7.Java集合

作者: hainingwyx | 来源:发表于2017-05-04 22:20 被阅读109次

以下是《疯狂Java讲义》中的一些知识，如有错误，烦请指正。

集合概述

Java集合可以分为Set、List、Map、Queue四种体系。Set是无序集合、List是有序集合、Queue是队列实现，Map保存映射关系。Java的集合类主要由两个接口派生而出：Collection和Map，Collection和Map是Java集合框架的根接口。

集合类：为了保存数量不确定的数据以及保存具有映射关系的数据。集合里只能保存对象，不能保存基本类型。集合类主要负责保存、盛装其他数据，因此集合类也被称为容器类。所有集合类都位于java.util包下。

派生接口：Collection和Map

Collection和Iterator接口

Collection是List、Set、Queue接口的父接口。

import java.util.*;
public class CollectionTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Collection c = new ArrayList();
        // 添加元素
        c.add("孙悟空");
        // 虽然集合里不能放基本类型的值，但Java支持自动装箱
        c.add(6);
        System.out.println("c集合的元素个数为:" + c.size()); // 输出2
        // 删除指定元素
        c.remove(6);
        System.out.println("c集合的元素个数为:" + c.size()); // 输出1
        // 判断是否包含指定字符串
        System.out.println("c集合的是否包含\"孙悟空\"字符串:"
            + c.contains("孙悟空")); // 输出true
        c.add("轻量级Java EE企业应用实战");
        System.out.println("c集合的元素：" + c);
        Collection books = new HashSet();
        books.add("轻量级Java EE企业应用实战");
        books.add("疯狂Java讲义");
        System.out.println("c集合是否完全包含books集合？"
            + c.containsAll(books)); // 输出false
        // 用c集合减去books集合里的元素
        c.removeAll(books);
        System.out.println("c集合的元素：" + c);
        // 删除c集合里所有元素
        c.clear();
        System.out.println("c集合的元素：" + c);
        // 控制books集合里只剩下c集合里也包含的元素
        books.retainAll(c);
        System.out.println("books集合的元素:" + books);
    }
}

import java.util.*;
public class ForeachTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        // 创建集合、添加元素的代码与前一个程序相同
        Collection books = new HashSet();
        books.add(new String("轻量级Java EE企业应用实战"));
        books.add(new String("疯狂Java讲义"));
        books.add(new String("疯狂Android讲义"));
        for (Object obj : books)
        {
            // 此处的book变量也不是集合元素本身
            String book = (String)obj;
            System.out.println(book);
            if (book.equals("疯狂Android讲义"))
            {
                // 下面代码会引发ConcurrentModificationException异常
                books.remove(book);     //①
            }
        }
        System.out.println(books);
    }
}

Iterator也是Java集合框架的成员，主要用于遍历，Iterable接口是Collection接口的父接口。

import java.util.*;
public class CollectionEach
{
    public static void main(String[] args)
    {
        // 创建一个集合
        Collection books = new HashSet();
        books.add("轻量级Java EE企业应用实战");
        books.add("疯狂Java讲义");
        books.add("疯狂Android讲义");
        // 调用forEach()方法遍历集合，Collection集合直接调用父接口的默认方法
        // foreach 方法所需参数类型是一个函数型接口
        books.forEach(obj -> System.out.println("迭代集合元素：" + obj));
    }
}

import java.util.*;
public class IteratorTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        // 创建集合、添加元素的代码与前一个程序相同
        Collection books = new HashSet();
        books.add("轻量级Java EE企业应用实战");
        books.add("疯狂Java讲义");
        books.add("疯狂Android讲义");
        // 获取books集合对应的迭代器
        Iterator it = books.iterator();
        while(it.hasNext())
        {
            // it.next()方法返回的数据类型是Object类型，因此需要强制类型转换
            String book = (String)it.next();
            System.out.println(book);
            if (book.equals("疯狂Java讲义"))
            {
                // 从集合中删除上一次next方法返回的元素
                it.remove();
            }
            // 对book变量赋值，不会改变集合元素本身
            book = "测试字符串";   
        }
        System.out.println(books);
    }
}

当使用Iterator迭代访问Collection集合元素时，Collection集合里的元素不能被改变，只有通过Iterator的remove方法删除上一次返回的集合元素才可以，否则引发java.util.ConcurrentModificationException异常

import java.util.*;
public class IteratorErrorTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        // 创建集合、添加元素的代码与前一个程序相同
        Collection books = new HashSet();
        books.add("轻量级Java EE企业应用实战");
        books.add("疯狂Java讲义");
        books.add("疯狂Android讲义");
        // 获取books集合对应的迭代器
        Iterator it = books.iterator();
        while(it.hasNext())
        {
            String book = (String)it.next();
            System.out.println(book);
            if (book.equals("疯狂Android讲义"))
            {
                // 使用Iterator迭代过程中，不可修改集合元素,下面代码引发异常
                books.remove(book);
            }
        }
    }
}

迭代时检测到集合被修改将会引发异常，只有删除集合的某个特定元素才不会引发异常。

lambda表达式遍历Iterator
java8提供的forEachRemaining参数同样也是函数式接口。

import java.util.*;
public class IteratorEach
{
    public static void main(String[] args)
    {
        // 创建集合、添加元素的代码与前一个程序相同
        Collection books = new HashSet();
        books.add("轻量级Java EE企业应用实战");
        books.add("疯狂Java讲义");
        books.add("疯狂Android讲义");
        // 获取books集合对应的迭代器
        Iterator it = books.iterator();
        // 使用Lambda表达式（目标类型是Comsumer）来遍历集合元素
        it.forEachRemaining(obj -> System.out.println("迭代集合元素：" + obj));
    }
}

