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外围概述:本篇咱们将持续深刻学习 Collection 汇合之 Set 系列汇合,并且会剖析 Set 汇合的源码,帮我咱们更好的了解 Set 汇合的特点。同时也会具体学习 Java 中的泛型、Collections 工具类、数据结构红黑树的特点。
第一章:Collections 工具类
1.1-Collections 罕用办法(记忆)
java.utils.Collections 是 汇合工具类,提供一系列静态方法用来对汇合进行操作。罕用的办法如下:
public static <T> boolean addAll(Collection<T> c, T... elements)
: 往汇合中增加一些元素。public static void shuffle(List<?> list)
打乱程序 : 打乱汇合程序。public static <T> void sort(List<T> list)
: 将汇合中元素依照默认规定排序。public static <T> void sort(List<T> list,Comparator<? super T>)
: 将汇合中元素依照指定规定排序。
示例代码如下:
ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
//public static <T> boolean addAll(Collection<T> c, T... elements) : 往汇合中增加一些元素。Collections.addAll(list, 1, 3, 4, 5, 6, 8, 7);
System.out.println(list); // [1, 3, 4, 5, 6, 8, 7]
//public static void shuffle(List<?> list) 打乱程序 : 打乱汇合程序。Collections.shuffle(list);
System.out.println(list); // 随机程序[5, 4, 6, 3, 7, 1, 8]
//public static <T> void sort(List<T> list) : 将汇合中元素依照默认规定排序。Collections.sort(list);
System.out.println(list); // 默认升序[1, 3, 4, 5, 6, 7, 8]
//public static <T> void sort(List<T> list,Comparator<? super T>) : 将汇合中元素依照指定规定排序。Collections.sort(list, new Comparator<Integer>() {
@Override
public int compare(Integer o1, Integer o2) {return o2-o1;}
});
System.out.println(list);
1.2- 比拟器 Comparator 接口(了解)
概述
public interface Comparator<T>
是一个比拟性能,对一些对象的汇合施加了一个 整体排序。应用这个性能排序时,须要重写该接口中的办法:int compare(T o1, T o2)
,其中 o1 和 o2 代表汇合中两个要比拟的元素,比拟其两个参数的程序。返回负整数,零或正整数,因为第一个参数小于,等于或大于第二个参数。
案例
需要:用汇合寄存一组学生对象,并应用汇合工具类对汇合中的学生对象排序(依照年龄从小到大的程序排序)。
Student 学生类
public class Student{
private String name;
private int age;
// 构造方法
//get/set
//toString
}
测试类
public static void main(String[] args) {ArrayList<Student> list = new ArrayList<Student>();
list.add(new Student("rose",18));
list.add(new Student("jack",16));
list.add(new Student("abc",20));
Collections.sort(list, new Comparator<Student>() {
// 匿名外部类中重写 Compare 办法
@Override
public int compare(Student o1, Student o2) {return o1.getAge()-o2.getAge();// 以学生的年龄升序
// return o2.getAge() - o2.getAge(); // 倒序
}
});
}
for (Student student : list) {System.out.println(student);
}
}
/* 后果:Student{name='jack', age=16}
Student{name='rose', age=18}
Student{name='abc', age=20}
*/
第二章:泛型
2.1- 概述(理解)
在后面学习汇合时,咱们都晓得汇合中是能够寄存任意对象的,只有把对象存储汇合后,那么这时他们都会被晋升成 Object 类型。当咱们在取出每一个对象,并且进行相应的操作,这时必须采纳类型转换。
咱们来看上面一段代码:
package www.penglei666.com.Demo03;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;
public class Test01 {public static void main(String[] args) {Collection coll = new ArrayList();
coll.add("abc");
coll.add("leigege");
coll.add(5);// 因为汇合没有做任何限定,任何类型都能够给其中寄存
Iterator it = coll.iterator();
while(it.hasNext()){
// 须要打印每个字符串的长度, 就要把迭代进去的对象转成 String 类型
String str = (String) it.next();
System.out.println(str.length());
}
}
}
异样:程序在运行时产生了问题java.lang.ClassCastException。
问题:为什么会产生类型转换异样呢?
剖析:因为汇合中什么类型的元素都能够存储。导致取出时强转引发运行时 ClassCastException。
解决 :怎么来解决这个问题呢?Collection 尽管能够存储各种对象,但实际上通常 Collection 只存储同一类型对象。例如都是存储字符串对象。因而在 JDK5 之后,新增了 泛型 (Generic) 语法,让你在设计 API 时能够指定类或办法反对泛型,这样咱们应用 API 的时候也变得更为简洁,并失去了编译期间的语法查看。
泛型:泛型,未知的类型,能够在类或办法中预支地应用未知的类型。应用泛型能够防止类型转换的麻烦。
留神:个别在创建对象时,将未知的类型确定具体的类型。
2.2- 泛型的作用(理解)
上一节只是解说了泛型的引入,那么泛型带来了哪些益处呢?
