Java面试手册:集合框架

1.Java集合大家族导图

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  • 为了方便多个对象进行操作,要存储多个对象,就不能是一个基本的变量,而应该是一个容器类型的变量,此时的数组为对象数组。而对象数组又不能适应变化的需求,因为数组的长度是固定的,为此提出了集合框架。
  • 整个集合框架就围绕一组标准接口而设计。你可以直接使用这些接口的标准实现,(++诸如:LinkedList, HashSet, 和 TreeSet 等,除此之外你也可以通过这些接口实现自己的集合++)
  • 集合框架被设计成要满足以下几个目标。
  • 该框架必须是高性能的。基本集合(==动态数组,链表,树,哈希表==)的实现也必须是高效的。
  • 该框架允许不同类型的集合,以类似的方式工作,具有高度的互操作性。
  • 对一个集合的扩展和适应必须是简单的。

2.Java集合框架图

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  • 从上面的集合框架图可以看到,Java集合框架主要包括两种类型的容器
  • 一种是集合(Collection),存储一个元素集合
  • 另一种是图(Map),存储键/值对映射。
  • Collection 接口又有 3 种子类型:List、Set和Queue,
  • 再下面是一些抽象类,最后是具体实现类

集合框架体系

  • 使用的数据类型都是引用类型或者包装类型
  • 集合框架是一个用来代表和操纵集合的统一架构。所有的集合框架都包含如下内容:
  • 接口:是代表集合的抽象数据类型。例如 Collection、List、Set、Map 等。之所以定义多个接口,是为了以不同的方式操作集合对象
  • 实现(类):是集合接口的具体实现。从本质上讲,它们是可重复使用的数据结构,例如:ArrayList、LinkedList、HashSet、HashMap。
  • 算法:是实现集合接口的对象里的方法执行的一些有用的计算,例如:搜索和排序。这些算法被称为多态,那是因为相同的方法可以在相似的接口上有着不同的实现

3.集合导图

  • 除了集合,该框架也定义了几个 Map 接口和类。Map 里存储的是键/值对。java集合框架位于java.util包中,存储的时候都是以object类存储,因此在从集合中取出的数据要进行强制类型转换。
  • List 有三个儿子,我们到底使用谁呢?视需求而定,要安全吗?
  • 要:Vector(即使安全,也不用,因为有替代品)
  • 不要:ArrayList 或者LinkedList
    • 查询多:ArrayList
    • 增删多:LinkedList
  • Collections类可以对集合进行排序、查找和替换操作:
  • sort():排序
    • binarySearch():
    • 查找max()\min():查找最大\最小值
4.集合接口的描述

  • Collection接口:Collection 是最基本的集合接口,一个 Collection 代表一组 Object,即 Collection 的元素,
  • Java不提供直接继承自Collection的类,只提供继承于的子接口(如List和set)。
  • Collection接口存储一组不唯一,无序的对象。
  • Lsit接口:List接口是collection的子接口
  • Lsit接口是一个有序的 Collection,使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置,能够通过索引(元素在List中位置,类似于数组的下标)来访问List中的元素,第一个元素的索引为 0,而且允许有相同的元素。
  • List 接口存储一组不唯一,有序(插入顺序)的对象。
  • Set接口
  • Set 具有与 Collection 完全一样的接口,只是行为上不同,Set 不保存重复的元素。
  • Set接口存储一组唯一,无序的对象。
  • SortedSet: ==继承==于Set保存有序的集合。
  • Map: Map 接口存储一组键值对象,提供key(键)到value(值)的映射。
  • Map.Entry:描述在一个Map中的一个元素(键/值对)。是一个Map的内部类。
  • ** SortedMap**: ==继承==于 Map,使 Key 保持在升序排列。
  • Enumeration(被迭代器取代): 这是一个传统的接口和定义的方法,通过它可以枚举(一次获得一个)对象集合中的元素。
5.Set和List的区别

  • Set 接口实例存储的是无序的,不重复的数据。List 接口实例存储的是有序的,可以重复的元素。
  • Set检索效率低下,删除和插入效率高,插入和删除不会引起元素位置改变 <==实现类有HashSet,TreeSet==>。
  • List和数组类似,可以动态增长,根据实际存储的数据的长度自动增长List的长度。查找元素效率高,插入删除效率低,因为会引起其他元素位置改变 <实现类有==ArrayList,LinkedList,Vector==> (List默认长度为10,自动扩容第一次到15,第二次加7,即增加当前长度的50%)
6.集合的实现类