使用foreach循环遍历集合元素
同样当使用foreach迭代访问集合元素时，该集合不能被改变。

import java.util.*;
public class ForeachTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        // 创建集合、添加元素的代码与前一个程序相同
        Collection books = new HashSet();
        books.add(new String("轻量级Java EE企业应用实战"));
        books.add(new String("疯狂Java讲义"));
        books.add(new String("疯狂Android讲义"));
        for (Object obj : books)
        {
            // 此处的book变量也不是集合元素本身
            String book = (String)obj;
            System.out.println(book);
            if (book.equals("疯狂Android讲义"))
            {
                // 下面代码会引发ConcurrentModificationException异常
                books.remove(book);
            }
        }
        System.out.println(books);
    }
}

使用Predicate操作集合
Java8新增了一个removeIf(Predicate filter)方法，该方法将删除符合filter条件的所有元素。Predicate也是函数式接口，因此可以使用Lambda表达式作为参数。

import java.util.*;
import java.util.function.*;
public class PredicateTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        // 创建一个集合
        Collection books = new HashSet();
        books.add(new String("轻量级Java EE企业应用实战"));
        books.add(new String("疯狂Java讲义"));
        books.add(new String("疯狂iOS讲义"));
        books.add(new String("疯狂Ajax讲义"));
        books.add(new String("疯狂Android讲义"));
        // 使用Lambda表达式（目标类型是Predicate）过滤集合
        books.removeIf(ele -> ((String)ele).length() < 10);
        System.out.println(books);
    }
}

使用Predicate可以简化集合的运算。callAll方法只统计满足Predicate条件的图书。


import java.util.*;
import java.util.function.*;
public class PredicateTest2
{
    public static void main(String[] args)
    {
        // 创建books集合、为books集合添加元素的代码与前一个程序相同。
        Collection books = new HashSet();
        books.add(new String("轻量级Java EE企业应用实战"));
        books.add(new String("疯狂Java讲义"));
        books.add(new String("疯狂iOS讲义"));
        books.add(new String("疯狂Ajax讲义"));
        books.add(new String("疯狂Android讲义"));
        // 统计书名包含“疯狂”子串的图书数量
        System.out.println(calAll(books , ele->((String)ele).contains("疯狂")));
        // 统计书名包含“Java”子串的图书数量
        System.out.println(calAll(books , ele->((String)ele).contains("Java")));
        // 统计书名字符串长度大于10的图书数量
        System.out.println(calAll(books , ele->((String)ele).length() > 10));
    }
    public static int calAll(Collection books , Predicate p)
    {
        int total = 0;
        for (Object obj : books)
        {
            // 使用Predicate的test()方法判断该对象是否满足Predicate指定的条件
            if (p.test(obj))
            {
                total ++;
            }
        }
        return total;
    }
}

Java 8新增的Stream操作
Java 8还新增了Stream、IntStream、LongStream、DoubleStream等流式API。
独立使用Stream的步骤如下：

使用Stream或XxxStream的builder()类方法创建该Stream对应Builder。
重复调用Builder的add()方法向该流中添加多个元素。
调用Builder的build()方法获取对应的Stream。
调用Stream的聚集方法。

import java.util.stream.*;
public class IntStreamTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        IntStream is = IntStream.builder()
            .add(20)
            .add(13)
            .add(-2)
            .add(18)
            .build();
        // 下面调用聚集方法的代码每次只能执行一个
        System.out.println("is所有元素的最大值：" + is.max().getAsInt());
        System.out.println("is所有元素的最小值：" + is.min().getAsInt());
        System.out.println("is所有元素的总和：" + is.sum());
        System.out.println("is所有元素的总数：" + is.count());
        System.out.println("is所有元素的平均值：" + is.average());
        System.out.println("is所有元素的平方是否都大于20:"
            + is.allMatch(ele -> ele * ele > 20));
        System.out.println("is是否包含任何元素的平方大于20:"
            + is.anyMatch(ele -> ele * ele > 20));
        // 将is映射成一个新Stream，新Stream的每个元素是原Stream元素的2倍+1
        IntStream newIs = is.map(ele -> ele * 2 + 1);
        // 使用方法引用的方式来遍历集合元素
        newIs.forEach(System.out::println); // 输出41 27 -3 37
    }
}

Collection接口提供了一个stream()默认方法，该方法可返回该集合对应的流，接下来即可通过流API来操作集合元素。由于Stream可以对集合元素进行整体的聚集操作，因此Stream极大了丰富了集合的功能。

import java.util.*;
import java.util.function.*;
public class CollectionStream
{
    public static void main(String[] args)
    {
        // 创建books集合、为books集合添加元素的代码与8.2.5小节的程序相同。
        Collection books = new HashSet();
        books.add(new String("轻量级Java EE企业应用实战"));
        books.add(new String("疯狂Java讲义"));
        books.add(new String("疯狂iOS讲义"));
        books.add(new String("疯狂Ajax讲义"));
        books.add(new String("疯狂Android讲义"));
        // 统计书名包含“疯狂”子串的图书数量
        System.out.println(books.stream()
            .filter(ele->((String)ele).contains("疯狂"))
            .count()); // 输出4
        // 统计书名包含“Java”子串的图书数量
        System.out.println(books.stream()
            .filter(ele->((String)ele).contains("Java") )
            .count()); // 输出2
        // 统计书名字符串长度大于10的图书数量
        System.out.println(books.stream()
            .filter(ele->((String)ele).length() > 10)
            .count()); // 输出2
        // 先调用Collection对象的stream()方法将集合转换为Stream,
        // 再调用Stream的mapToInt()方法获取原有的Stream对应的IntStream
        books.stream().mapToInt(ele -> ((String)ele).length())
            // 调用forEach()方法遍历IntStream中每个元素
            .forEach(System.out::println);// 输出8  11  16  7  8
    }
}

Set集合

Set集合不允许包含相同的元素，如果试图把两个相同的元素加入同一个Set集合中，添加操作失败，add方法返回false，且新元素不会被加入。

HashSet类是Set接口的典型实现。HashSet按Hash算法来存储集合中的元素，因此具有很好的存取和查找性能。当向HashSet集合中存入一个元素时，HashSet会调用该对象的hashCode()方法来得到该对象的hashCode值，然后根据该HashCode值来决定该对象在HashSet中存储位置。如果有两个元素通过equals方法比较返回true，但它们的hashCode()方法返回值不相等，HashSet将会把它们存储在不同位置，也就可以添加成功。

