试开始");
        long start = System.nanoTime();
        List<Integer> linkedList = new LinkedList<Integer>();
        for (int x = 0; x < ITERATION_NUM; x++) {
            linkedList.add(x);
        }
        long end = System.nanoTime();
        System.out.println(end - start);

        System.out.println("ArrayList新增测试开始");
        start = System.nanoTime();
        List<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
        for (int x = 0; x < ITERATION_NUM; x++) {
            arrayList.add(x);
        }
        end = System.nanoTime();
        System.out.println(end - start);
    }
}

结果：结果与预想的有些不太一样，ArrayList的新增性能并不低。
究其原因，可能是经过JDK近几年的更新发展，对于数组复制的实现进行了优化，以至于ArrayList的性能也得到了提高。

B.元素获取比较

由于LinkedList是链表结构，没有角标的概念，没有实现RandomAccess接口，不具备随机元素访问功能，所以在get方面表现的差强人意，ArrayList再一次完胜。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
public class ListTest {

    //迭代次数，集合大小：
    public static int ITERATION_NUM = 100000;

    public static void main(String[] agrs) {
        getPerformanceCompare();
    }

    //获取性能比较：
    public static void getPerformanceCompare() {
        Thread.sleep(5000);

        //填充ArrayList集合：
        List<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
        for (int x = 0; x < ITERATION_NUM; x++) {
            arrayList.add(x);
        }

        //填充LinkedList集合：
        List<Integer> linkedList = new LinkedList<Integer>();
        for (int x = 0; x < ITERATION_NUM; x++) {
            linkedList.add(x);
        }

        //创建随机数对象：
        Random random = new Random();

        System.out.println("LinkedList获取测试开始");
        long start = System.nanoTime();
        for (int x = 0; x < ITERATION_NUM; x++) {
            int j = random.nextInt(x + 1);
            int k = linkedList.get(j);
        }
        long end = System.nanoTime();
        System.out.println(end - start);

        System.out.println("ArrayList获取测试开始");
        start = System.nanoTime();
        for (int x = 0; x < ITERATION_NUM; x++) {
            int j = random.nextInt(x + 1);
            int k = arrayList.get(j);
        }
        end = System.nanoTime();
        System.out.println(end - start);
    }
}

结果：
从结果中可以看到，ArrayList在随机访问方面表现的十分优秀，比LinkedList强了很多，基本上保持在10多倍以上。
LinkedList为什么这么慢呢？这主要是LinkedList的代码实现所致，每一次获取都是从头开始遍历，一个个节点去查找，每查找一次就遍历一次，所以性能自然得不到提升。

0%