Java-集合3

Map接口

一、Map的实现类的结构：
*  |----Map:双列数据，存储key-value对的数据   ---类似于高中的函数：y = f(x)
*         |----HashMap:作为Map的主要实现类；线程不安全的，效率高；存储null的key和value
*              |----LinkedHashMap:保证在遍历map元素时，可以按照添加的顺序实现遍历。
*                      原因：在原有的HashMap底层结构基础上，添加了一对指针，指向前一个和后一个元素。
*                      对于频繁的遍历操作，此类执行效率高于HashMap。
*         |----TreeMap:保证按照添加的key-value对进行排序，实现排序遍历。此时考虑key的自然排序或定制排序
*                      底层使用红黑树
*         |----Hashtable:作为古老的实现类；线程安全的，效率低；不能存储null的key和value
*              |----Properties:常用来处理配置文件。key和value都是String类型
*
*
*      HashMap的底层：数组+链表  （jdk7及之前）
*                    数组+链表+红黑树 （jdk 8）
*
*
*  面试题：
*  1. HashMap的底层实现原理？
*  2. HashMap 和 Hashtable的异同？
*  3. CurrentHashMap 与 Hashtable的异同？（暂时不讲）

Map结构的理解

二、Map结构的理解：
*    Map中的key:无序的、不可重复的，使用Set存储所有的key  ---> key所在的类要重写equals()和hashCode() （以HashMap为例）
*    Map中的value:无序的、可重复的，使用Collection存储所有的value --->value所在的类要重写equals()
*    一个键值对：key-value构成了一个Entry对象。
*    Map中的entry:无序的、不可重复的，使用Set存储所有的entry

HashMap的底层实现原理：

三、HashMap的底层实现原理？以jdk7为例说明：
*      HashMap map = new HashMap():
*      在实例化以后，底层创建了长度是16的一维数组Entry[] table。
*      ...可能已经执行过多次put...
*      map.put(key1,value1):
*      首先，调用key1所在类的hashCode()计算key1哈希值，此哈希值经过某种算法计算以后，得到在Entry数组中的存放位置。
*      如果此位置上的数据为空，此时的key1-value1添加成功。 ----情况1
*      如果此位置上的数据不为空，(意味着此位置上存在一个或多个数据(以链表形式存在)),比较key1和已经存在的一个或多个数据
*      的哈希值：
*              如果key1的哈希值与已经存在的数据的哈希值都不相同，此时key1-value1添加成功。----情况2
*              如果key1的哈希值和已经存在的某一个数据(key2-value2)的哈希值相同，继续比较：调用key1所在类的equals(key2)方法，比较：
*                      如果equals()返回false:此时key1-value1添加成功。----情况3
*                      如果equals()返回true:使用value1替换value2。
*
*       补充：关于情况2和情况3：此时key1-value1和原来的数据以链表的方式存储。
*
*      在不断的添加过程中，会涉及到扩容问题，当超出临界值(且要存放的位置非空)时，扩容。默认的扩容方式：扩容为原来容量的2倍，并将原有的数据复制过来。
*
*      jdk8 相较于jdk7在底层实现方面的不同：
*      1. new HashMap():底层没有创建一个长度为16的数组
*      2. jdk 8底层的数组是：Node[],而非Entry[]
*      3. 首次调用put()方法时，底层创建长度为16的数组
*      4. jdk7底层结构只有：数组+链表。jdk8中底层结构：数组+链表+红黑树。
*         4.1 形成链表时，七上八下（jdk7:新的元素指向旧的元素。jdk8：旧的元素指向新的元素）
          4.2 当数组的某一个索引位置上的元素以链表形式存在的数据个数 > 8 且当前数组的长度 > 64时，此时此索引位置上的所数据改为使用红黑树存储。
*
*      DEFAULT_INITIAL_CAPACITY : HashMap的默认容量，16
*      DEFAULT_LOAD_FACTOR：HashMap的默认加载因子：0.75
*      threshold：扩容的临界值，=容量*填充因子：16 * 0.75 => 12
*      TREEIFY_THRESHOLD：Bucket中链表长度大于该默认值，转化为红黑树:8
*      MIN_TREEIFY_CAPACITY：桶中的Node被树化时最小的hash表容量:64