特点：无序、非同步、可以包含null。
HashSet判断元素相等：1.equals方法比较相等；2.hashCode()方法返回值相等。所以如果重写equals方法，需要重写hashCode方法。

import java.util.*;
// 类A的equals方法总是返回true，但没有重写其hashCode()方法
class A
{
    public boolean equals(Object obj)
    {
        return true;
    }
}
// 类B的hashCode()方法总是返回1，但没有重写其equals()方法
class B
{
    public int hashCode()
    {
        return 1;
    }
}
// 类C的hashCode()方法总是返回2，且重写其equals()方法总是返回true
class C
{
    public int hashCode()
    {
        return 2;
    }
    public boolean equals(Object obj)
    {
        return true;
    }
}
public class HashSetTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        HashSet books = new HashSet();
        // 分别向books集合中添加两个A对象，两个B对象，两个C对象
        books.add(new A());
        books.add(new A());
        books.add(new B());
        books.add(new B());
        books.add(new C());
        books.add(new C());
        System.out.println(books);//输出2A，2B，1C
    }
}

重写hashCode的基本规则：

同一个对象多次调用hashCode方法应该返回相同的值
两个对象equal方法返回true。则hashCode应返回相等的值
用作equal方法比较标准的实例变量，都应该用于计算hashCode值。

程序把可变对象添加到HashSet中之后，尽量不要修改参与运算的hashCode()、equals()的实例变量，否则会导致HashSet无法正确操作这些集合元素。因为对象的Hashcode改变了，实际存储的位置并没有变化，无法对其进行准确的索引。

import java.util.*;
class R
{
    int count;
    public R(int count)
    {
        this.count = count;
    }
    public String toString()
    {
        return "R[count:" + count + "]";
    }
    public boolean equals(Object obj)
    {
        if(this == obj)
            return true;
        if (obj != null && obj.getClass() == R.class)
        {
            R r = (R)obj;
            return this.count == r.count;
        }
        return false;
    }
    public int hashCode()
    {
        return this.count;
    }
}
public class HashSetTest2
{
    public static void main(String[] args)
    {
        HashSet hs = new HashSet();
        hs.add(new R(5));
        hs.add(new R(-3));
        hs.add(new R(9));
        hs.add(new R(-2));
        // 打印HashSet集合，集合元素没有重复
        System.out.println(hs);
        // 取出第一个元素
        Iterator it = hs.iterator();
        R first = (R)it.next();
        // 为第一个元素的count实例变量赋值
        first.count = -3;     
        // 再次输出HashSet集合，集合元素有重复元素
        System.out.println(hs);
        // 删除count为-3的R对象
        hs.remove(new R(-3));    
        // 可以看到被删除了一个R元素
        System.out.println(hs);
        System.out.println("hs是否包含count为-3的R对象？"
            + hs.contains(new R(-3))); // 输出false
        System.out.println("hs是否包含count为-2的R对象？"
            + hs.contains(new R(-2))); // 输出false
    }
}

LinkedHashSet
LinkedHashSet根据元素的hashCode来决定元素的存储位置，但同时使用链表维护元素的次序。当遍历LinkedHashSet集合里的元素时，将会按照元素的添加顺序来访问集合里的元素。因为需要维护元素的插入顺序，性能略低于HashSet的性能，但在迭代访问Set里的全部元素时有很好的性能。

import java.util.*;
public class LinkedHashSetTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        LinkedHashSet books = new LinkedHashSet();
        books.add("疯狂Java讲义");
        books.add("轻量级Java EE企业应用实战");
        System.out.println(books);//与添加顺序一致
        // 删除 疯狂Java讲义
        books.remove("疯狂Java讲义");
        // 重新添加 疯狂Java讲义
        books.add("疯狂Java讲义");
        System.out.println(books);
    }
}

TreeSet
TreeSet是SortedSet接口的实现类，可以确保集合元素处于排序状态。

import java.util.*;
public class TreeSetTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        TreeSet nums = new TreeSet();
        // 向TreeSet中添加四个Integer对象
        nums.add(5);
        nums.add(2);
        nums.add(10);
        nums.add(-9);
        // 输出集合元素，看到集合元素已经处于排序状态
        System.out.println(nums);
        // 输出集合里的第一个元素
        System.out.println(nums.first()); // 输出-9
        // 输出集合里的最后一个元素
        System.out.println(nums.last());  // 输出10
        // 返回小于4的子集，不包含4
        System.out.println(nums.headSet(4)); // 输出[-9, 2]
        // 返回大于5的子集，如果Set中包含5，子集中还包含5
        System.out.println(nums.tailSet(5)); // 输出 [5, 10]
        // 返回大于等于-3，小于4的子集。
        System.out.println(nums.subSet(-3 , 4)); // 输出[2]
    }
}

TreeSet采用红黑树的数据结构对元素进行排序。TreeSet支持两种排序方法：自然排序和定制排序。
1. 自然排序
TreeSet会调用集合元素的compareTo(Object obj)方法来比较元素之间的大小关系，然后将集合元素按照升序排列。如果试图把一个对象添加到TreeSet时，则该对象必须实现Compareable接口的compareTo(Object obj)方法，否则抛出异常。

import java.util.*;
class Err{}
public class TreeSetErrorTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        TreeSet ts = new TreeSet();
        // 向TreeSet集合中添加两个Err对象
        ts.add(new Err());
        ts.add(new Err());  //Err没有实现compareTo方法，引发ClassCastException
    }
}

大部分类在实现CompareTo方法时，需要将被比较对象强制转换成相同类型。因此向TreeSet中添加的应该是同一个类的对象，否则引发ClassCastException。

import java.util.*;
public class TreeSetErrorTest2
{
    public static void main(String[] args)
    {
        TreeSet ts = new TreeSet();
        // 向TreeSet集合中添加两个对象
        ts.add(new String("疯狂Java讲义"));
        ts.add(new Date());   // 会引发异常
    }
}

