java集合一数据结构详解.docx
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java集合一数据结构详解
java集合
（一）——数据结构详解
（一）集合接口
1.集合的接口和实现分离
与其他的数据结构类库相似的，java的集合类库也采用了这种接口和实现分离的方法。
这种方法的好处是不言而喻的。
当你要实例化一个队列时，如果你想去选择链式结构或者循环数组或其他不同的实现方法，只需为集合接口引用不同的实现类即可。
Queueqe1=newLinkedList<>（）;//LinkedList是链表实现队列
Queueqe2=newArrayDeque<>（）;//ArrayDeque是循环数组实现队列
同样是Queue的实现类，但采用了不同的方式。
2.Collection接口
在集合类库中，最基本的接口是Collection接口。
Collection接口可以理解成集合类库中的树根，所有的其他类都是从之演变出来的。
因为Colleaction是一个泛型接口，所以在这个泛型接口中java类库的设计者添加了许多的方法，所有的实现类都必须去实现这些方法。
intsize（）
//返回此collection中的元素数。
//如果此collection包含的元素大于Integer.MAX_VALUE，则返回Integer.MAX_VALUE。
booleanisEmpty（）
//如果此collection不包含元素，则返回true。
booleancontains（Objecto）
//当且仅当此collection至少包含一个满足（o==null?
e==null:
o.equals（e））的元素e时，返回true。
Iteratoriterator（）
//返回在此collection的元素上进行迭代的迭代器。
//关于元素返回的顺序没有任何保证,除非此collection是某个能提供保证顺序的类实例。
Object[]toArray（）
//返回包含此collection中所有元素的数组。
//如果collection对其迭代器返回的元素顺序做出了某些保证，那么此方法必须以相同的顺序返回这些元素。
//返回的数组将是“安全的”，因为此collection并不维护对返回数组的任何引用。
//调用者可以随意修改返回的数组。
//此方法充当了基于数组的API与基于collection的API之间的桥梁。
booleanadd（Ee）
//确保此collection包含指定的元素。
如果此collection由于调用而发生更改，则返回true。
//如果此collection不允许有重复元素，并且已经包含了指定的元素，则返回false。
booleanremove（Objecto）
//如果此collection包含一个或多个满足（o==null?
e==null:
o.equals（e））的元素e，则移除这样的元素。
//如果此collection包含指定的元素（或者此collection由于调用而发生更改），则返回true。
booleancontainsAll（Collection
>c）
//如果此collection包含指定collection中的所有元素，则返回true。
booleanaddAll（Collection
extendsE>c）
//将指定collection中的所有元素都添加到此collection中。
//如果在进行此操作的同时修改指定的collection，那么此操作行为是不确定的。
booleanremoveAll（Collection
>c）
//移除此collection中那些也包含在指定collection中的所有元素。
//此调用返回后，collection中将不包含任何与指定collection相同的元素。
voidclear（）
//移除此collection中的所有元素。
booleanretainAll（Collection
>c）
//仅保留此collection中那些也包含在指定collection的元素。
//移除此collection中未包含在指定collection中的所有元素。
以上这些方法将会在所有的集合数据结构中出现，记住他们的作用，无论是哪个数据结构，只要调用他们准没有错。
除此之外真的要赞叹JavaAPI编写者的水平，方法功能的介绍用最少的语言来说的滴水不漏，这种超强的概括性，水平之高可见一斑。
尤其像remove中判断的方式，书写简洁美观，包含存在null的情况，真的是非常值得学习。
（特殊的，表不是从Collection接口实现的，而是Map接口）
（二）Iterator
在创建Collection接口的同时，集合类库也创建了Iterator接口，这个接口的对象是一个迭代器，他会依次遍历集合中所有的元素。