LinkedHashMap底层实现原理：

四、LinkedHashMap的底层实现原理（了解）
*      源码中：
*      static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
            Entry<K,V> before, after;//能够记录添加的元素的先后顺序
            Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
               super(hash, key, value, next);
            }
        }

代码：

@Test
public void test2(){
    Map map = new HashMap();
    map = new LinkedHashMap();
    map.put(123,"AA");
    map.put(345,"BB");
    map.put(12,"CC");

    System.out.println(map);
}

Map接口：常用方法

/*
    添加、删除、修改操作：
Object put(Object key,Object value)：将指定key-value添加到(或修改)当前map对象中
void putAll(Map m):将m中的所有key-value对存放到当前map中
Object remove(Object key)：移除指定key的key-value对，并返回value
void clear()：清空当前map中的所有数据
    */

代码示例：

@Test
public void test3(){
    Map map = new HashMap();
    //添加
    map.put("AA",123);
    map.put(45,123);
    map.put("BB",56);
    //修改
    map.put("AA",87);

    System.out.println(map);

    Map map1 = new HashMap();
    map1.put("CC",123);
    map1.put("DD",123);

    map.putAll(map1);

    System.out.println(map);

    //remove(Object key)
    Object value = map.remove("CC");
    System.out.println(value);
    System.out.println(map);

    //clear()
    map.clear();//与map = null操作不同
    System.out.println(map.size());
    System.out.println(map);
}

 /*
元素查询的操作：
Object get(Object key)：获取指定key对应的value
boolean containsKey(Object key)：是否包含指定的key
boolean containsValue(Object value)：是否包含指定的value
int size()：返回map中key-value对的个数
boolean isEmpty()：判断当前map是否为空
boolean equals(Object obj)：判断当前map和参数对象obj是否相等
    */

代码示例：

@Test
public void test4(){
    Map map = new HashMap();
    map.put("AA",123);
    map.put(45,123);
    map.put("BB",56);
    // Object get(Object key)
    System.out.println(map.get(45));
    //containsKey(Object key)
    boolean isExist = map.containsKey("BB");
    System.out.println(isExist);

    isExist = map.containsValue(123);
    System.out.println(isExist);

    map.clear();

    System.out.println(map.isEmpty());

}

/*
元视图操作的方法：
Set keySet()：返回所有key构成的Set集合
Collection values()：返回所有value构成的Collection集合
Set entrySet()：返回所有key-value对构成的Set集合

    */

代码示例：

@Test
public void test5(){
    Map map = new HashMap();
    map.put("AA",123);
    map.put(45,1234);
    map.put("BB",56);

    //遍历所有的key集：keySet()
    Set set = map.keySet();
        Iterator iterator = set.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
    }
    System.out.println();
    //遍历所有的value集：values()
    Collection values = map.values();
    for(Object obj : values){
        System.out.println(obj);
    }
    System.out.println();
    //遍历所有的key-value
    //方式一：entrySet()
    Set entrySet = map.entrySet();
    Iterator iterator1 = entrySet.iterator();
    while (iterator1.hasNext()){
        Object obj = iterator1.next();
        //entrySet集合中的元素都是entry
        Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
        System.out.println(entry.getKey() + "---->" + entry.getValue());

    }
    System.out.println();
    //方式二：
    Set keySet = map.keySet();
    Iterator iterator2 = keySet.iterator();
    while(iterator2.hasNext()){
        Object key = iterator2.next();
        Object value = map.get(key);
        System.out.println(key + "=====" + value);

    }

}

总结：

总结：常用方法：
* 添加：put(Object key,Object value)
* 删除：remove(Object key)
* 修改：put(Object key,Object value)
* 查询：get(Object key)
* 长度：size()
* 遍历：keySet() / values() / entrySet()