如果希望TreeSet能正常运作，TreeSet只能添加同一种类型的对象。
TreeSet判断对象相等：通过compareTo方法比较是否返回0

import java.util.*;
class Z implements Comparable
{
    int age;
    public Z(int age)
    {
        this.age = age;
    }
    // 重写equals()方法，总是返回true
    public boolean equals(Object obj)
    {
        return true;
    }
    // 重写了compareTo(Object obj)方法，总是返回1，总是认为不相等
    public int compareTo(Object obj)
    {
        return 1;
    }
}
public class TreeSetTest2
{
    public static void main(String[] args)
    {
        TreeSet set = new TreeSet();
        Z z1 = new Z(6);
        set.add(z1);
        // 第二次添加同一个对象，输出true，表明添加成功
        System.out.println(set.add(z1));    //true
        // 下面输出set集合，将看到有两个元素
        System.out.println(set);
        // 修改set集合的第一个元素的age变量
         ((Z)(set.first())).age = 9;
        // 输出set集合的最后一个元素的age变量，将看到也变成了9
        System.out.println(((Z)(set.last())).age);
    }
}

注意equals方法应该和compareTo方法有一致的结果。

一旦改变了TreeSet集合里可变元素的实例变量，导致它的与其他对象的大小顺序发生改变，但TreeSet不会调整他们的顺序，可能导致compareTo返回0。当试图删除该对象时，删除会失败，可以删除没有被修改的实例变量、切不与被修改的实例变量重复的变量。执行一次成功删除之后TreeSet会对集合中的元素重新索引，接下来就可以删除TreeSet中的所有元素了。

import java.util.*;
class R implements Comparable
{
    int count;
    public R(int count)
    {
        this.count = count;
    }
    public String toString()
    {
        return "R[count:" + count + "]";
    }
    // 重写equals方法，根据count来判断是否相等
    public boolean equals(Object obj)
    {
        if (this == obj)
        {
            return true;
        }
        if(obj != null && obj.getClass() == R.class)
        {
            R r = (R)obj;
            return r.count == this.count;
        }
        return false;
    }
    // 重写compareTo方法，根据count来比较大小
    public int compareTo(Object obj)
    {
        R r = (R)obj;
        return count > r.count ? 1 :
            count < r.count ? -1 : 0;
    }
}
public class TreeSetTest3
{
    public static void main(String[] args)
    {
        TreeSet ts = new TreeSet();
        ts.add(new R(5));
        ts.add(new R(-3));
        ts.add(new R(9));
        ts.add(new R(-2));
        // 打印TreeSet集合，集合元素是有序排列的
        System.out.println(ts);    // -3 -2 5 9
        // 取出第一个元素
        R first = (R)ts.first();
        // 对第一个元素的count赋值
        first.count = 20;
        // 取出最后一个元素
        R last = (R)ts.last();
        // 对最后一个元素的count赋值，与第二个元素的count相同
        last.count = -2;
        // 再次输出将看到TreeSet里的元素处于无序状态，且有重复元素
        System.out.println(ts);   // 20 -2 5 -2
        // 删除实例变量被改变的元素，删除失败
        System.out.println(ts.remove(new R(-2)));   // false
        System.out.println(ts);//20 -2 5 -2
        // 删除实例变量没有被改变的元素，删除成功
        System.out.println(ts.remove(new R(5)));    // true,之后会重新索引，可以删除所有元素了
        System.out.println(ts);// 20 -2 -2
    }
}

2. 定制排序
如果需要实现定制排序，例如降序，需要在创建TreeSet集合对象时，提供一个Comparator对象与该TreeSet集合关联，由该Comparator对象负责集合元素的排序逻辑。可以用Lambda表达式代替Comparator对象，这时候无需实现Comparable接口。

import java.util.*;
class M
{
    int age;
    public M(int age)
    {
        this.age = age;
    }
    public String toString()
    {
        return "M[age:" + age + "]";
    }
}
public class TreeSetTest4
{
    public static void main(String[] args)
    {
        // 此处Lambda表达式的目标类型是Comparator
        TreeSet ts = new TreeSet((o1 , o2) ->
        {
            M m1 = (M)o1;
            M m2 = (M)o2;
            // 根据M对象的age属性来决定大小，age越大，M对象反而越小
            return m1.age > m2.age ? -1
                : m1.age < m2.age ? 1 : 0;
        });
        ts.add(new M(5));
        ts.add(new M(-3));
        ts.add(new M(9));
        System.out.println(ts);
    }
}

List集合

List集合代表一个元素有序可重复的集合，集合中每个元素都有其对应的顺序索引。List作为Collection接口的子接口，与Set集合相比多了根据索引插入、替换、删除集合元素的方法。

import java.util.*;
public class ListTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        List books = new ArrayList();
        // 向books集合中添加三个元素
        books.add(new String("轻量级Java EE企业应用实战"));
        books.add(new String("疯狂Java讲义"));
        books.add(new String("疯狂Android讲义"));
        System.out.println(books);
        // 将新字符串对象插入在第二个位置
        books.add(1 , new String("疯狂Ajax讲义"));
        for (int i = 0 ; i < books.size() ; i++ )
        {
            System.out.println(books.get(i));
        }
        // 删除第三个元素
        books.remove(2);
        System.out.println(books);
        // 判断指定元素在List集合中位置：输出1，表明位于第二位
        System.out.println(books.indexOf(new String("疯狂Ajax讲义"))); //①
        //将第二个元素替换成新的字符串对象
        books.set(1, new String("疯狂Java讲义"));
        System.out.println(books);
        //将books集合的第二个元素（包括）
        //到第三个元素（不包括）截取成子集合
        System.out.println(books.subList(1 , 2));
    }
}