- 将运行期间的 ClassCastException,转移到了编译期间变成了编译失败。
- 防止了类型强转的麻烦。
通过咱们如下代码体验一下:
public static void main(String[] args) {Collection<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("abc");
list.add("leigege");
// list.add(5);// 当汇合明确类型后,寄存类型不统一就会编译报错
// 汇合曾经明确具体寄存的元素类型,那么在应用迭代器的时候,迭代器也同样会晓得具体遍历元素类型
Iterator<String> it = list.iterator();
while(it.hasNext()){String str = it.next();
// 当应用 Iterator<String> 管制元素类型后,就不须要强转了。获取到的元素间接就是 String 类型
System.out.println(str.length());
}
}
2.3- 定义和应用(记忆)
咱们在汇合中会大量应用到泛型,这里来残缺地学习泛型常识。
泛型,用来灵便地将数据类型 利用到不同的类、办法、接口当中。将数据类型作为参数进行传递。
定义和应用含有泛型的类
定义如下:
修饰符 class 类名 < 代表泛型的变量 > {}
例如,API 中的 ArrayList 汇合:
泛型在定义的时候不具体,应用的时候才变得具体。在应用的时候确定泛型的具体数据类型。
class ArrayList<E>{public boolean add(E e){ }
public E get(int index){ }
....
}
应用泛型:即什么时候确定泛型。
在创建对象的时候确定泛型
例如,ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
此时,变量 E 的值就是 String 类型, 那么咱们的类型就能够了解为:
class ArrayList<String>{public boolean add(String e){ }
public String get(int index){ }
...
}
再例如,ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
此时,变量 E 的值就是 Integer 类型, 那么咱们的类型就能够了解为:
class ArrayList<Integer> {public boolean add(Integer e) { }
public Integer get(int index) { }
...
}
定义和应用含有的泛型办法
定义如下:
修饰符 < 代表泛型的变量 > 返回值类型 办法名(参数){}
例如,
public class MyGenericMethod {public <MVP> void show(MVP mvp) {System.out.println(mvp.getClass());
}
public <MVP> MVP show2(MVP mvp) {return mvp;}
}
调用办法时,确定泛型的类型
public static void main(String[] args) {
// 创建对象
MyGenericMethod mm = new MyGenericMethod();
// 演示看办法提醒
mm.show("aaa");
mm.show(123);
mm.show(12.45);
}
含有泛型的接口
定义格局:
public interface MyGenericInterface<E>{public abstract void add(E e);
public abstract E getE();}
应用格局 1:定义类时确定泛型的类型
例如
public class MyImp1 implements MyGenericInterface<String> {
@Override
public void add(String e) {// 省略...}
@Override
public String getE() {return null;}
}
此时,泛型 E 的值就是 String 类型。
应用格局 2:始终不确定泛型的类型,直到创建对象时,确定泛型的类型
例如
public class MyImp2<E> implements MyGenericInterface<E> {
@Override
public void add(E e) {// 省略...}
@Override
public E getE() {return null;}
}
确定泛型:
public static void main(String[] args) {MyImp2<String> my = new MyImp2<String>();
my.add("aa");
}
2.4- 泛型通配符(理解)
当应用泛型类或者接口时,传递的数据中,泛型类型不确定,能够通过通配符 <?>
示意。然而一旦应用泛型的通配符后,只能应用 Object 类中的共性办法,汇合中元素本身办法无奈应用。
通配符的根本应用
泛型的通配符:不晓得应用什么类型来接管的时候, 此时能够应用?,? 示意未知通配符。
此时只能遍历该汇合, 不能往该汇合中存储数据。
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
public class Test03 {public static void main(String[] args) {Collection<Integer> list1 = new ArrayList<>();
list1.add(1);
list1.add(2);
show(list1);
Collection<String> list2 = new ArrayList<>();
list2.add("abc");
list2.add("def");
show(list2);
}
