java集合介绍（List，Set，Map）

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发布时间：2019-06-11

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前言

介绍java的常用集合+各个集合使用用例
欢迎转载，请注明作者和出处哦☺

参考：
1，《Java核心编程技术（第二版）》
2，

java 集合基本概念

在《Java核心编程技术（第二版）》中是这样介绍java集合的：

java中的集合框架提供了一套设计优良的接口和类，使程序员操作成批的数据或对象元素极为方便。这些接口和类有很多对抽象数据类型操作的API，这是我们常用的且在数据结构中熟知的，例如：Maps，Sets，Lists，Arrays等，并且Java用面向对象的设计对这些数据结构和算法进行了封装，这极大地减轻了程序员编程时的负担。程序员也可以以这个集合框架为基础，定义更高级别的数据抽象，比如栈，队列和线程安全的集合等，从而满足自己的需要。

在日常编程中，经常需要对多个数据进行存储。从传统意义上讲，数组是一个很好的选择，但是一个数组经常需要指定好长度，且这个长度是不可变得。这时我们需要一个可以动态增长的“数组”，而java的集合类就是一个很好的设计方案。

java的集合框架可以简化为如下图所示（本图来自于《Java核心编程技术（第二版）》）： java集合框架图

再细化后变为：

从上图中，我们可以看出java集合框架主要提供三种类型的集合（Set，List，Map）和一个迭代器。

Set 集合

Set集合中的对象无排列顺序，且没有重复的对象。可以把Set集合理解为一个口袋，往里面丢的对象是无顺序的。

对Set集合中成员的访问和操作是通过对集合中对象的引用进行的，所以Set集合不能有重复对象（包括Set的实现类）。

Set判断集合中两个对象相同不是使用"=="运算符，而是根据equals方法。每次加入一个新对象时，如果这个新对象和当前Set中已有对象进行equals方法比较都返回false时，则允许添加对象，否则不允许。

Set集合的主要实现类：

HashSet：按照哈希算法来存储集合中的对象，速度较快。

LinkedHashSet：不仅实现了哈希算法，还实现了链表的数据结构，提供了插入和删除的功能。当遍历LinkedHashSet集合里的元素时，LinkedHashSet将会按元素的添加顺序来访问集合里的元素。

TreeSet：实现了SortedSet接口（此接口主要用于排序操作，即实现此接口的子类都属于排序的子类）。

EnumSet：专门为枚举类设计的有序集合类，EnumSet中所有元素都必须是指定枚举类型的枚举值，该枚举类型在创建EnumSet时显式、或隐式地指定。

Set 集合应用场景

hashSet场景：

public class MyCollectionsDemo {    public static void main(String[] args)    {        HashSet books = new HashSet();        //分别向books集合中添加两个A对象，两个B对象，两个C对象        books.add(new A());        books.add(new A());        books.add(new B());        books.add(new B());        books.add(new C());        books.add(new C());        System.out.println(books);    }}//类A的equals方法总是返回true,但没有重写其hashCode()方法。不能保证当前对象是HashSet中的唯一对象class A {    @Override    public boolean equals(Object obj) {        return true;    }}//类B的hashCode()方法总是返回1,但没有重写其equals()方法。不能保证当前对象是HashSet中的唯一对象class B {    @Override    public int hashCode() {        return 1;    }}//类C的hashCode()方法总是返回2,且有重写其equals()方法class C{    public int hashCode()    {        return 2;    }    public boolean equals(Object obj)    {        return true;    }}

输出结果：

[B@1, B@1, A@1b28cdfa, C@2, A@65ab7765]

可以看到，当两个对象equals()方法比较返回true时（即两个对象的equals相同），但hashCode()方法返回不同的hashCode值时，对象可以添加成功（集合中有两个A对象）。如果两个对象的hashCode相同，但是它们的equlas返回值不同，HashSet会在这个位置用链式结构来保存多个对象（B@1, B@1）。而HashSet访问集合元素时也是根据元素的HashCode值来快速定位的。

可以看出，HashSet集合通过hashCode()采用hash算法来决定元素的存储位置，如上输出的（B，B）和（A，A），但是这并不符合Set集合没有重复的对象的规则，所以如果需要把某个类的对象保存到HashSet集合时，在重写这个类的equlas()方法和hashCode()方法时，应该尽量保证两个对象通过equals()方法比较返回true时，它们的hashCode()方法返回值也相等。

