Java集合中List,Set以及Map等集合體系詳解(史上最全)

DeepReading 2019-04-10

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概述:

List , Set, Map都是接口，前兩個(gè)繼承至collection接口，Map為獨(dú)立接口
Set下有HashSet，LinkedHashSet，TreeSet
List下有ArrayList，Vector，LinkedList
Map下有Hashtable，LinkedHashMap，HashMap，TreeMap
collection接口下還有個(gè)Queue接口，有PriorityQueue類

這里寫圖片描述

注意:

Queue接口與List、Set同一級(jí)別，都是繼承了collection接口。
看圖你會(huì)發(fā)現(xiàn),LinkedList既可以實(shí)現(xiàn)Queue接口,也可以實(shí)現(xiàn)List接口.只不過呢, LinkedList實(shí)現(xiàn)了Queue接口。Queue接口窄化了對(duì)LinkedList的方法的訪問權(quán)限（即在方法中的參數(shù)類型如果是Queue時(shí)，就完全只能訪問Queue接口所定義的方法了，而不能直接訪問 LinkedList的非Queue的方法），以使得只有恰當(dāng)?shù)姆椒ú趴梢允褂谩?/p>
SortedSet是個(gè)接口，它里面的（只有TreeSet這一個(gè)實(shí)現(xiàn)可用）中的元素一定是有序的。

總結(jié):

connection接口(注意首字母小寫):

— List 有序,可重復(fù)

ArrayList
優(yōu)點(diǎn): 底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是數(shù)組，查詢快，增刪慢。
缺點(diǎn): 線程不安全，效率高
Vector
優(yōu)點(diǎn): 底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是數(shù)組，查詢快，增刪慢。
缺點(diǎn): 線程安全，效率低
LinkedList
優(yōu)點(diǎn): 底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是鏈表，查詢慢，增刪快。
缺點(diǎn): 線程不安全，效率高

—Set 無序,唯一

HashSet
底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是哈希表。(無序,唯一)
如何來保證元素唯一性?
1.依賴兩個(gè)方法：hashCode()和equals()
LinkedHashSet
底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是鏈表和哈希表。(FIFO插入有序,唯一)
1.由鏈表保證元素有序
2.由哈希表保證元素唯一
TreeSet
底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是紅黑樹。(唯一，有序)
1. 如何保證元素排序的呢?
自然排序
比較器排序
2.如何保證元素唯一性的呢?
根據(jù)比較的返回值是否是0來決定

針對(duì)collection集合我們到底使用誰呢?(掌握)

唯一嗎?

是：Set

排序嗎?

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

否：List

要安全嗎?

是：Vector
否：ArrayList或者LinkedList

查詢多：ArrayList
增刪多：LinkedList
如果你知道是List，但是不知道是哪個(gè)List，就用ArrayList。

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

說完了collection,來簡(jiǎn)單說一下Map.

Map接口:

上圖:
這里寫圖片描述

Map接口有三個(gè)比較重要的實(shí)現(xiàn)類，分別是HashMap、TreeMap和HashTable。

TreeMap是有序的，HashMap和HashTable是無序的。
Hashtable的方法是同步的，HashMap的方法不是同步的。這是兩者最主要的區(qū)別。

這就意味著:

Hashtable是線程安全的，HashMap不是線程安全的。
HashMap效率較高，Hashtable效率較低。
如果對(duì)同步性或與遺留代碼的兼容性沒有任何要求，建議使用HashMap。查看Hashtable的源代碼就可以發(fā)現(xiàn)，除構(gòu)造函數(shù)外，Hashtable的所有 public 方法聲明中都有 synchronized關(guān)鍵字，而HashMap的源碼中則沒有。
Hashtable不允許null值，HashMap允許null值（key和value都允許）
父類不同：Hashtable的父類是Dictionary，HashMap的父類是AbstractMap

重點(diǎn)問題重點(diǎn)分析:

(一).TreeSet, LinkedHashSet and HashSet 的區(qū)別

1. 介紹

TreeSet, LinkedHashSet and HashSet 在java中都是實(shí)現(xiàn)Set的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

TreeSet的主要功能用于排序
LinkedHashSet的主要功能用于保證FIFO即有序的集合(先進(jìn)先出)
HashSet只是通用的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的集合

2. 相同點(diǎn)

Duplicates elements: 因?yàn)槿叨紝?shí)現(xiàn)Set interface，所以三者都不包含duplicate elements

Thread safety: 三者都不是線程安全的，如果要使用線程安全可以collections.synchronizedSet()

3. 不同點(diǎn)

Performance and Speed: HashSet插入數(shù)據(jù)最快，其次LinkHashSet，最慢的是TreeSet因?yàn)閮?nèi)部實(shí)現(xiàn)排序

Ordering: HashSet不保證有序，LinkHashSet保證FIFO即按插入順序排序，TreeSet安裝內(nèi)部實(shí)現(xiàn)排序，也可以自定義排序規(guī)則
null:HashSet和LinkHashSet允許存在null數(shù)據(jù)，但是TreeSet中插入null數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)報(bào)NullPointerException

4. 代碼比較

  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);
        }

        //不保證有序
        System.out.println("Ordering in HashSet :" + hashSet);

        //FIFO保證安裝插入順序排序
        System.out.println("Order of element in LinkedHashSet :" + linkedHashSet);

        //內(nèi)部實(shí)現(xiàn)排序
        System.out.println("Order of objects in TreeSet :" + treeSet);


    }

運(yùn)行結(jié)果:
Ordering in HashSet :[A, B, C, D, E] (無順序)
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的兩種排序方式比較

1.排序的引入(以基本數(shù)據(jù)類型的排序?yàn)槔?