public static void show(Collection<?> list) {for (Object o : list) {System.out.println(o);
}
}
}
须要留神的是:泛型不存在继承关系 Collection<Object> list = new ArrayList<String>()
; 这种是谬误的。
受限泛型
之前设置泛型的时候,实际上是能够任意设置的,只有是类就能够设置。然而在 JAVA 的泛型中能够指定一个泛型的 下限 和上限。
泛型的下限:
- 格局 :
类型名称 <? extends 类 > 对象名称
- 意义 :
只能接管该类型及其子类
泛型的上限:
- 格局 :
类型名称 <? super 类 > 对象名称
- 意义 :
只能接管该类型及其父类型
示例
需要:创立老师类和班主任类,提供姓名和年龄属性,并都具备 work 办法。将多个老师对象和多个班主任对象存储到两个汇合中。提供一个办法能够同时遍历这两个汇合,并能调用 work 办法。
员工类代码
package www.penglei666.com.Demo04;
/**
* 员工类
*/
public abstract class Employee {
private String name;
private int age;
public Employee() {}
public Employee(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public abstract void work();
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;}
}
老师类代码
package www.penglei666.com.Demo04;
public class Teacher extends Employee {public Teacher(){}
public Teacher(String name,int age) {super(name,age);
}
@Override
public void work() {System.out.println(this.getName() + "老师,传道受业解惑");
}
}
班主任类代码
package www.penglei666.com.Demo04;
public class Manger extends Employee{public Manger(){}
public Manger(String name,int age) {super(name,age);
}
@Override
public void work() {System.out.println(this.getName() + "老班,严格纪律治理班级");
}
}
测试类代码
package www.penglei666.com.Demo04;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
public class Test {public static void main(String[] args) {Collection<Teacher> list1 = new ArrayList<>();
list1.add(new Teacher("王建国",30));
list1.add(new Teacher("李树根",40));
Collection<Manger> list2 = new ArrayList<>();
list2.add(new Manger("刘邦",50));
list2.add(new Manger("李世民",22));
show(list1);
show(list2);
}
public static void show(Collection<? extends Employee> list){for (Employee employee : list) {employee.work();
}
}
}
第三章:数据结构 - 红黑树
3.1- 什么是红黑树(理解)
红黑树(Red Black Tree)是一种自均衡二叉查找树,能够通过红色节点和彩色节点尽可能的保障二叉树的均衡,从而来提高效率。
3.2- 红黑树的束缚和作用(理解)
束缚
- 节点能够是红色的或者彩色的。
- 根节点是彩色的。
- 叶子节点 (特指空节点) 是彩色的。
- 每个红色节点的子节点都是彩色的。
- 任何一个节点到其每一个叶子节点的所有门路上彩色节点数雷同。
作用
查问速度快,在进行插入和删除操作时通过特定操作放弃二叉查找树的均衡,从而取得较高的查找性能。
比方查找 15,会先和根节点 13 比拟,比 13 大则查问根节点右侧并且不查问左侧数据;和 17 比拟发现小于 17,则查问 17 左侧不查问右侧,和 15 比拟相等,则查找胜利。
第四章:Set 汇合
4.1- 概述(理解)
java.util.Set
接口和 java.util.List
接口一样,同样继承自 Collection
接口,它与 Collection
接口中的办法基本一致,并没有对 Collection
接口进行性能上的裁减,只是比 Collection
接口更加严格了。与 List
接口不同的是,Set
接口下的汇合不存储反复的元素。
Set
汇合有多个子类,这里咱们介绍其中的 java.util.HashSet
、java.util.LinkedHashSet
这两个汇合。
留神:汇合取出元素的形式能够采纳:迭代器、加强 for。
4.2-Set 汇合的应用(重点)
public static void main(String[] args) {Set<String> set = new HashSet<String>();
set.add("张三");
set.add("李四");
set.add("王五");
set.add("赵六");
set.add("陈琦");
Iterator<String> it = set.iterator();
while (it.hasNext()){String str = it.next();