TreeMap

代码示例：

public class TreeMapTest {

    //向TreeMap中添加key-value，要求key必须是由同一个类创建的对象
    //因为要按照key进行排序：自然排序 、定制排序
    //自然排序
    @Test
    public void test1(){
        TreeMap map = new TreeMap();
        User u1 = new User("Tom",23);
        User u2 = new User("Jerry",32);
        User u3 = new User("Jack",20);
        User u4 = new User("Rose",18);

        map.put(u1,98);
        map.put(u2,89);
        map.put(u3,76);
        map.put(u4,100);

        Set entrySet = map.entrySet();
        Iterator iterator1 = entrySet.iterator();
        while (iterator1.hasNext()){
            Object obj = iterator1.next();
            Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
            System.out.println(entry.getKey() + "---->" + entry.getValue());

        }
    }

    //定制排序
    @Test
    public void test2(){
        TreeMap map = new TreeMap(new Comparator() {
            @Override
            public int compare(Object o1, Object o2) {
                if(o1 instanceof User && o2 instanceof User){
                    User u1 = (User)o1;
                    User u2 = (User)o2;
                    return Integer.compare(u1.getAge(),u2.getAge());
                }
                throw new RuntimeException("输入的类型不匹配！");
            }
        });
        User u1 = new User("Tom",23);
        User u2 = new User("Jerry",32);
        User u3 = new User("Jack",20);
        User u4 = new User("Rose",18);

        map.put(u1,98);
        map.put(u2,89);
        map.put(u3,76);
        map.put(u4,100);

        Set entrySet = map.entrySet();
        Iterator iterator1 = entrySet.iterator();
        while (iterator1.hasNext()){
            Object obj = iterator1.next();
            Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
            System.out.println(entry.getKey() + "---->" + entry.getValue());

        }
    }


}

public class User implements Comparable{
    private String name;
    private int age;

    public User() {
    }

    public User(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    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;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        System.out.println("User equals()....");
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;

        User user = (User) o;

        if (age != user.age) return false;
        return name != null ? name.equals(user.name) : user.name == null;
    }

    @Override
    public int hashCode() { //return name.hashCode() + age;
        int result = name != null ? name.hashCode() : 0;
        result = 31 * result + age;
        return result;
    }

    //按照姓名从大到小排列,年龄从小到大排列
    @Override
    public int compareTo(Object o) {
        if(o instanceof User){
            User user = (User)o;
//            return -this.name.compareTo(user.name);
            int compare = -this.name.compareTo(user.name);
            if(compare != 0){
                return compare;
            }else{
                return Integer.compare(this.age,user.age);
            }
        }else{
            throw new RuntimeException("输入的类型不匹配");
        }

    }
}

Properties

• Hashtable不用了，我们更关心它的子类。

Collections工具类

• 对应操作数组的工具类：Arrays

代码示例

public class CollectionsTest {

/*
reverse(List)：反转 List 中元素的顺序
shuffle(List)：对 List 集合元素进行随机排序
sort(List)：根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素按升序排序
sort(List，Comparator)：根据指定的 Comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序
swap(List，int， int)：将指定 list 集合中的 i 处元素和 j 处元素进行交换

Object max(Collection)：根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最大元素
Object max(Collection，Comparator)：根据 Comparator 指定的顺序，返回给定集合中的最大元素
Object min(Collection)
Object min(Collection，Comparator)
int frequency(Collection，Object)：返回指定集合中指定元素的出现次数
void copy(List dest,List src)：将src中的内容复制到dest中
boolean replaceAll(List list，Object oldVal，Object newVal)：使用新值替换 List 对象的所有旧值

 */
    @Test
    public void test2(){
        List list = new ArrayList();
        list.add(123);
        list.add(43);
        list.add(765);
        list.add(-97);
        list.add(0);