List判断对象相等：equals方法返回true即可。

import java.util.*;
class A
{
    public boolean equals(Object obj)
    {
        return true;
    }
}
public class ListTest2
{
    public static void main(String[] args)
    {
        List books = new ArrayList();
        books.add(new String("轻量级Java EE企业应用实战"));
        books.add(new String("疯狂Java讲义"));
        books.add(new String("疯狂Android讲义"));
        System.out.println(books);
        // 删除集合中A对象，将导致第一个元素被删除
        books.remove(new A());     // ①
        System.out.println(books);
        // 删除集合中A对象，再次删除集合中第一个元素
        books.remove(new A());     // ②
        System.out.println(books);
    }
}

List常用的默认方法sort()需要一个Comparator对象控制秩序，可使用Lambda表达式作为参数；默认方法replaceAll()需要一个函数式接口的UnaryOperator来替换所有集合元素，也可用Lambda表达式作为参数。

import java.util.*;
public class ListTest3
{
    public static void main(String[] args)
    {
        List books = new ArrayList();
        // 向books集合中添加4个元素
        books.add(new String("轻量级Java EE企业应用实战"));
        books.add(new String("疯狂Java讲义"));
        books.add(new String("疯狂Android讲义"));
        books.add(new String("疯狂iOS讲义"));
        // 使用目标类型为Comparator的Lambda表达式对List集合排序
        books.sort((o1, o2)->((String)o1).length() - ((String)o2).length());
        System.out.println(books);
        // 使用目标类型为UnaryOperator的Lambda表达式来替换集合中所有元素
        // 该Lambda表达式控制使用每个字符串的长度作为新的集合元素
        books.replaceAll(ele->((String)ele).length());
        System.out.println(books); // 输出[7, 8, 11, 16]

    }
}

Set只提供一个iterator()方法，List提供了listIterator()方法，该方法返回一个ListIterator对象，ListIterator接口继承了Iterator接口。

import java.util.*;
public class ListIteratorTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        String[] books = {
            "疯狂Java讲义", "疯狂iOS讲义",
            "轻量级Java EE企业应用实战"
        };
        List bookList = new ArrayList();
        for (int i = 0; i < books.length ; i++ )
        {
            bookList.add(books[i]);
        }
        ListIterator lit = bookList.listIterator();
        while (lit.hasNext())
        {
            System.out.println(lit.next());
            lit.add("-------分隔符-------");
        }
        System.out.println("=======下面开始反向迭代=======");
        while(lit.hasPrevious())
        {
            System.out.println(lit.previous());
        }
    }
}

ArrayList和Vector
两个类都是基于数组实现的List类，所以都封装了动态的可以再分配的Object[]数组。ArrayList对象和Vector对象使用initialCapacity参数来设置数组的长度。添加元素超出数组长度时，initialCapacity会自动增加。
Vector提供了一个子类Stack，这也是一个古老的集合，线程安全，性能较差，尽量少用。
区别在于：ArrayList时线程不安全的，Vector是线程安全的。所以Vector性能比ArrayList性能要低。
Vector提供了Stack子类，用于模拟后进先出(LIFO)的“栈”这种数据结构。同样线程安全、性能较差。如果需要实现“栈”，可以使用ArrayDeque。

固定长度的List
介绍数组时的Arrays类提供了asList(Object a)方法，该方法可以把一个数组或者指定个数对象转换成一个List集合，这个List集合既不是ArrayList实现类的实例，也不是Vector实现类的实例，而是Arrays的内部类ArrayList的实例。Arrays.ArrayList是一个固定长度的List集合，程序只能遍历访问该集合里的元素，不可增加、删除该集合里的元素。

import java.util.*;
public class FixedSizeList
{
    public static void main(String[] args)
    {
        List fixedList = Arrays.asList("疯狂Java讲义"
            , "轻量级Java EE企业应用实战");
        // 获取fixedList的实现类，将输出Arrays$ArrayList
        System.out.println(fixedList.getClass());
        // 使用方法引用遍历集合元素
        fixedList.forEach(System.out::println);
        // 试图增加、删除元素都会引发UnsupportedOperationException异常
        fixedList.add("疯狂Android讲义");
        fixedList.remove("疯狂Java讲义");
    }
}

Queue集合

Queue用于模拟“先进先出”(FIFO)队列这种数据结构，通常队列不允许随机访问队列中的元素。Queue接口有一个PriorityQueue实现类和一个Deque接口，后者既可以当成队列使用，也可以当栈使用。

PriorityQueue实现类
比较标准的队列实现类--保存队列元素的顺序按照队列元素的大小重新排列。这是违反队列的先进先出的原则的

import java.util.*;
public class PriorityQueueTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        PriorityQueue pq = new PriorityQueue();
        // 下面代码依次向pq中加入四个元素
        pq.offer(6);
        pq.offer(-3);
        pq.offer(20);
        pq.offer(18);
        // 输出pq队列，并不是按元素的加入顺序排列
        System.out.println(pq); // 输出[-3, 6, 20, 18]
        // 访问队列第一个元素，其实就是队列中最小的元素：-3
        System.out.println(pq.poll());
    }
}

没有从小到大排序是因为受了toString方法返回值的影响。如果是使用poll()方法，则严格从小到大。
PriorityQueue两种排序方式：自然排序、定制排序，详细参考TreeSet。

Deque接口和ArrayDeque实现类
Deque接口代表一个双端队列，还可以当成栈使用。Deque接口提供了典型的实现类ArrayDeque，这是基于数组实现的双端队列。
ArrayDeque可作为“栈”，也可作为“队列”
注意：ArrayList和ArrayDeque两个集合类的实现机制基本相似，底层都采用一个动态的、可重分配的Object[]数组来存储集合元素，当集合元素超出了数组的容量时，系统会在底层重新分配一个Object[]数组来存储元素。
ArrayDeque作为栈：

import java.util.*;
public class ArrayDequeStack
{
    public static void main(String[] args)
    {
        ArrayDeque stack = new ArrayDeque();
        // 依次将三个元素push入"栈"
        stack.push("疯狂Java讲义");
        stack.push("轻量级Java EE企业应用实战");
        stack.push("疯狂Android讲义");
        // 输出：[疯狂Android讲义, 轻量级Java EE企业应用实战, 疯狂Java讲义]
        System.out.println(stack);
        // 访问第一个元素，但并不将其pop出"栈"，输出：疯狂Android讲义
        System.out.println(stack.peek());
        // 依然输出：[疯狂Android讲义, 疯狂Java讲义, 轻量级Java EE企业应用实战]
        System.out.println(stack);
        // pop出第一个元素，输出：疯狂Android讲义
        System.out.println(stack.pop());
        // 输出：[轻量级Java EE企业应用实战, 疯狂Java讲义]
        System.out.println(stack);
    }
}