在开始的时候，如果集合是有序的，那么通过Collection接口的iterator方法返回的迭代器对象会在集合起始位置。
Iteratorit=newIterator<>（）;
Iteratorit=queue.iterator（）;//通过队列中实现的iterator方法返回迭代器
Iterator对象工作的原理是把每个集合中的对象看作一个块，it在这些块之间跳跃。
在开始的时候it在第一个块前（如果是有序集），调用一次next（）方法it就会跳到下个块之后，并且跳完之后返回在it前面的块。
如果在开始直接it.remove（）会报错，因为remove的原理是删除在it之前的这个块，所以需要先进行next（）操作。
同理，连续remove两次也是会报错的。
Queueqe1=newLinkedList<>（）;
qe1.add（null）;
qe1.add
（1）;
qe1.add（20）;
System.out.println（qe1）;
Iteratorit=qe1.iterator（）;
//-------------error-------------
it.reomve（）;//不能直接调用remove（），这时it没有跳过块，it之前没有内容
//-------------------------------
//-------------error-------------
it.next（）;
it.remove（）;
it.reomve（）;//不能连续调用remove（），it之前的块已被删除，再调用报错
//-------------------------------
//--------------ok---------------
it.next（）;
it.remove（）;
it.next（）;
it.remove（）;
//-------------------------------
System.out.println（qe1）;
//输出：
//[20]
上面的例子中值得注意的一点是qe1.add（null）;是完全成立的。
基本上所有的集合可以显式的把null作为一个对象传入（除了特殊的集合，比如PriorityQueue…等）。
这样我们也就可以理解API中的：
if（o==null?
e==null:
o.equals（e））//如果集合中有和o相同的e
（三）链表LinkedList
在数组以及动态的ArrayList数组存在删除节点代价大的问题后，链表的出现解决了这个问题。
在java中所有的链表其实都是双向的，包含一个前驱结点的引用，存放的对象，指向后一个结点的引用。
Listletter=newLinkedList<>（）;//链表
1.ListIterator迭代器
当时用链表的时候也就意味着我们需要进行大量的增添和删除功能。
对于链表这种有序集合，Iterator迭代器无疑是描述位置最好的类，但是在Iterator中并没有add方法（因为有很多无序集不需要在特定的位置增添元素）所以我们从Iterator中实现了一个子类来进行增删操作——ListIterator。
packageCollection;
importjava.util.LinkedList;
importjava.util.List;
importjava.util.ListIterator;
/**
*
*@authorQuinnNorris
*链表LinkedList的操作，以及ListIterator
*/
publicclassLinkedListE{
/**
*@paramargs
*/
publicstaticvoidmain（String[]args）{
//TODOAuto-generatedmethodstub
Listletter=newLinkedList<>（）;
letter.add（0,"a"）;//在索引为0的位置添加元素
letter.add（"b"）;
letter.add（"c"）;
letter.add（"d"）;
ListIteratorli=letter.listIterator
（2）;//在第3个元素“c”（索引为2）之前放置迭代器
li.previous（）;//迭代器向前遍历
li.remove（）;//删除刚刚跳过的元素“b”
li.next（）;//迭代器向后遍历
li.remove（）;//删除刚刚跳过的元素“c”
li.next（）;//迭代器向后遍历
li.set（"e"）;//将刚刚跳过的元素“d”重新设置为“e”
System.out.println（li.nextIndex（））;//输出：
2
System.out.println（li.previousIndex（））;//输出：
1