        //报异常：IndexOutOfBoundsException("Source does not fit in dest")
//        List dest = new ArrayList();
//        Collections.copy(dest,list);
        //正确的：
        List dest = Arrays.asList(new Object[list.size()]);
        System.out.println(dest.size());//list.size();
        Collections.copy(dest,list);

        System.out.println(dest);


        /*
        Collections 类中提供了多个 synchronizedXxx() 方法，
        该方法可使将指定集合包装成线程同步的集合，从而可以解决
        多线程并发访问集合时的线程安全问题

         */
        //返回的list1即为线程安全的List
        List list1 = Collections.synchronizedList(list);


    }

    @Test
    public void test1(){
        List list = new ArrayList();
        list.add(123);
        list.add(43);
        list.add(765);
        list.add(765);
        list.add(765);
        list.add(-97);
        list.add(0);

        System.out.println(list);

//        Collections.reverse(list);
//        Collections.shuffle(list);
//        Collections.sort(list);
//        Collections.swap(list,1,2);
        int frequency = Collections.frequency(list, 123);

        System.out.println(list);
        System.out.println(frequency);

    }

}

Collection 和 Collections的区别

答：Collection是集合类的上级接口，继承于他的接口主要有Set 和List。

Collections是针对集合类的一个帮助类，他提供一系列静态方法实现对各种集合的搜索、排序、线程安全化等操作

练习

public class ScoreTest {
   private Scanner scanner;

   @Test
   public void test1() {
      scanner = new Scanner(System.in);
      TreeSet<Student> treeSet = new TreeSet<>();
      System.out.println("请输入学生的姓名和成绩，当输入为负数时结束输入");
      for (int i = 1;; i++) {
         int score = 0;
         System.out.println("请输入第" + i + "位学生的姓名：");
         String name = scanner.next();
         System.out.println("请输入第" + i + "位学生的成绩：(输入负数，结束录入)");
         try {
            score = scanner.nextInt();
         } catch (ClassCastException e) {
            // TODO: handle exception
            System.out.println("您输入的分数有误");
         }

         if (score < 0) {
            break;
         } else {
            treeSet.add(new Student(name, score));
         }

      }
      System.out.println("您输入的成绩生成成绩单结果：");
      for (Student student : treeSet) {
         System.out.println(student.getName() + "--->" + student.getScore());
      }
      // 前三名学生的姓名
      System.out.println("前三名学生的姓名为：");
      int count = 0;
      for (Student student : treeSet) {
         if (count == 3) {
            break;
         } else {
            System.out.println(student.getName() + "--->"
                  + student.getScore());
            count++;
         }

      }
   }
}

class Student implements Comparable<Student> {
   private String name;
   private int score;

   public Student(String name, int score) {
      super();
      this.name = name;
      this.score = score;
   }

   public String getName() {
      return name;
   }

   public void setName(String name) {
      this.name = name;
   }

   public int getScore() {
      return score;
   }

   public void setScore(int score) {
      this.score = score;
   }

   @Override
   public int hashCode() {
      final int prime = 31;
      int result = 1;
      result = prime * result + ((name == null) ? 0 : name.hashCode());
      result = prime * result + score;
      return result;
   }

   @Override
   public boolean equals(Object obj) {
      if (this == obj)
         return true;
      if (obj == null)
         return false;
      if (getClass() != obj.getClass())
         return false;
      Student other = (Student) obj;
      if (name == null) {
         if (other.name != null)
            return false;
      } else if (!name.equals(other.name))
         return false;
      if (score != other.score)
         return false;
      return true;
   }

   @Override
   public int compareTo(Student o) {
      // TODO Auto-generated method stub
      int num = o.score - score;
      if (num != 0) {
         return num;
      } else {
         return this.name.compareTo(o.name);
      }
   }

}

数据结构简述

• 程序能否快速而高效地完成预定的任务，取决于是否选对了数据结构，而程序是否能清楚而正确地把问题解决，则取决于算法。

• 总结：算法是为了解决实际问题而设计的，数据结构是算法需要处理的问题载体。