史上最全Java集合中List,Set以及Map等集合体系详解

一、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

二、collection接口

  史上最全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

使用:针对collection集合我们到底使用谁呢?(掌握)

史上最全Java集合中List,Set以及Map等集合体系详解

三、Map接口

史上最全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

四、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?

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());
    }
  }
} public class Student {
  private String name;
  private int age;   public Student() {
    super();
  }   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;
  }
} // 运行结果-报错
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException:com.example.javademo.Student cannot be caset to java.lang.Comparable. //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

2.1.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(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();
  }   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

2.2.比较器排序
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。

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());
    }
  }
} public class Student {
  private String name;
  private int age;   public Student() {
    super();
  }   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;
  }
} 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。

转载自:https://blog.csdn.net/zhangqunshuai/article/details/80660974,对原文不合理的地方我做了适当的修改,另外,转载的目的在于知识的自我化,同时为了备份。

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