  • AbstractCollection:实现了大部分的集合接口。
  • AbstractList:继承于AbstractCollection 并且实现了大部分List接口。
  • AbstractSequentialList:继承于 AbstractList,提供了对数据元素的链式访问而不是随机访问。
  • LinkedList: 该类实现了List接口,允许有null(空)元素
  • 主要用于创建链表数据结构,该类没有同步方法,如果多个线程同时访问一个List,则必须自己实现访问同步,解决方法就是在创建List时候构造一个同步的List。
List list=Collections.synchronizedList(newLinkedList(...));

  • ArrayList: 该类也是实现了List的接口,++实现了可变大小的数组++,随机访问和遍历元素时,提供更好的性能。==该类也是非同步的,在多线程的情况下不要使用==。ArrayList 增长当前长度的50%,插入删除效率低。
  • AbstractSet: 继承于AbstractCollection并且实现了大部分Set接口。
  • HashSet: 该类实现了Set接口,不允许出现重复元素,不保证集合中元素的顺序,==允许包含值为null的元素,但最多只能一个==。
  • LinkedHashSet: 具有可预知迭代顺序的Set接口的哈希表和链接列表实现。
  • TreeSet: 该类实现了Set接口,可以实现排序等功能。
  • AbstractMap: 实现了大部分的Map接口
  • HashMap: HashMap 是一个散列表,它存储的内容是键值对(key-value)映射。该类实现了Map接口,根据键的HashCode值存储数据,具有很快的访问速度,==最多允许一条记录的键为null,不支持线程同步==。
  • TreeMap: 继承了AbstractMap,并且使用一颗树。
  • WeakHashMap: 继承AbstractMap类,使用弱密钥的哈希表。
  • LinkedHashMap:继承于HashMap,使用元素的自然顺序对元素进行排序.
  • IdentityHashMap:继承AbstractMap类,比较文档时使用引用相等。
7.集合相关的使用方法

  • 实现一个类的对象之间比较大小,该类要实现Comparable接口 重写compareTo()方法
8.类的描述

  • Vector:该类和ArrayList非常相似,但是该类是同步的,可以用在多线程的情况,该类允许设置默认的增长长度,默认扩容方式为原来的2倍。
  • Stack:栈是Vector的一个子类,它实现了一个标准的后进先出的栈。
  • Dictionary: Dictionary 类是一个抽象类,用来存储键/值对,作用和Map类相似
  • Hashtable:Hashtable 是 Dictionary(字典) 类的子类,位于 java.util 包中。
  • Properties:Properties 继承于 Hashtable,表示一个持久的属性集,属性列表中每个键及其对应值都是一个字符串。
  • BitSet:一个Bitset类创建一种特殊类型的数组来保存位值。BitSet中数组大小会随需要增加。
9.集合算法

  • 集合框架定义了几种算法,可用于集合和映射。这些算法被定义为集合类的静态方法。
  • 集合定义三个静态的变量:EMPTY_SET,EMPTY_LIST,EMPTY_MAP的。这些变量都不可改变。
  • 在尝试比较不兼容的类型时,一些方法能够抛出 ClassCastException异常。当试图修改一个不可修改的集合时,抛出UnsupportedOperationException异常。
10.如何使用迭代器(Iterator和ListIterator是接口)

  • 一般遍历数组都是采用for循环或者增强for,这两个方法也可以用在集合框架,但是还有一种方法是采用==迭代器遍历集合框架==,它是一个对象,实现了Iterator 接口或ListIterator接口。
  • 迭代器,使你能够通过循环来得到或删除集合的元素
  • ListIterator 继承了Iterator,==以允许双向遍历列表和修改元素==。
11.三种遍历集合的方法:

