Java集合中List,Set以及Map等集合体系详解

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概述:

  • List , Set, Map都是接口,前两个继承至collection接口,Map为独立接口
  • Set下有HashSet,LinkedHashSet,TreeSet
  • List下有ArrayList,Vector,LinkedList
  • Map下有Hashtable,LinkedHashMap,HashMap,TreeMap
  • collection接口下还有个Queue接口,有PriorityQueue类

Java集合中List,Set以及Map等集合体系详解

注意:

  • Queue接口与List、Set同一级别,都是继承了collection接口。
    看图你会发现,LinkedList既可以实现Queue接口,也可以实现List接口.只不过呢, LinkedList实现了Queue接口。Queue接口窄化了对LinkedList的方法的访问权限(即在方法中的参数类型如果是Queue时,就完全只能访问Queue接口所定义的方法 了,而不能直接访问 LinkedList的非Queue的方法),以使得只有恰当的方法才可以使用。

  • SortedSet是个接口,它里面的(只有TreeSet这一个实现可用)中的元素一定是有序的。

总结:

connection接口(注意首字母小写):

List 有序,可重复

  • ArrayList
    优点: 底层数据结构是数组,查询快,增删慢。
    缺点: 线程不安全,效率高
  • Vector
    优点: 底层数据结构是数组,查询快,增删慢。
    缺点: 线程安全,效率低
  • LinkedList
    优点: 底层数据结构是链表,查询慢,增删快。
    缺点: 线程不安全,效率高

Set 无序,唯一

  • HashSet
    底层数据结构是哈希表。(无序,唯一)
    如何来保证元素唯一性?
    1.依赖两个方法:hashCode()和equals()

  • LinkedHashSet
    底层数据结构是链表和哈希表。(FIFO插入有序,唯一)
    1.由链表保证元素有序
    2.由哈希表保证元素唯一

  • TreeSet
    底层数据结构是红黑树。(唯一,有序)
    1. 如何保证元素排序的呢?
    自然排序
    比较器排序
    2.如何保证元素唯一性的呢?
    根据比较的返回值是否是0来决定

针对collection集合我们到底使用谁呢?(掌握)

唯一吗?

是:Set

排序吗?

是:TreeSet或LinkedHashSet
否:HashSet
如果你知道是Set,但是不知道是哪个Set,就用HashSet。

否:List

要安全吗?

是:Vector
否:ArrayList或者LinkedList

查询多:ArrayList
增删多:LinkedList
如果你知道是List,但是不知道是哪个List,就用ArrayList。

如果你知道是collection集合,但是不知道使用谁,就用ArrayList。
如果你知道用集合,就用ArrayList。

说完了collection,来简单说一下Map.

Map接口:

上图:
Java集合中List,Set以及Map等集合体系详解

Map接口有三个比较重要的实现类,分别是HashMap、TreeMap和HashTable。

  • TreeMap是有序的,HashMap和HashTable是无序的。
  • Hashtable的方法是同步的,HashMap的方法不是同步的。这是两者最主要的区别。

这就意味着:

  • Hashtable是线程安全的,HashMap不是线程安全的。
  • HashMap效率较高,Hashtable效率较低。
    如果对同步性或与遗留代码的兼容性没有任何要求,建议使用HashMap。 查看Hashtable的源代码就可以发现,除构造函数外,Hashtable的所有 public 方法声明中都有 synchronized关键字,而HashMap的源码中则没有。
  • Hashtable不允许null值,HashMap允许null值(key和value都允许)
  • 父类不同:Hashtable的父类是Dictionary,HashMap的父类是AbstractMap

重点问题重点分析:

(一).TreeSet, LinkedHashSet and HashSet 的区别

1. 介绍

  • TreeSet, LinkedHashSet and HashSet 在java中都是实现Set的数据结构
  • TreeSet的主要功能用于排序
  • LinkedHashSet的主要功能用于保证FIFO即有序的集合(先进先出)
  • HashSet只是通用的存储数据的集合

2. 相同点

  • Duplicates elements: 因为三者都实现Set interface,所以三者都不包含duplicate elements
  • Thread safety: 三者都不是线程安全的,如果要使用线程安全可以collections.synchronizedSet()