System.out.println(str);
}
for(String str : set){System.out.println(str);
}
}
4.3- 对象的哈希值(理解)
java.lang.Object
类中定义了办法:public int hashCode()
返回对象的哈希码值,任何类都继承 Object,也都会领有此办法。
定义 Person 类,不增加任何成员,间接调用 Person 对象的 hashCode()办法,执行 Object 类的 hashCode():
public class Person{}
测试类
public static void main(String[] args){Person person = new Person();
int code = person.hashCode();}
输入后果:
142666848
看到运行后果,就是一个 int 类型的整数,如果将这个整数转为十六进制就看到所谓的对象地址值,然而他不是地址值,咱们将他称为对象的哈希值。
Person 类重写 hashCode()办法:间接返回 0
public int hashCode(){return 0;}
运行后,办法将执行 Person 类的重写办法,后果为 0,属于 Person 类自定义对象的哈希值,而没有应用父类 Object 类办法 hashCode()。
4.4-String 对象的哈希值(理解)
示例代码
public static void main(String[] args){String s1 = new String("abc");
String s2 = new String("abc");
System.out.println(s1.hashCode());
System.out.println(s2.hashCode());
}
程序剖析 :两个字符串对象都是采纳 new 关键字创立的,s1==s2 的后果为 false,然而 s1,s2 两个对象的哈希值却是雷同的,均为 96354,起因是 String 类继承 Object,重写了父类办法 hashCode() 建设本人的哈希值。
String 类的 hashCode 办法源码剖析
字符串底层实现是字符数组,被 final 润饰,一旦创立不能批改。
private final char value[];
定义字符串“abc”或者是 new String(“abc”),都会转成 char value[]数组存储,长度为 3。
/*
* String 类重写办法 hashCode()
* 返回自定义的哈希值
*/
public int hashCode() {
int h = hash;
if (h == 0 && value.length > 0) {char val[] = value;
for (int i = 0; i < value.length; i++) {h = 31 * h + val[i];
}
hash = h;
}
return h;
}
hashCode 源码剖析:
- int h = hash,hash 是成员变量,默认值 0,int h = 0。
- 判断 h == 0 为 true && value.length>0,数组 value 的长度为 3,保留三个字符 abc,判断后果整体为 true。
- char val[] = value,将 value 数组赋值给 val 数组。
-
for 循环 3 次,将 value 数组进行遍历,取出 abc 三个字符。
- 第一次循环:h = 31 h + val[0],h = 31 0 + 97 后果:h = 97。
- 第二次循环:h = 31 97 + val[1],h = 31 97 + 98 后果:h = 3105。
- 第三次循环:h = 31 3105 + val[2],h = 31 3105 + 99 后果:h = 96354。
- return 96354。
- 算法:31 * 上一次的哈希值 + 字符的 ASCII 码值,31 属于质数,每次乘以 31 是为了升高字符串不同,然而计算出雷同哈希值的概率。
4.5- 哈希表(理解)
什么是哈希表呢?
在 JDK1.8 之前,哈希表底层采纳数组 + 链表实现,即应用数组解决抵触,同一 hash 值的链表都存储在一个数组里。然而当位于一个桶中的元素较多,即 hash 值相等的元素较多时,通过 key 值顺次查找的效率较低。而 JDK1.8 中,哈希表存储采纳数组 + 链表 + 红黑树实现,当链表长度超过阈值(8)时,将链表转换为红黑树,这样大大减少了查找时间。
-
哈希表的初始化容量,数组长度为 16 个。
- 当数组容量不够时,扩容为原数组长度的 2 倍
-
加载因子为 0.75。
- 批示当数组的容量被应用到长度的 75% 时,进行扩容。
简略的来说,哈希表是由数组 + 链表 + 红黑树(JDK1.8 减少了红黑树局部)实现的,如下图所示。
哈希表存储字符对象的过程图
总而言之,JDK1.8引入红黑树大程度优化了 HashMap 的性能,那么对于咱们来讲保障 HashSet 汇合元素的惟一,其实就是依据对象的 hashCode 和 equals 办法来决定的。如果咱们往汇合中寄存自定义的对象,那么保障其惟一,就必须复写 hashCode 和 equals 办法建设属于以后对象的比拟形式。
HashSet 存储原理图
4.6-HashSet 汇合的特点(理解)
- HashSet 底层数据结构是 单向哈希表。
- 不保障元素的迭代程序,存储元素的程序和取出元素的程序不统一。
-
此汇合不容许存储反复元素。
- 存储在此汇合中的元素应该重写 hashCode()和 equals()办法保障唯一性。
- 此汇合具备数组,链表,红黑树三种构造特点。
- 线程不平安,运行速度快。
4.7-HashSet 存储自定义类型(重点)
给 HashSet 中寄存自定义类型元素时,须要重写对象中的 hashCode 和 equals 办法,建设本人的比拟形式,能力保障 HashSet 汇合中的对象惟一.
