集合框架_DAY15

时间:2021-07-17 11:47:09

1:集合(掌握)
  (1)集合的由来
  我们需要对多个对象进行存储和获取。可以使用对象数组。但是,如果对象的个数是变化的,对象数组就解决不了了。怎么办呢?java就提供了集合类解决。
  (2)集合和数组的区别?
    A:长度问题
      数组长度固定,集合长度可变
    B:存储元素类型1
      数组只能存储同一种类型。集合可以存储不同类型的对象
    C:存储元素类型2
      数组可以存储基本类型,也可以存储引用类型。集合只能存储引用类型。
  (3)集合体系的由来:
    多种集合的数据结构不同,但是,它们有共性的功能。通过不断的向上抽取,最终形成了集合的体系结构。

Collection
                                                           |--List
                                                                   |--ArrayList
                                                                   |--Vector
                                                                   |--LinkedList
                                                           |--Set
                                                                   |--HashSet
                                                                   |--TreeSet
  (4)Collection接口的功能:
    A:添加功能
      add(Object obj)
    B:删除功能
      remove(Object obj)
    C:判断功能
      contains(Object obj)
    D:获取功能
      Iterator iterator()
    E:长度功能
      size()
  (5)迭代器
    A:迭代器其实就是遍历集合的一种方式。
    B:迭代器的使用:
      迭代器不能单独使用,它依赖于集合而存在。
    C:使用步骤
      a:通过集合对象调用iterator()方法得到迭代器对象。
      b:通过迭代器对象的hasNext()方法判断是否有元素。
      c:通过迭代器对象的next()获取元素。
    D:原理:
      是以内部类形式存在的。
  (6)案例:(掌握)
    集合的使用步骤:
      A:创建集合对象
      B:创建元素对象
      C:把元素添加到集合中
      D:遍历集合
         a:通过集合对象调用iterator()方法得到迭代器对象。
         b:通过迭代器对象的hasNext()方法判断是否有元素。
         c:通过迭代器对象的next()获取元素。

      存储字符串并遍历:

          Collection c = new ArrayList();

          String s1 = "hello";
          String s2 = "world";
          String s3 = "java";

          c.add(s1);
          c.add(s2);
          c.add(s3);

          Iterator it = c.iterator();
          while(it.hasNext()) {
            String s = (String) it.next();
             System.out.println(s);
          }

    存储自定义对象并遍历:自己补齐。

2:List及其子类(掌握)
  (1)List的特点:
     Collection
        |--List:元素有序(存入顺序和取出顺序一致),可重复。
        |--Set:元素无序,唯一。
  (2)List的特有功能:
    A:添加功能
      add(int index,Object obj)
    B:删除功能
      remove(int index)
    C:获取功能
      get(int index)
    D:修改功能
      set(int index,Object obj)
  (3)案例:
    List存储字符串并遍历。
    List存储自定义对象并遍历。

    使用集合存储自定义对象的步骤:
      1、定义要存储到集合当中的类
      2、创建 集合 集合引用变量 = new 集合();
      3、创建要存储到集合当中的类的对象们
      4、调用集合方法,存储对应的对象
      5、返回对应集合的迭代器
      6、使用迭代器判断是否有下个元素
      7、如果有下个元素则获取下个元素

  (4)ListIterator(理解)

    A:可以逆向遍历,但是要先正向遍历,所以一般不用。
    B:可以解决并发修改异常问题。
    并发修改异常:在用迭代器遍历集合的时候,通过集合去修改了集合的元素。
    解决方案:
      a:通过列表迭代器遍历,通过列表迭代器修改集合。
      b:通过集合遍历,通过集合修改集合。

3、集合遍历方式

集合类的通用遍历方式, 用迭代器迭代:

      Iterator it = list.iterator();
      while(it.hasNext()) {
        Object obj = it.next();
      }
 
Map遍历方式:
 
(1)通过获取所有的key按照key来遍历
//Set<Integer> set = map.keySet(); //得到所有key的集合
for (Integer in : map.keySet()) {
String str = map.get(in);//得到每个key多对用value的值
}
 
(2)通过Map.entrySet使用iterator遍历key和value
Iterator<Map.Entry<Integer, String>> it = map.entrySet().iterator();
while (it.hasNext()) {
Map.Entry<Integer, String> entry = it.next();
System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue());
}
 