3. 不同点

  • Performance and Speed: HashSet插入数据最快,其次LinkHashSet,最慢的是TreeSet因为内部实现排序
  • Ordering: HashSet不保证有序,LinkHashSet保证FIFO即按插入顺序排序,TreeSet安装内部实现排序,也可以自定义排序规则
  • null:HashSet和LinkHashSet允许存在null数据,但是TreeSet中插入null数据时会报NullPointerException

4. 代码比较

  public static void main(String args[]) {
HashSet<String> hashSet = new HashSet<>();
LinkedHashSet<String> linkedHashSet = new LinkedHashSet<>();
TreeSet<String> treeSet = new TreeSet<>(); for (String data : Arrays.asList("B", "E", "D", "C", "A")) {
hashSet.add(data);
linkedHashSet.add(data);
treeSet.add(data);
} //不保证有序
System.out.println("Ordering in HashSet :" + hashSet); //FIFO保证安装插入顺序排序
System.out.println("Order of element in LinkedHashSet :" + linkedHashSet); //内部实现排序
System.out.println("Order of objects in TreeSet :" + treeSet); }

运行结果:
Ordering in HashSet :[A, B, C, D, E] (无顺序)
Order of element in LinkedHashSet :[B, E, D, C, A] (FIFO插入有序)
Order of objects in TreeSet :[A, B, C, D, E] (排序)

(二).TreeSet的两种排序方式比较

1.排序的引入(以基本数据类型的排序为例)

由于TreeSet可以实现对元素按照某种规则进行排序,例如下面的例子

public class MyClass {

    public static void main(String[] args) {
// 创建集合对象
// 自然顺序进行排序
TreeSet<Integer> ts = new TreeSet<Integer>(); // 创建元素并添加
// 20,18,23,22,17,24,19,18,24
ts.add(20);
ts.add(18);
ts.add(23);
ts.add(22);
ts.add(17);
ts.add(24);
ts.add(19);
ts.add(18);
ts.add(24); // 遍历
for (Integer i : ts) {
System.out.println(i);
}
}
}

运行结果:
17
18
19
20
22
23
24

2.如果是引用数据类型呢,比如自定义对象,又该如何排序呢?

测试类:

public class MyClass {
public static void main(String[] args) {
TreeSet<Student> ts=new TreeSet<Student>();
//创建元素对象
Student s1=new Student("zhangsan",20);
Student s2=new Student("lis",22);
Student s3=new Student("wangwu",24);
Student s4=new Student("chenliu",26);
Student s5=new Student("zhangsan",22);
Student s6=new Student("qianqi",24); //将元素对象添加到集合对象中
ts.add(s1);
ts.add(s2);
ts.add(s3);
ts.add(s4);
ts.add(s5);
ts.add(s6); //遍历
for(Student s:ts){
System.out.println(s.getName()+"-----------"+s.getAge());
}
}
}

Student.java:

public class Student {
private String name;
private int age; public Student() {
super();
// TODO Auto-generated constructor stub
} public Student(String name, int age) {
super();
this.name = name;
this.age = age;
} public String getName() {
return name;
} public void setName(String name) {
this.name = name;
} public int getAge() {
return age;
} public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
}

结果报错:

Java集合中List,Set以及Map等集合体系详解
原因分析:
由于不知道该安照那一中排序方式排序,所以会报错。
解决方法:
1.自然排序
2.比较器排序

(1).自然排序

自然排序要进行一下操作:
1.Student类中实现 Comparable接口
2.重写Comparable接口中的Compareto方法

compareTo(T o)  比较此对象与指定对象的顺序。
 
public class Student implements Comparable<Student>{
private String name;
private int age; public Student() {
super();
// TODO Auto-generated constructor stub
} public Student(String name, int age) {
super();
this.name = name;
this.age = age;
} public String getName() {
return name;
} public void setName(String name) {
this.name = name;
} public int getAge() {
return age;
} public void setAge(int age) {
this.age = age;
} @Override
public int compareTo(Student s) {
//return -1; //-1表示放在红黑树的左边,即逆序输出
//return 1; //1表示放在红黑树的右边,即顺序输出
//return o; //表示元素相同,仅存放第一个元素
//主要条件 姓名的长度,如果姓名长度小的就放在左子树,否则放在右子树
int num=this.name.length()-s.name.length();
//姓名的长度相同,不代表内容相同,如果按字典顺序此 String 对象位于参数字符串之前,则比较结果为一个负整数。
//如果按字典顺序此 String 对象位于参数字符串之后,则比较结果为一个正整数。
//如果这两个字符串相等,则结果为 0
int num1=num==0?this.name.compareTo(s.name):num;
//姓名的长度和内容相同,不代表年龄相同,所以还要判断年龄
int num2=num1==0?this.age-s.age:num1;
return num2;
}
}