System.out.println（letter）;//输出：
[a,e]
letter.get（0）;//可以使用，但是不要这样做
}
}
ListIterator提供了向前遍历元素的方法previous（），并且提供了让人耳目一新的方法set（）。
set这个方法可以重新设置刚刚跳过的那个节点内容，这个方法有些特殊之处，我们以后还会多次用到。
2.链表中的get，set方法
需要注意的是，如果你在一个链表中经常去调用get（）方法，那么有可能你已经在一条错误的道路上了。
get方法的实现效率非常差，如果不是一条增删需求多于查询需求的表，那么是时候该考虑考虑使用其他的表了。
（四）动态数组列表ArrayList
在上面链表中不适用的set和get方法在ArrayList中是非常有用的。
这个类也实现了List接口。
这个列表可能是我们用的相当多的一个列表，在不需要同步的情况下，ArrayList是我们最可靠的小帮手。
（五）散列集HashSet
如果我们只是要将一些元素存放到集合之中，而无须关心他们的次序，那么我们可以采用散列集来存放这些元素，它可以快速的查找到元素，缺点在于无法控制顺序。
1.散列表原理
HashTable是非常出名的数据结构，它的存放对象的原理大概是这样的：
将每个对象设置一个散列码（有的通过HashCode（）方法）。
实现许多条链表数组，将每条这样的数组称为一个桶（bucket）。
将对象的散列码与桶的总数取余，得到的余数就是保存这个对象的桶的索引。
将这个对象放入这个桶中，如果这个桶此时无对象，则他作为第一个节点，否则跟在最后一个节点后面
如果这个桶被占满，发生散列冲突。
java会先尝试扩充链表，如果不行，一般采用链表法，继续向后延展。
2.散列表中一些预防措施
为了在不浪费空间的情况下尽可能的优化散列表的性能，我们的初始的桶数就要进行估算，但是事实上我们没法估算…。
在java标准类库中采用了默认值为16的桶数。
除此之外，如果我们在使用的过程中，散列表过于满我们就需要对散列表进行再散列。
再散列的方法很简单，把2的幂数加一，就是以32为桶数重新创建一个散列表，将原来各个桶中元素全部重新计算。
那么我们在什么时候需要再散列呢？
在散列表中存在一个装填因子，默认它的值为0.75。
也就是说，如果原来的散列表被装满了75%以上时，这个散列表将会被再散列。
3.HashSet
packageCollection;
importjava.util.HashSet;
importjava.util.Set;
/**
*
*@authorQuinnNorris
*散列集HashSet,要理解存放方法,实际应用中无特别之处
*/
publicclassHashSetE{
/**
*@paramargs
*/
publicstaticvoidmain（String[]args）{
//TODOAuto-generatedmethodstub
Seths=newHashSet<>（）;
hs.add（"aster"）;
Setsub_hs=newHashSet<>（）;
sub_hs.add（"sub"）;
hs.addAll（sub_hs）;//将另一个集合添加进来
System.out.println（hs）;//输出[sub,master]
}
}
散列集HashSet，要理解存放方法，实际应用中无特别之处。
如果不需要索引，可用这种集合存放元素。
（六）树集TreeSet
TreeSet和HashSet很像，但是TreeSet却是一种有序集合。
正如其名，树集是一种树，它将插入这个集合的每个元素都按照一定的规律来排序比较，最后在循环输出的时候，树集输出的内容是有一定顺序的。
也正是因为这个原因，插入树集的元素是必须能比较的，详细的说，所有插入树集的元素都要实现Comparable接口，否则会报错，这也是能比较的一个前提。
1.Comparable接口
我们已经知道，这个接口是插入树集前必须要实现的。
Comparable接口定义了一个方法：
publicinterfaceComparable
{
intcompareTo（Tother）;
}
compareTo方法返回的是一个int类型的数字，如果这个数字大于0，则说明排序时对象在参数之前，反之在参数之后。
在集合中不会出现等于0的情况，毕竟集合是具有单一性，不能一个元素重复存在。
2.自定义Comparator接口
毕竟我们写的类不会自己附带一个Comparable接口的实现，那么很多时候，我们需要披挂上阵自己来定义比较的方法。
我们可以创建一个Comparator实现类，在类中实现compare方法。
请注意，我们手动实现的接口是Comparator而不是Comparable。
更好的做法是我们将这个自定的类作为一个参数传入TreeSet的初始化语句中。