由于TreeSet可以實(shí)現(xiàn)對(duì)元素按照某種規(guī)則進(jìn)行排序，例如下面的例子

public class MyClass {

    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建集合對(duì)象
        // 自然順序進(jìn)行排序
        TreeSet<Integer> ts = new TreeSet<Integer>();

        // 創(chuàng)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);

        // 遍歷
        for (Integer i : ts) {
            System.out.println(i);
        }
    }
}

運(yùn)行結(jié)果:
17
18
19
20
22
23
24

2.如果是引用數(shù)據(jù)類型呢,比如自定義對(duì)象,又該如何排序呢?

測(cè)試類:

public class MyClass {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet<Student> ts=new TreeSet<Student>();
        //創(chuàng)建元素對(duì)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);

        //將元素對(duì)象添加到集合對(duì)象中
        ts.add(s1);
        ts.add(s2);
        ts.add(s3);
        ts.add(s4);
        ts.add(s5);
        ts.add(s6);

        //遍歷
        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;
    }
}

結(jié)果報(bào)錯(cuò):

原因分析：
由于不知道該安照那一中排序方式排序，所以會(huì)報(bào)錯(cuò)。
解決方法：
1.自然排序
2.比較器排序

(1).自然排序

自然排序要進(jìn)行一下操作：
1.Student類中實(shí)現(xiàn) Comparable接口
2.重寫Comparable接口中的Compareto方法

compareTo(T o)  比較此對(duì)象與指定對(duì)象的順序。

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表示放在紅黑樹的左邊,即逆序輸出
        //return 1;  //1表示放在紅黑樹的右邊，即順序輸出
        //return o;  //表示元素相同，僅存放第一個(gè)元素
        //主要條件 姓名的長(zhǎng)度,如果姓名長(zhǎng)度小的就放在左子樹，否則放在右子樹
        int num=this.name.length()-s.name.length();
        //姓名的長(zhǎng)度相同，不代表內(nèi)容相同,如果按字典順序此 String 對(duì)象位于參數(shù)字符串之前，則比較結(jié)果為一個(gè)負(fù)整數(shù)。
        //如果按字典順序此 String 對(duì)象位于參數(shù)字符串之后，則比較結(jié)果為一個(gè)正整數(shù)。
        //如果這兩個(gè)字符串相等，則結(jié)果為 0
        int num1=num==0?this.name.compareTo(s.name):num;
        //姓名的長(zhǎng)度和內(nèi)容相同，不代表年齡相同，所以還要判斷年齡
        int num2=num1==0?this.age-s.age:num1;
        return num2;
    }
}

運(yùn)行結(jié)果:

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

(2).比較器排序

比較器排序步驟：
1.單獨(dú)創(chuàng)建一個(gè)比較類，這里以MyComparator為例，并且要讓其繼承Comparator接口
2.重寫Comparator接口中的Compare方法

compare(T o1,T o2)      比較用來排序的兩個(gè)參數(shù)。

3.在主類中使用下面的構(gòu)造方法

TreeSet(Comparator<? superE> comparator)
          構(gòu)造一個(gè)新的空 TreeSet，它根據(jù)指定比較器進(jìn)行排序。

測(cè)試類:

public class MyClass {

    public static void main(String[] args) {
        //創(chuàng)建集合對(duì)象
        //TreeSet(Comparator<? super E> comparator) 構(gòu)造一個(gè)新的空 TreeSet，它根據(jù)指定比較器進(jìn)行排序。
        TreeSet<Student> ts=new TreeSet<Student>(new MyComparator());

        //創(chuàng)建元素對(duì)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);

        //將元素對(duì)象添加到集合對(duì)象中
        ts.add(s1);
        ts.add(s2);
        ts.add(s3);
        ts.add(s4);
        ts.add(s5);
        ts.add(s6);

        //遍歷
        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類：

public class MyComparator implements Comparator<Student> {

    @Override
    public int compare(Student s1,Student s2) {
        // 姓名長(zhǎng)度
        int num = s1.getName().length() - s2.getName().length();
        // 姓名內(nèi)容
        int num2 = num == 0 ? s1.getName().compareTo(s2.getName()) : num;
        // 年齡
        int num3 = num2 == 0 ? s1.getAge() - s2.getAge() : num2;
        return num3;
    }

}

運(yùn)行結(jié)果:

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

(三). 性能測(cè)試

對(duì)象類:

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

主類:

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);
    }

}

運(yùn)行結(jié)果:

HashSet: 1544313
TreeSet: 2066049
LinkedHashSet: 629826
雖然測(cè)試不夠準(zhǔn)確,但能反映得出，TreeSet要慢得多,因?yàn)樗怯行虻摹?/p>

好了,至此完結(jié).小伙伴有問題的話,請(qǐng)留言

參考文章:
HashSet、TreeSet和LinkedHashSet的使用區(qū)別
 collection集合總結(jié)
HashMap、TreeMap和HashTable的區(qū)別

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