(3)通过Map.entrySet遍历key和value,推荐,尤其是容量大时
for (Map.Entry<Integer, String> entry : map.entrySet()) {
//Map.entry<Integer,String> 映射项(键-值对) 有几个方法:用上面的名字entry
//entry.getKey() ;entry.getValue(); entry.setValue();
//map.entrySet() 返回此映射中包含的映射关系的 Set视图。
System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue());
}
 
(4)通过Map.values()遍历所有的value,但不能遍历key
for (String v : map.values()) {
System.out.println("value= " + v);
}
 
List遍历方式:
(1):
for(Iterator iterator = list.iterator();iterator.hasNext();){
int i = (Integer) iterator.next();
System.out.println(i);
}
(2):
Iterator iterator = list.iterator();
while(iterator.hasNext()){
int i = (Integer) iterator.next();
System.out.println(i);
}
(3):
for (Object object : list) {
System.out.println(object);
}
(4):
for(int i = 0 ;i<list.size();i++) {
int j= (Integer) list.get(i);
System.out.println(j);
}
 
数据元素是怎样在内存中存放的?
 主要有2种存储方式:
(1)顺序存储,Random Access(Direct Access):
      这种方式,相邻的数据元素存放于相邻的内存地址中,整块内存地址是连续的。可以根据元素的位置直接计算出内存地址,直接进行读取。读取一个特定位置元素的平均时间复杂度为O(1)。正常来说,只有基于数组实现的集合,才有这种特性。Java中以ArrayList为代表。
(2)链式存储,Sequential Access:
    这种方式,每一个数据元素,在内存中都不要求处于相邻的位置,每个数据元素包含它下一个元素的内存地址。不可以根据元素的位置直接计算出内存地址,只能按顺序读取元素。读取一个特定位置元素的平均时间复杂度为O(n)。主要以链表为代表。Java中以LinkedList为代表。
 
每个遍历方法的实现原理是什么?
(1)传统的for循环遍历,基于计数器的:
        遍历者自己在集合外部维护一个计数器,然后依次读取每一个位置的元素,当读取到最后一个元素后,停止。主要就是需要按元素的位置来读取元素。
(2)迭代器遍历,Iterator:
        每一个具体实现的数据集合,一般都需要提供相应的Iterator。相比于传统for循环,Iterator取缔了显式的遍历计数器。所以基于顺序存储集合的Iterator可以直接按位置访问数据。而基于链式存储集合的Iterator,正常的实现,都是需要保存当前遍历的位置。然后根据当前位置来向前或者向后移动指针。
(3)foreach循环遍历:
        根据反编译的字节码可以发现,foreach内部也是采用了Iterator的方式实现,只不过Java编译器帮我们生成了这些代码。
 
各遍历方式对于不同的存储方式,性能如何?
(1)传统的for循环遍历,基于计数器的:
        因为是基于元素的位置,按位置读取。所以我们可以知道,对于顺序存储,因为读取特定位置元素的平均时间复杂度是O(1),所以遍历整个集合的平均时间复杂度为O(n)。而对于链式存储,因为读取特定位置元素的平均时间复杂度是O(n),所以遍历整个集合的平均时间复杂度为O(n2)(n的平方)。
ArrayList按位置读取的代码:直接按元素位置读取。
集合框架_DAY15
transient Object[] elementData;

public E get(int index) {
rangeCheck(index);
return elementData(index);
} E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
}
集合框架_DAY15