创立自定义 Student 类:
public class Student {
private String name;
private int age;
//get/set
@Override
public boolean equals(Object o) {if (this == o)
return true;
if (o == null || getClass() != o.getClass())
return false;
Student student = (Student) o;
return age == student.age &&
Objects.equals(name, student.name);
}
@Override
public int hashCode() {return Objects.hash(name, age);
}
}
创立测试类:
public static void main(String[] args) {
// 创立汇合对象 该汇合中存储 Student 类型对象
HashSet<Student> stuSet = new HashSet<Student>();
// 存储
stuSet.add(new Student("于谦", 43));
stuSet.add(new Student("郭德纲", 44));
stuSet.add(new Student("于谦", 43));
stuSet.add(new Student("郭麒麟", 23));
for (Student stu2 : stuSet) {System.out.println(stu2);
}
}
4.8- 哈希表源代码剖析(理解)
对源码剖析,能够更好的理解哈希表。
HashSet 汇合自身并不提供性能,底层依赖 HashMap 汇合,HashSet 构造方法中创立了 HashMap 对象:
map = new HashMap<>();
因而源代码剖析是剖析 HashMap 汇合的源代码,HashSet 汇合中的 add 办法调研的是 HashMap 汇合中的 put 办法。
HashMap 无参数构造方法的剖析
//HashMap 中的动态成员变量
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
public HashMap() {this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted}
解析:应用无参数构造方法创立 HashMap 对象,将加载因子设置为默认的加载因子,loadFactor=0.75F。
HashMap 有参数构造方法剖析
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity:" +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor:" +
loadFactor);
this.loadFactor = loadFactor;
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}
解析:带有参数构造方法,传递哈希表的初始化容量和加载因子
- 如果 initialCapacity(初始化容量)小于 0,间接抛出异样。
-
如果 initialCapacity 大于最大容器,initialCapacity 间接等于最大容器
- MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30 是最大容量 (1073741824)
- 如果 loadFactor(加载因子)小于等于 0,间接抛出异样
-
tableSizeFor(initialCapacity)办法计算哈希表的初始化容量。
- 留神:哈希表是进行计算得出的容量,而初始化容量不间接等于咱们传递的参数。
tableSizeFor 办法剖析
static final int tableSizeFor(int cap) {
int n = cap - 1;
n |= n >>> 1;
n |= n >>> 2;
n |= n >>> 4;
n |= n >>> 8;
n |= n >>> 16;
return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}
解析:该办法对咱们传递的初始化容量进行位移运算,位移的后果是 8 4 2 1 码
- 例如传递 2,后果还是 2,传递的是 4,后果还是 4。
- 例如传递 3,后果是 4,传递 5,后果是 8,传递 20,后果是 32。
Node 外部类剖析
哈希表是采纳数组 + 链表的实现办法,HashMap 中的外部类 Node 十分重要
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final int hash;
final K key;
V value;
Node<K,V> next;
Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
this.hash = hash;
this.key = key;
this.value = value;
this.next = next;
}
解析:外部类 Node 中具备 4 个成员变量
- hash,对象的哈希值
- key,作为键的对象
- value,作为值得对象(解说 Set 汇合,不牵扯值得问题)
- next,下一个节点对象
存储元素的 put 办法源码
public V put(K key, V value) {return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
解析:put 办法中调研 putVal 办法,putVal 办法中调用 hash 办法。
- hash(key)办法:传递要存储的元素,获取对象的哈希值
- putVal 办法,传递对象哈希值和要存储的对象 key
putVal 办法源码
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
解析:办法中进行 Node 对象数组的判断,如果数组是 null 或者长度等于 0,那么就会调研 resize()办法进行数组的扩容。
resize 办法的扩容计算
if (oldCap > 0) {if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
解析:计算结果,新的数组容量 = 原始数组容量 <<1,也就是乘以 2。
确定元素存储的索引
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
解析:i = (数组长度 – 1) & 对象的哈希值,会失去一个索引,而后在此索引下 tab[i],创立链表对象。
不同哈希值的对象,也是有可能存储在同一个数组索引下。
遇到反复哈希值的对象
Node<K,V> e; K k;
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
解析:如果对象的哈希值雷同,对象的 equals 办法返回 true,判断为一个对象,进行笼罩操作。
else {for (int binCount = 0; ; ++binCount) {if ((e = p.next) == null) {p.next = newNode(hash, key, value, null);
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
解析:如果对象哈希值雷同,然而对象的 equals 办法返回 false,将对此链表进行遍历,当链表没有下一个节点的时候,创立下一个节点存储对象。
4.9-LinkedHashSet 汇合(重点)
具备可预知迭代程序的 Set 接口的哈希表和链接列表实现。此实现与 HashSet 的不同之外在于,后者保护着一个运行于所有条目标双重链接列表。此链接列表定义了迭代程序,即依照将元素插入到 set 中的程序(插入程序)进行迭代。
public static void main(String[] args) {Set<String> set = new LinkedHashSet<String>();
set.add("bbb");
set.add("aaa");
set.add("abc");
set.add("bbc");
Iterator<String> it = set.iterator();
while (it.hasNext()) {System.out.println(it.next());
}
for(String s : set){System.out.println(s);
}
}