LinkedHashSet场景：

public class MyCollectionsDemo {    public static void main(String[] args)    {        HashSet hashSet = new HashSet();        hashSet.add("hello");        hashSet.add("world");        hashSet.add("hashSet");        //输出：[world, hashSet, hello]        System.out.println(hashSet);        LinkedHashSet linkedHashSet = new LinkedHashSet();        linkedHashSet.add("Hello");        linkedHashSet.add("World");        linkedHashSet.add("linkedHashSet");        //输出：[Hello, World, linkedHashSet]        System.out.println(linkedHashSet);        //删除 Hello        linkedHashSet.remove("Hello");        //重新添加 Hello        linkedHashSet.add("Hello");        //输出：[World, linkedHashSet, Hello]        System.out.println(linkedHashSet);                //再次添加 Hello        linkedHashSet.add("Hello");        //输出：[World, linkedHashSet, Hello]        System.out.println(linkedHashSet);    }}

可以看出，linkedHashSet最大的特点就是有排序（以元素添加的顺序）。同时，linkedHashSet作为HashSet的子类且实现了Set接口，所以不允许集合元素重复。

TreeSet场景：

public class MyCollectionsDemo {    public static void main(String[] args)    {        TreeSet treeSet = new TreeSet();        //添加四个Integer对象        treeSet.add(9);        treeSet.add(6);        treeSet.add(-4);        treeSet.add(3);        //输出:[-4, 3, 6, 9](集合元素自动排序)        System.out.println(treeSet);        //输出:-4        System.out.println(treeSet.first()); //输出集合里的第一个元素        //输出:9        System.out.println(treeSet.last());  //输出集合里的最后一个元素        //输出:[-4, 3]        System.out.println(treeSet.headSet(6)); //返回小于6的子集，不包含6        //输出:[3, 6, 9]        System.out.println(treeSet.tailSet(3)); //返回大于3的子集，包含3        //输出:[-4, 3]        System.out.println(treeSet.subSet(-4 , 6)); //返回大于等于-4，小于6的子集    }}

可以看出TreeSet会自动排序好存入的数据。TreeSet采用红黑树的数据结构来存储集合元素，支持两种排序方式: 自然排序、定制排序。

自然排序：调用集合元素的compareTo(Object obj)方法来比较元素之间的大小关系，然后将集合元素按升序排序。如果试图把一个对象添加到TreeSet时，则该对象的类必须实现Comparable接口，否则程序会抛出异常。

定制排序：TreeSet的自然排序是根据集合元素的大小，TreeSet将它们以升序排序。如果我们需要实现定制排序，则可以通过Comparator接口里的int compare(T o1， T o2)方法，该方法用于比较大小。
如下为定制排序实例：

public class MyCollectionsDemo {    public static void main(String[] args)    {        TreeSet treeSet = new TreeSet(new Comparator()        {            //根据M对象的age属性来决定大小            public int compare(Object o1, Object o2)            {                M m1 = (M)o1;                M m2 = (M)o2;                return m1.age > m2.age ? -1                        : m1.age < m2.age ? 1 : 0;            }        });        treeSet.add(new M(5));        treeSet.add(new M(-3));        treeSet.add(new M(9));        System.out.println(treeSet);    }}class M{    int age;    public M(int age)    {        this.age = age;    }    public String toString()    {        return "M[age:" + age + "]";    }}

TreeSet总结

当把一个对象加入TreeSet集合时，TreeSet会调用该对象的compareTo(Object obj)方法与容器中的其他对象比较大小，然后根据红黑树结构找到它的存储位置（如果两个对象通过compareTo(Object obj)方法比较相等，则添加失败）。

自然排序、定制排序、Comparator决定的是谁大的问题，即按什么顺序(升序、降序)进行排序。

EnumSet场景：

enum SeasonEnum{    SPRING,SUMMER,FALL,WINTER}public class MyCollectionsDemo {    public static void main(String[] args)    {        //allOf：集合中的元素就是SeasonEnum枚举类的全部枚举值        EnumSet es1 = EnumSet.allOf(SeasonEnum.class);        //输出：[SPRING,SUMMER,FALL,WINTER]        System.out.println(es1);        //noneOf：指定SeasonEnum类的枚举值。        EnumSet es2 = EnumSet.noneOf(SeasonEnum.class);        //输出：[]        System.out.println(es2);        //手动添加两个元素        es2.add(SeasonEnum.WINTER);        es2.add(SeasonEnum.SPRING);        //输出：[SPRING,WINTER]（EnumSet会自动排序）        System.out.println(es2);        //of：指定枚举值        EnumSet es3 = EnumSet.of(SeasonEnum.SUMMER , SeasonEnum.WINTER);        //输出：[SUMMER,WINTER]        System.out.println(es3);    }}