运行结果:

lis-----------22
qianqi-----------24
wangwu-----------24
chenliu-----------26
zhangsan-----------20
zhangsan-----------22

(2).比较器排序

比较器排序步骤:
1.单独创建一个比较类,这里以MyComparator为例,并且要让其继承Comparator接口
2.重写Comparator接口中的Compare方法

compare(T o1,T o2)      比较用来排序的两个参数。
 

3.在主类中使用下面的 构造方法

TreeSet(Comparator<? superE> comparator)
构造一个新的空 TreeSet,它根据指定比较器进行排序。
 
  • 1

测试类:

public class MyClass {

    public static void main(String[] args) {
//创建集合对象
//TreeSet(Comparator<? super E> comparator) 构造一个新的空 TreeSet,它根据指定比较器进行排序。
TreeSet<Student> ts=new TreeSet<Student>(new MyComparator()); //创建元素对象
Student s1=new Student("zhangsan",20);
Student s2=new Student("lis",22);
Student s3=new Student("wangwu",24);
Student s4=new Student("chenliu",26);
Student s5=new Student("zhangsan",22);
Student s6=new Student("qianqi",24); //将元素对象添加到集合对象中
ts.add(s1);
ts.add(s2);
ts.add(s3);
ts.add(s4);
ts.add(s5);
ts.add(s6); //遍历
for(Student s:ts){
System.out.println(s.getName()+"-----------"+s.getAge());
}
}
}

Student.java:

public class Student {
private String name;
private int age; public Student() {
super();
// TODO Auto-generated constructor stub
} public Student(String name, int age) {
super();
this.name = name;
this.age = age;
} public String getName() {
return name;
} public void setName(String name) {
this.name = name;
} public int getAge() {
return age;
} public void setAge(int age) {
this.age = age;
} }

MyComparator类:

public class MyComparator implements Comparator<Student> {

    @Override
public int compare(Student s1,Student s2) {
// 姓名长度
int num = s1.getName().length() - s2.getName().length();
// 姓名内容
int num2 = num == 0 ? s1.getName().compareTo(s2.getName()) : num;
// 年龄
int num3 = num2 == 0 ? s1.getAge() - s2.getAge() : num2;
return num3;
} }

运行结果:

lis-----------22
qianqi-----------24
wangwu-----------24
chenliu-----------26
zhangsan-----------20
zhangsan-----------22

(三). 性能测试

对象类:

class Dog implements Comparable<Dog> {
int size;
public Dog(int s) {
size = s;
}
public String toString() {
return size + "";
}
@Override
public int compareTo(Dog o) {
//数值大小比较
return size - o.size;
}
}

主类:

public class MyClass {

    public static void main(String[] args) {

        Random r = new Random();
HashSet<Dog> hashSet = new HashSet<Dog>();
TreeSet<Dog> treeSet = new TreeSet<Dog>();
LinkedHashSet<Dog> linkedSet = new LinkedHashSet<Dog>(); // start time
long startTime = System.nanoTime();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
int x = r.nextInt(1000 - 10) + 10;
hashSet.add(new Dog(x));
} // end time
long endTime = System.nanoTime();
long duration = endTime - startTime;
System.out.println("HashSet: " + duration); // start time
startTime = System.nanoTime();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
int x = r.nextInt(1000 - 10) + 10;
treeSet.add(new Dog(x));
}
// end time
endTime = System.nanoTime();
duration = endTime - startTime;
System.out.println("TreeSet: " + duration); // start time
startTime = System.nanoTime();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
int x = r.nextInt(1000 - 10) + 10;
linkedSet.add(new Dog(x));
} // end time
endTime = System.nanoTime();
duration = endTime - startTime;
System.out.println("LinkedHashSet: " + duration);
} }

运行结果:

HashSet: 1544313
TreeSet: 2066049
LinkedHashSet: 629826
虽然测试不够准确,但能反映得出,TreeSet要慢得多,因为它是有序的。

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转载来源 https://blog.csdn.net/zhangqunshuai/article/details/80660974

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