ArrayDeque作为队列

import java.util.*;
public class ArrayDequeQueue
{
    public static void main(String[] args)
    {
        ArrayDeque queue = new ArrayDeque();
        // 依次将三个元素加入队列
        queue.offer("疯狂Java讲义");
        queue.offer("轻量级Java EE企业应用实战");
        queue.offer("疯狂Android讲义");
        // 输出：[疯狂Java讲义, 轻量级Java EE企业应用实战, 疯狂Android讲义]
        System.out.println(queue);
        // 访问队列头部的元素，但并不将其poll出队列"栈"，输出：疯狂Java讲义
        System.out.println(queue.peek());
        // 依然输出：[疯狂Java讲义, 轻量级Java EE企业应用实战, 疯狂Android讲义]
        System.out.println(queue);
        // poll出第一个元素，输出：疯狂Java讲义
        System.out.println(queue.poll());
        // 输出：[轻量级Java EE企业应用实战, 疯狂Android讲义]
        System.out.println(queue);
    }
}

LinkedList实现类
这是一个List接口的实现类，所以可以根据索引来随机访问集合中的元素。除此之外还实现了Deque接口，可作为双端队列。双端队列栈的头部和尾部分别对应队列的头部和尾部。

import java.util.*;
public class LinkedListTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        LinkedList books = new LinkedList();
        // 将字符串元素加入队列的尾部
        books.offer("book1");
        books.offer("boook2");
        // 将一个字符串元素加入栈的顶部
        books.push("book3");
        books.push("book4");
        // 将字符串元素添加到队列的头部（相当于栈的顶部）
        books.offerFirst("book5");
        books.offerFirst("book6");
        // 以List的方式（按索引访问的方式）来遍历集合元素
        for (int i = 0; i < books.size() ; i++ )
        {
            System.out.println("遍历中：" + books.get(i));
        }
        // 访问、并不删除栈顶的元素 book6
        System.out.println(books.peekFirst());
        // 访问、并不删除队列的最后一个元素 book2
        System.out.println(books.peekLast());
        // 将栈顶的元素弹出“栈”  book6
        System.out.println(books.pop());
        // 下面输出将看到队列中第一个元素被删除
        System.out.println(books);
        // 访问、并删除队列的最后一个元素book2
        System.out.println(books.pollLast());
        
        System.out.println(books);
    }
}

LinkedList与ArrayList、ArrayDeque的实现机制完全不同。后两者内部以数组形式来保存集合中的元素，因此随机访问集合元素时性能较好；LinkedList内部以链表的形式来保存集合中的元素，因此随机访问集合中的元素时性能较差，但在插入、删除元素时性能较好。Vector和后两者都是以数组形式存储元素，，而Vector实现了线程安全，所以性能较差。

各种线性表的性能分析
数组一块连续内存区来保存所有的数组元素，所以在随机访问时性能最好，所有的内部以数组作为底层实现的集合随机访问时性能都比较好。而内部以链表作为底层实现的集合在执行插入、删除操作时性能较好。
List集合使用的几点建议

需要遍历List集合元素时，对于ArrayList、Vector集合，应该使用随机访问方法来遍历集合元素；对于LinkedList应该采用迭代器来遍历。
需要经常执行插入、删除来改变包含大量数据的List集合的大小，可考虑使用LinkedList集合。使用ArrayList需要重新分配内部数组的大小，效果比较差。
如果有多个线程需要同时访问List集合中的元素，开发者可考虑使用Collection将集合包装成线性安全的集合。

Map集合

Map用于保存具有映射关系的数据，包含两组值，一组是key，一组是value。key不允许重复。Java源码中先实现了Map，然后通过包装一个所有value都为null的Map实现了Set集合。Map中包括一个内部类Entry，该类封装了一个key-value对。

import java.util.*;
public class MapTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Map map = new HashMap();
        // 成对放入多个key-value对
        map.put("疯狂Java讲义" , 109);
        map.put("疯狂iOS讲义" , 10);
        map.put("疯狂Ajax讲义" , 79);
        // 多次放入的key-value对中value可以重复
        map.put("轻量级Java EE企业应用实战" , 99);
        // 放入重复的key时，新的value会覆盖原有的value
        // 如果新的value覆盖了原有的value，该方法返回被覆盖的value
        System.out.println(map.put("疯狂iOS讲义" , 99)); // 输出10
        System.out.println(map); // 输出的Map集合包含4个key-value对
        // 判断是否包含指定key
        System.out.println("是否包含值为 疯狂iOS讲义 key："
            + map.containsKey("疯狂iOS讲义")); // 输出true
        // 判断是否包含指定value
        System.out.println("是否包含值为 99 value："
            + map.containsValue(99)); // 输出true
        // 获取Map集合的所有key组成的集合，通过遍历key来实现遍历所有key-value对
        for (Object key : map.keySet() )
        {
            // map.get(key)方法获取指定key对应的value
            System.out.println(key + "-->" + map.get(key));
        }
        map.remove("疯狂Ajax讲义"); // 根据key来删除key-value对。
        System.out.println(map); // 输出结果不再包含 疯狂Ajax讲义=79 的key-value对
    }
}