Set 集合总结

1) HashSet的性能比TreeSet好(包括添加、查询元素等操作)，因为TreeSet需要额外的红黑树算法来维护集合元素的次序。

当需要一个始终保持排序的Set时，才使用TreeSet，否则使用HashSet。

2) 对于LinkedHashSet，普通的插入、删除操作比HashSet要略慢一点，因为维护链表会带来的一定的开销。好处是，遍历比HashSet会更快

3) EnumSet是所有Set实现类中性能最好的。

4) HashSet、TreeSet、EnumSet都是"线程不安全"的，可以通过Collections工具类的synchronizedSortedSet方法来"包装"该Set集合。

SortedSet s = Collections.synchronizedSortedSet(new TreeSet(...));

List 集合

集合中的对象按照索引的顺序排序，可以有重复的对象。List与数组相似。

List以线型方式存储，默认按元素的添加顺序设置元素的索引。

List集合的主要实现类：

ArrayList：可以理解为长度可变的数组。可以对集合中的元素快速随机访问，但是做插入或删除操作时效率较低。

LinkedList：使用链表的数据接口。与ArrayList相反，插入或删除操作时速度快，但是随机访问速度慢。同时实现List接口和Deque接口，能对它进行队列操作，即可以根据索引来随机访问集合中的元素，也能将LinkedList当作双端队列使用，自然也可以被当作"栈来使用（可以实现“fifo先进先出，filo后入先出”）

List 集合应用场景

ArrayList场景：

public class MyCollectionsDemo {    public static void main(String[] args)    {        List list = new ArrayList();        //添加三个元素        list.add(new String("list第一个元素"));        list.add(new String("list第二个元素"));        list.add(new String("list第三个元素"));        //输出：[list第一个元素, list第二个元素, list第三个元素]        System.out.println(list);        //在list第二个位置插入新元素        list.add(1 , new String("在list第二个位置插入的元素"));        for (int i = 0 ; i < list.size() ; i++ )        {            /**             * 输出：             * list第一个元素             * 在list第二个位置插入的元素             * list第二个元素             * list第三个元素             */            System.out.println(list.get(i));        }        //删除第三个元素        list.remove(2);        //输出：[list第一个元素, 在list第二个位置插入的元素, list第三个元素]        System.out.println(list);        //判断指定元素在List集合中位置：输出1，表明位于第二位        System.out.println(list.indexOf(new String("在list第二个位置插入的元素")));          //将第二个元素替换成新的字符串对象        list.set(1, new String("第二个元素替换成新的字符串对象"));        //输出：[list第一个元素, 第二个元素替换成新的字符串对象, list第三个元素]        System.out.println(list);        //将list集合的第二个元素（包括）~到第三个元素（不包括）截取成子集合        //输出：[第二个元素替换成新的字符串对象]        System.out.println(list.subList(1 , 2));    }}

LinkedList场景：

public class MyCollectionsDemo {    public static void main(String[] args)    {        LinkedList linkedList = new LinkedList();        //将字符串元素加入队列的尾部(双端队列)        linkedList.offer("队列的尾部");        //将一个字符串元素加入栈的顶部(双端队列)        linkedList.push("栈的顶部");        //将字符串元素添加到队列的头(相当于栈的顶部)        linkedList.offerFirst("队列的头");        for (int i = 0; i < linkedList.size() ; i++ )        {            /**             * 输出：             * 队列的头             * 栈的顶部             * 队列的尾部             */            System.out.println(linkedList.get(i));        }        //访问、并不删除栈顶的元素        //输出：队列的头        System.out.println(linkedList.peekFirst());        //访问、并不删除队列的最后一个元素        //输出：队列的尾部        System.out.println(linkedList.peekLast());        System.out.println("end");        //将栈顶的元素弹出"栈"        //输出：队列的头        System.out.println(linkedList.pop());        //下面输出将看到队列中第一个元素被删除        //输出：[栈的顶部, 队列的尾部]        System.out.println(linkedList);        //访问、并删除队列的最后一个元素        //输出：队列的尾部        System.out.println(linkedList.pollLast());        //下面输出将看到队列中只剩下中间一个元素：        //输出：[栈的顶部]        System.out.println(linkedList);    }}

Map 集合

Map是一种把键对象(key)和值对象(value)进行映射的集合（k-v）。k相当于v的索引，v仍然可以是Map类型(k-v)。

key和value都可以是任何引用类型的数据。

Map的key不允许重复，即同一个Map对象的任何两个key通过equals方法比较结果总是返回false。

key集的存储形式和Set集合完全相同(即key不能重复)

value集的存储形式和List非常类似(即value可以重复、根据索引来查找)

Map集合的主要实现类：

HashMap：按照哈希算法来存取key，有很好的存取性能，和HashSet一样，要求覆盖equals()方法和hasCode()方法，同时也不能保证集合中每个key-value对的顺序。