LinkedList按位置读取的代码:每次都需要从第0个元素开始向后读取。其实它内部也做了小小的优化。

集合框架_DAY15
transient int size = 0;
transient Node<E> first;
transient Node<E> last; public E get(int index) {
checkElementIndex(index);
return node(index).item;
} Node<E> node(int index) {
if (index < (size >> 1)) { //查询位置在链表前半部分,从链表头开始查找
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else { //查询位置在链表后半部分,从链表尾开始查找
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
集合框架_DAY15
 (2)迭代器遍历,Iterator:
        那么对于RandomAccess类型的集合来说,没有太多意义,反而因为一些额外的操作,还会增加额外的运行时间。但是对于Sequential Access的集合来说,就有很重大的意义了,因为Iterator内部维护了当前遍历的位置,所以每次遍历,读取下一个位置并不需要从集合的第一个元素开始查找,只要把指针向后移一位就行了,这样一来,遍历整个集合的时间复杂度就降低为O(n);
(这里只用LinkedList做例子)LinkedList的迭代器,内部实现,就是维护当前遍历的位置,然后操作指针移动就可以了:
代码:
集合框架_DAY15
public E next() {
checkForComodification();
if (!hasNext())
throw new NoSuchElementException(); lastReturned = next;
next = next.next;
nextIndex++;
return lastReturned.item;
} public E previous() {
checkForComodification();
if (!hasPrevious())
throw new NoSuchElementException(); lastReturned = next = (next == null) ? last : next.prev;
nextIndex--;
return lastReturned.item;
}
集合框架_DAY15
 
(3)foreach循环遍历:
        分析Java字节码可知,foreach内部实现原理,也是通过Iterator实现的,只不过这个Iterator是Java编译器帮我们生成的,所以我们不需要再手动去编写。但是因为每次都要做类型转换检查,所以花费的时间比Iterator略长。时间复杂度和Iterator一样。
Iterator和foreach字节码如下:

//使用Iterator的字节码:
Code:
0: new #16 // class java/util/ArrayList
3: dup
4: invokespecial #18 // Method java/util/ArrayList."<init>":()V
7: astore_1
8: aload_1
9: invokeinterface #19, 1 // InterfaceMethod java/util/List.iterator:()Ljava/util/Iterator;
14: astore_2
15: goto 25
18: aload_2
19: invokeinterface #25, 1 // InterfaceMethod java/util/Iterator.next:()Ljava/lang/Object;
24: pop
25: aload_2
26: invokeinterface #31, 1 // InterfaceMethod java/util/Iterator.hasNext:()Z
31: ifne 18
34: return

//使用foreach的字节码:
Code:
0: new #16 // class java/util/ArrayList
3: dup
4: invokespecial #18 // Method java/util/ArrayList."<init>":()V
7: astore_1
8: aload_1
9: invokeinterface #19, 1 // InterfaceMethod java/util/List.iterator:()Ljava/util/Iterator;
14: astore_3
15: goto 28
18: aload_3
19: invokeinterface #25, 1 // InterfaceMethod java/util/Iterator.next:()Ljava/lang/Object;
24: checkcast #31 // class loop/Model
27: astore_2
28: aload_3
29: invokeinterface #33, 1 // InterfaceMethod java/util/Iterator.hasNext:()Z
34: ifne 18
37: return

各遍历方式的适用于什么场合?
(1)传统的for循环遍历,基于计数器的:
        顺序存储:读取性能比较高。适用于遍历顺序存储集合。
        链式存储:时间复杂度太大,不适用于遍历链式存储的集合。
(2)迭代器遍历,Iterator:
        顺序存储:如果不是太在意时间,推荐选择此方式,毕竟代码更加简洁,也防止了Off-By-One的问题。
        链式存储:意义就重大了,平均时间复杂度降为O(n),还是挺诱人的,所以推荐此种遍历方式。
(3)foreach循环遍历:
        foreach只是让代码更加简洁了,但是他有一些缺点,就是遍历过程中不能操作数据集合(删除等),所以有些场合不使用。而且它本身就是基于Iterator实现的,但是由于类型转换的问题,所以会比直接使用Iterator慢一点,但是还好,时间复杂度都是一样的。所以怎么选择,参考上面两种方式,做一个折中的选择。
 
Java的最佳实践是什么?
  Java数据集合框架中,提供了一个RandomAccess接口,该接口没有方法,只是一个标记。通常被List接口的实现使用,用来标记该List的实现是否支持Random Access。
一个数据集合实现了该接口,就意味着它支持Random Access,按位置读取元素的平均时间复杂度为O(1)。比如ArrayList。
而没有实现该接口的,就表示不支持Random Access。比如LinkedList。
所以看来JDK开发者也是注意到这个问题的,那么推荐的做法就是,如果想要遍历一个List,那么先判断是否支持Random Access,也就是 list instanceof RandomAccess。
比如:
if (list instanceof RandomAccess) {
//使用传统的for循环遍历。
} else {
//使用Iterator或者foreach。
}
 来源:http://www.cnblogs.com/leskang/p/6031282.html