import java.util.*;
public class MapTest2
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Map map = new HashMap();
        // 成对放入多个key-value对
        map.put("疯狂Java讲义" , 109);
        map.put("疯狂iOS讲义" , 99);
        map.put("疯狂Ajax讲义" , 79);
        // 尝试替换key为"疯狂XML讲义"的value，由于原Map中没有对应的key，
        // 因此对Map没有改变，不会添加新的key-value对
        map.replace("疯狂XML讲义" , 66);
        System.out.println(map);
        // 使用原value与参数计算出来的结果覆盖原有的value
        map.merge("疯狂iOS讲义" , 10 ,
            (oldVal , param) -> (Integer)oldVal + (Integer)param);
        System.out.println(map); // "疯狂iOS讲义"的value增大了10
        // 当key为"Java"对应的value为null（或不存在时），使用计算的结果作为新value
        map.computeIfAbsent("Java" , (key)->((String)key).length());
        System.out.println(map); // map中添加了 Java=4 这组key-value对
        // 当key为"Java"对应的value存在时，使用计算的结果作为新value
        map.computeIfPresent("Java",
            (key , value) -> (Integer)value * (Integer)value);
        System.out.println(map); // map中 Java=4 变成 Java=16
    }
}

HashMap和Hashtable实现类
HashMap和Hashtable类似于ArrayList和Vector的关系，Hashtable是一个古老的Map类。类似Vector尽量少用Hashtable，可以通过Collections工具类把HashMap变成线程安全的。
区别：

Hashtable线程安全，HashMap线程不安全。HashMap性能更高。多个线程访问同一个Map对象时使用Hashtable
Hashtable不允许使用null作为key或者value，HashMap可以使用null作为key或者value

import java.util.*;
public class NullInHashMap
{
    public static void main(String[] args)
    {
        HashMap hm = new HashMap();
        // 试图将两个key为null的key-value对放入HashMap中
        hm.put(null , null);
        hm.put(null , null);    // 无法放入
        // 将一个value为null的key-value对放入HashMap中
        hm.put("a" , null);    // ②
        // 输出Map对象
        System.out.println(hm);
    }
}

HashMap、Hashtable判断key相等：两个key通过equal方法返回true；两个key的hashCode值相等。
HashMap、Hashtable判断value相等：两个对象通过equal方法返回true。

import java.util.*;
class A
{
    int count;
    public A(int count)
    {
        this.count = count;
    }
    // 根据count的值来判断两个对象是否相等。
    public boolean equals(Object obj)
    {
        if (obj == this)
            return true;
        if (obj != null && obj.getClass() == A.class)
        {
            A a = (A)obj;
            return this.count == a.count;
        }
        return false;
    }
    // 根据count来计算hashCode值。
    public int hashCode()
    {
        return this.count;
    }
}
class B
{
    // 重写equals()方法，B对象与任何对象通过equals()方法比较都返回true
    public boolean equals(Object obj)
    {
        return true;
    }
}
public class HashtableTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Hashtable ht = new Hashtable();
        ht.put(new A(60000) , "疯狂Java讲义");
        ht.put(new A(87563) , "轻量级Java EE企业应用实战");
        ht.put(new A(1232) , new B());
        System.out.println(ht);
        // 只要两个对象通过equals比较返回true，
        // Hashtable就认为它们是相等的value。
        // 由于Hashtable中有一个B对象，
        // 它与任何对象通过equals比较都相等，所以下面输出true。
        System.out.println(ht.containsValue("测试字符串")); // 输出true
        // 只要两个A对象的count相等，它们通过equals比较返回true，且hashCode相等
        // Hashtable即认为它们是相同的key，所以下面输出true。
        System.out.println(ht.containsKey(new A(87563)));   // 输出true
        // 下面语句可以删除最后一个key-value对
        ht.remove(new A(1232));
        System.out.println(ht);
    }
}

尽量不要使用可变对象作为HashMap、Hashtable的key，如果确实需要，尽量不要在程序中修改作为key的可变对象。

LinkedHashMap实现类
LinkedHashMap也是用双向链表来维护key-value对的次序，该链表负责维护Map的迭代顺序，其余key-value对的插入顺序保持一致。因为需要维护元素的插入顺序，性能不如HashMap，但在迭代访问Map里的全部元素时将有较好的性能。

import java.util.*;
public class HashMapErrorTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        HashMap ht = new HashMap();
        // 此处的A类与前一个程序的A类是同一个类
        ht.put(new A(60000) , "疯狂Java讲义");
        ht.put(new A(87563) , "轻量级Java EE企业应用实战");
        // 获得Hashtable的key Set集合对应的Iterator迭代器
        Iterator it = ht.keySet().iterator();
        // 取出Map中第一个key，并修改它的count值
        A first = (A)it.next();
        first.count = 87563;   
        // 输出{A@1560b=疯狂Java讲义, A@1560b=轻量级Java EE企业应用实战}
        System.out.println(ht);
        // 只能删除没有被修改过的key所对应的key-value对
        ht.remove(new A(87563));
        System.out.println(ht);
        // 无法获取剩下的value，下面两行代码都将输出null。
        System.out.println(ht.get(new A(87563)));   //输出null
        System.out.println(ht.get(new A(60000)));   //输出null
    }
}

LinkedHashMap实现类
使用双向链表维护key-value对。因为需要维护元素的插入顺序，性能低于HaspMap。

import java.util.*;
public class LinkedHashMapTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        LinkedHashMap scores = new LinkedHashMap();
        scores.put("语文" , 80);
        scores.put("英文" , 82);
        scores.put("数学" , 76);
        // 调用forEach方法遍历scores里的所有key-value对
        scores.forEach((key, value) -> System.out.println(key + "-->" + value));
    }
}

使用Properties读写属性文件
Properties类是Hashtable类的子类，该对象在处理属性文件时特别方便。Properties类可以把Map对象和属性文件关联起来，从而可以把Map对象中的key-value对写入属性文件，也可以把属性文件中的属性名=属性值加载到Map对象中。由于属性文件里的属性名、属性值只能是字符串类型，所以Properties里的key、value都是字符串类型

import java.util.*;
import java.io.*;
public class PropertiesTest
{
    public static void main(String[] args)
        throws Exception
    {
        Properties props = new Properties();
        // 向Properties中增加属性
        props.setProperty("username" , "yeeku");
        props.setProperty("password" , "123456");
        // 将Properties中的key-value对保存到a.ini文件中
        props.store(new FileOutputStream("a.ini")
            , "comment line");   //写入文件
        // 新建一个Properties对象
        Properties props2 = new Properties();
        // 向Properties中增加属性
        props2.setProperty("gender" , "male");
        // 将a.ini文件中的key-value对追加到props2中
        props2.load(new FileInputStream("a.ini") );   //读取
        System.out.println(props2);
    }
}