LinkedHashMap：使用双向链表来维护key-value对的次序，该链表负责维护Map的迭代顺序，与key-value对的插入顺序一致。

TreeMap：一个红黑树数据结构，每个key-value对即作为红黑树的一个节点。实现了SortedMap接口，能对key进行排序。TreeMap可以保证所有的key-value对处于有序状态。同样，TreeMap也有两种排序方式（自然排序、定制排序）

Map 集合应用场景

Hashtable场景：

public class MyCollectionsDemo {    public static void main(String[] args)    {        Hashtable hashtable = new Hashtable();        hashtable.put(new A(10086) , "hashtable10086");        hashtable.put(new A(10010) , "hashtable10010");        hashtable.put(new A(10011) , new B());        //输出：{A@2766=hashtable10086, A@271b=B@65ab7765, A@271a=hashtable10010}        System.out.println(hashtable);        //只要两个对象通过equals比较返回true，Hashtable就认为它们是相等的value。        //由于Hashtable中有一个B对象，        //它与任何对象通过equals比较都相等，所以下面输出true。        System.out.println(hashtable.containsValue("测试字符串"));        //只要两个A对象的count相等，它们通过equals比较返回true，且hashCode相等        //Hashtable即认为它们是相同的key，所以下面输出true。        System.out.println(hashtable.containsKey(new A(10086)));        //删除最后一个key-value对        hashtable.remove(new A(10011));        //通过返回Hashtable的所有key组成的Set集合，        //从而遍历Hashtable每个key-value对        for (Object key : hashtable.keySet())        {            /**             * 输出：             * A@2766---->hashtable10086             * A@271a---->hashtable10010             */            System.out.print(key + "---->");            System.out.print(hashtable.get(key) + "\n");        }    }}class A{    int count;    public A(int count)    {        this.count = count;    }    //根据count的值来判断两个对象是否相等。    public boolean equals(Object obj)    {        if (obj == this)            return true;        if (obj!=null && obj.getClass()==A.class)        {            A a = (A)obj;            return this.count == a.count;        }        return false;    }    //根据count来计算hashCode值。    public int hashCode()    {        return this.count;    }}class B{    //重写equals()方法，B对象与任何对象通过equals()方法比较都相等    public boolean equals(Object obj)    {        return true;    }}

当使用自定义类作为HashMap、Hashtable的key时，如果重写该类的equals(Object obj)和hashCode()方法，则应保证两个方法的判断标准一致(当两个key通过equals()方法比较返回true时，两个key的hashCode()的返回值也应该相同)

LinkedHashMap场景：

public class MyCollectionsDemo {    public static void main(String[] args)    {        LinkedHashMap scores = new LinkedHashMap();        scores.put("语文" , 80);        scores.put("英文" , 82);        scores.put("数学" , 76);        //遍历scores里的所有的key-value对        for (Object key : scores.keySet())        {            /**             * 输出：             * 语文------>80             * 英文------>82             * 数学------>76             */            System.out.println(key + "------>" + scores.get(key));        }    }}

LinkedHashMap中的集合排序与插入的顺序保持一致

TreeMap场景：

class R implements Comparable{    int count;    public R(int count)    {        this.count = count;    }    public String toString()    {        return "R[count:" + count + "]";    }    //根据count来判断两个对象是否相等。    public boolean equals(Object obj)    {        if (this == obj)            return true;        if (obj!=null                && obj.getClass()==R.class)        {            R r = (R)obj;            return r.count == this.count;        }        return false;    }    //根据count属性值来判断两个对象的大小。    public int compareTo(Object obj)    {        R r = (R)obj;        return count > r.count ? 1 :                count < r.count ? -1 : 0;    }}public class MyCollectionsDemo {    public static void main(String[] args)    {        TreeMap treeMap = new TreeMap();        treeMap.put(new R(10010) , "treemap10010");        treeMap.put(new R(-4396) , "treemap-4396");        treeMap.put(new R(10086) , "treemap10086");        //treeMap自动排序        //输出：{R[count:-4396]=treemap-4396, R[count:10010]=treemap10010, R[count:10086]=treemap10086}        System.out.println(treeMap);        //返回该TreeMap的第一个Entry对象        //输出：R[count:-4396]=treemap-4396        System.out.println(treeMap.firstEntry());        //返回该TreeMap的最后一个key值        //输出：R[count:10086]        System.out.println(treeMap.lastKey());        //返回该TreeMap的比new R(2)大的最小key值。        //输出：R[count:10010]        System.out.println(treeMap.higherKey(new R(2)));        //返回该TreeMap的比new R(2)小的最大的key-value对。        输出：R[count:-4396]=treemap-4396        System.out.println(treeMap.lowerEntry(new R(2)));        //返回该TreeMap的子TreeMap        输出：{R[count:-4396]=treemap-4396, R[count:10010]=treemap10010}        System.out.println(treeMap.subMap(new R(-5000) , new R(10086)));    }}