关于java:JavaSE第16篇集合之Collection集合下篇

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:

  1. public static <T> boolean addAll(Collection<T> c, T... elements) :往汇合中增加一些元素。
  2. public static void shuffle(List<?> list) 打乱程序 :打乱汇合程序。
  3. public static <T> void sort(List<T> list) :将汇合中元素依照默认规定排序。
  4. 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

  1. 节点能够是红色的或者彩色的。
  2. 根节点是彩色的。
  3. 叶子节点(特指空节点)是彩色的。
  4. 每个红色节点的子节点都是彩色的。
  5. 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.HashSetjava.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?

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);
    }
}

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