  • 第三种方法是采用迭代器的方法,该方法可以不用担心在遍历的过程中会超出集合的长度。
import java.util.*;

public class Test{
 public static void main(String[] args) {
     List<String> list=new ArrayList<String>();
     list.add("Hello");
     list.add("World");
     list.add("HAHAHAHA");
     //第一种遍历方法使用foreach遍历List
     for (String str : list) {  //也可以改写for(int i=0;i<list.size();i++)这种形式
        System.out.println(str);
     }
     //第二种遍历,把链表变为数组相关的内容进行遍历
     String[] strArray=new String[list.size()];
     list.toArray(strArray);
     for(int i=0;i<strArray.length;i++) //这里也可以改写为  foreach(String str:strArray)这种形式
     {
        System.out.println(strArray[i]);
     }
    //第三种遍历 使用迭代器进行相关遍历

     Iterator<String> ite=list.iterator();
     while(ite.hasNext())//判断下一个元素之后有值
     {
         System.out.println(ite.next());
     }
 }
}
12.遍历map
import java.util.*;

public class Test{
     public static void main(String[] args) {
      Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
      map.put("1", "value1");
      map.put("2", "value2");
      map.put("3", "value3");
      //第一种:普遍使用,二次取值
      System.out.println("通过Map.keySet遍历key和value:");
      for (String key : map.keySet()) {
       System.out.println("key= "+ key + " and value= " + map.get(key));
      }
      //第二种
      System.out.println("通过Map.entrySet使用iterator遍历key和value:");
      Iterator<Map.Entry<String, String>> it = map.entrySet().iterator();
      while (it.hasNext()) {
       Map.Entry<String, String> entry = it.next();
       System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue());
      }
      //第三种:推荐,尤其是容量大时
      System.out.println("通过Map.entrySet遍历key和value");
      for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
       System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue());
      }
      //第四种
      System.out.println("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);
      }
     }
}
13.如何使用比较器

  • TreeSet和TreeMap的按照排序顺序来存储元素. 然而,这是通过比较器来精确定义按照什么样的排序顺序,这个接口可以让我们以不同的方式来排序一个集合。
  • 使用 Java Comparator: 这里通过实例列出Comparator接口提供的所有方法
14.集合与数组的区别

  • 长度区别
  • 数组的长度固定
  • 集合长度可变
  • 内容不同
  • 数组存储的是同一种类型的元素
  • 集合是一个对象,可容纳其他对象的引用。集合接口声明对每一种类型的集合可以执行的操作。
  • 元素的数据类型问题
  • 数组可以存储基本数据类型,也可以存储引用数据类型
  • 集合只能存储引用类型。
15.集合框架并发修改异常的产生原因及解决方案

  • 问题:有一集合,需要判断里面有无某个元素,如果有,添加一个新元素,请用代码实现。
  • 结果:ConcurrentModificationException :当方法检测到对象的并发修改,但不允许这种修改时,抛出此异常。
  • 产生的原因: ==迭代器是依赖与集合而存在的==,在判断成功后,集合中新添加了元素,而迭代器却不知道,所以报错了,==这个错误叫并发修改异常==,其实这个问题描述的是:迭代器遍历元素的时候,通过集合是不能修改元素的。
  • 如何解决呢?
  • 迭代器迭代元素,迭代器修改元素 而Iterator 迭代器却没有添加元素功能,所以我们使用其子接口ListIterator,结果是元素添加在刚才迭代的元素之后。
  • 集合遍历元素,集合修改元素(普通for循环);结果是新添加元素在最后添加的。
16.set集合去重原理
package org.u2.Day0319;
import java.util.HashSet;
import java.util.Scanner;
import java.util.Set;
public class demo {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner input = new Scanner(System.in);
        System.out.println("请输入数字:");
        int n = input.nextInt();
        Set set = new HashSet();
        int a = n / 2;
        for (int i = 0; i <=a ; i++) {
            //异或去重
            int q =i ^ (n - i);
            set.add(q);
        }
        System.err.println(set.size());
    }
}
17.总结:
  • Java集合框架为程序员提供了预先包装的数据结构和算法来操纵他们。
  • 集合是一个对象,可容纳其他对象的引用。集合接口声明对每一种类型的集合可以执行的操作。
  • 集合框架的类和接口均在java.util包中。
  • 任何对象加入集合类后,自动转变为Object类型,所以在取出的时候,需要进行强制类型转换。

原文发布于微信公众号 - Java大联盟(javaunion)

原文发表时间:2018-10-17

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