SortedMap和TreeMap实现类
Set接口派生出SortedSet子接口，TreeSet接口也有一个TreeSet实现类。
Map接口派生出SortedMap子接口，SortedMap接口也有一个TreeMap实现类。
两种排序方式：自然排序、定制排序，同TreeSet。
TreeMap判断key相等：两个key通过compareTo方法返回0。但是自定义类时需要equals方法和compareTo方法返回的结果一致。

import java.util.*;
class R implements Comparable
{
    int count;
    public R(int count)
    {
        this.count = count;
    }
    public String toString()
    {
        return "R[count:" + count + "]";
    }
    // 根据count来判断两个对象是否相等。
    public boolean equals(Object obj)
    {
        if (this == obj)
            return true;
        if (obj != null && obj.getClass() == R.class)
        {
            R r = (R)obj;
            return r.count == this.count;
        }
        return false;
    }
    // 根据count属性值来判断两个对象的大小。
    public int compareTo(Object obj)
    {
        R r = (R)obj;
        return count > r.count ? 1 :
            count < r.count ? -1 : 0;
    }
}
public class TreeMapTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        TreeMap tm = new TreeMap();
        tm.put(new R(3) , "轻量级Java EE企业应用实战");
        tm.put(new R(-5) , "疯狂Java讲义");
        tm.put(new R(9) , "疯狂Android讲义");
        System.out.println(tm);
        // 返回该TreeMap的第一个Entry对象
        System.out.println(tm.firstEntry());
        // 返回该TreeMap的最后一个key值
        System.out.println(tm.lastKey());
        // 返回该TreeMap的比new R(2)大的最小key值。
        System.out.println(tm.higherKey(new R(2)));
        // 返回该TreeMap的比new R(2)小的最大的key-value对。
        System.out.println(tm.lowerEntry(new R(2)));
        // 返回该TreeMap的子TreeMap 介于-1--4之间的key
        System.out.println(tm.subMap(new R(-1) , new R(4)));
    }
}

Map实现类的性能分析
HashMap和Hashtable实现机制几乎一样，但是后者是线程安全的，HashMap通常比Hashtable快。
TreeMap比HashMap和Hashtable慢，因为其底层采用红黑树管理key-value对。优势在于：key-value对总是处于有序状态，无须专门进行排序操作。
以上应该多考虑使用HashMap。
LinkedHashMap比HashMap慢一点，因为需要维护链表维持添加顺序。

操作集合的工具类

Collections提供了大量方法对Set、List、Map进行排序、查询、修改操作。

排序

public class SortTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        ArrayList nums = new ArrayList();
        nums.add(2);
        nums.add(-5);
        nums.add(3);
        nums.add(0);
        System.out.println(nums); // 输出:[2, -5, 3, 0]
        Collections.reverse(nums); // 将List集合元素的次序反转
        System.out.println(nums); // 输出:[0, 3, -5, 2]
        Collections.sort(nums); // 将List集合元素的按自然顺序排序
        System.out.println(nums); // 输出:[-5, 0, 2, 3]
        Collections.shuffle(nums); // 将List集合元素的按随机顺序排序
        System.out.println(nums); // 每次输出的次序不固定
    }
}

查找替换

import java.util.*;
public class SearchTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        ArrayList nums = new ArrayList();
        nums.add(2);
        nums.add(-5);
        nums.add(3);
        nums.add(0);
        System.out.println(nums); // 输出:[2, -5, 3, 0]
        System.out.println(Collections.max(nums)); // 输出最大元素，将输出3
        System.out.println(Collections.min(nums)); // 输出最小元素，将输出-5
        Collections.replaceAll(nums , 0 , 1); // 将nums中的0使用1来代替
        System.out.println(nums); // 输出:[2, -5, 3, 1]
        // 判断-5在List集合中出现的次数，返回1
        System.out.println(Collections.frequency(nums , -5));
        Collections.sort(nums); // 对nums集合排序
        System.out.println(nums); // 输出:[-5, 1, 2, 3]
        //只有排序后的List集合才可用二分法查询，输出3
        System.out.println(Collections.binarySearch(nums , 3));
    }
}

同步控制
HashSet、TreeSet、ArrayList、ArrayDeque、linkedlist、HashMap、TreeMap都是线程不安全的。Collections提供了许多类方法把他们包装成线程同步集合。

import java.util.*;
public class SynchronizedTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        // 下面程序创建了四个线程安全的集合对象
        Collection c = Collections
            .synchronizedCollection(new ArrayList());
        List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList());
        Set s = Collections.synchronizedSet(new HashSet());
        Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap());
    }
}

设置不可变集合

import java.util.*;
public class UnmodifiableTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        // 创建一个空的、不可改变的List对象
        List unmodifiableList = Collections.emptyList();
        // 创建一个只有一个元素，且不可改变的Set对象
        Set unmodifiableSet = Collections.singleton("疯狂Java讲义");
        // 创建一个普通Map对象
        Map scores = new HashMap();
        scores.put("语文" , 80);
        scores.put("Java" , 82);
        // 返回普通Map对象对应的不可变版本
        Map unmodifiableMap = Collections.unmodifiableMap(scores);
        // 下面任意一行代码都将引发UnsupportedOperationException异常
        unmodifiableList.add("测试元素");   //异常
        unmodifiableSet.add("测试元素");    //异常
        unmodifiableMap.put("语文" , 90);   //异常
    }
}

7.Java集合

集合概述

Collection和Iterator接口

Set集合

List集合

Queue集合

Map集合

操作集合的工具类

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