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：

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);    }}