ItemComparatorcomp=newItemComparator（）;//ItemComparator是自己写的Comparable的实现类
Setts=newTreeSet（comp）;//将实例comp作为参数传入，TreeSet获得比较方法
3.匿名内部类
上面的自定义方法固然好，但是那并不是最简洁的写法，在这种情况下，匿名内部类真的起到了非常好的效果。
只要你知道这里的参数是一个实现了compare方法的类对象，你就不会因为内部类的写法而感到很难读懂。
Setts=newTreeSet（new
Comparator（）{
publicintcompare（Treea,Treeb）{
returna.index-b.index;
}
}）;
Tree是我们自己定义的一个类，自然没有Comparable接口的实现。
所以我们在这里实现一下Comparator，采用的是匿名内部类的方法。
事实上，Comparator接口还有equals方法，但是一般的情况下我们并不用去管它。
4.TreeSet实现的其他接口
TreeSet本身没有什么更多的便捷方法，但是它实现了很多接口，我们既然要看就看得透彻一些，来把这些接口也学习一下。
SortedSetts=newTreeSet<>（）;
//SortedSet接口
Comparator
superE>omparator（）
//返回对此set中的元素进行排序的比较器。
如果此set使用其元素的自然顺序，则返回null。
Efirst（）
//返回此set中当前第一个（最低）元素。
Elast（）
//返回此set中当前最后一个（最高）元素。
NavigableSetts=newTreeSet<>（）;
//NavigableSet接口
ceiling（Ee）
//返回此set中大于等于给定元素的最小元素；如果不存在这样的元素，则返回null。
IteratordescendingIterator（）
//以降序返回在此set的元素上进行迭代的迭代器。
Efloor（Ee）
//返回此set中小于等于给定元素的最大元素；如果不存在这样的元素，则返回null。
Ehigher（Ee）
//返回此set中严格大于给定元素的最小元素；如果不存在这样的元素，则返回null。
Iteratoriterator（）
//以升序返回在此set的元素上进行迭代的迭代器。
Elower（Ee）
//返回此set中严格小于给定元素的最大元素；如果不存在这样的元素，则返回null。
EpollFirst（）
//获取并移除第一个（最低）元素；如果此set为空，则返回null。
EpollLast（）
//获取并移除最后一个（最高）元素；如果此set为空，则返回null。
实际上，NavigableSet实现了SortedSet，如果想要使用上面的方法用NaviagableSet引用即可。
（七）双端队列ArrayDeque
顾名思义，有两个端头的队列就叫做双端队列，而deque的含义也正是“doubleendedqueue”。
双端队列可以在两端进行增删元素操作，但是不能在队列中间添加元素。
在java类库中，Deque实现了Queue接口，而ArrayDeque实现了Deque接口。
packageCollection;
importjava.util.ArrayDeque;
importjava.util.Deque;
/**
*
*@authorQuinnNorris
*双端队列ArrayDeque的基本操作
*/
publicclassArrayDequeE{
/**
*@paramargs
*/
publicstaticvoidmain（String[]args）{
//TODOAuto-generatedmethodstub
Dequead=newArrayDeque<>（）;//默认构造一个大小为16的双端队列
ad.add（"a"）;//将一个对象插入双端队列的末尾
ad.addFirst（"b"）;//将一个对象插入双端队列的头部
ad.addLast（"c"）;//将一个对象插入双端队列的末尾
Stringfirst=ad.pollFirst（）;//获取并移除双端队列的第一个元素，pollLast（）功能相反
Stringsecond=ad.getLast（）;//获取双端队列的最后一个元素，getFrist（）功能相反
}
}
这个类的功能也很明确就是在头部尾部能够做文章，偶尔或许会用到吧。
值得一提的是，因为这个实现类继承了很多队列的接口，所以ArrayDeque里面有很多功能相同的方法，我们看着用就可以，作用是差不多的。
（八）优先级队列PriorityQueue
在操作系统中，CPU要处理很多进程任务，有个管理这些进程的算法就叫做优先级队列算法。
java中的优先级队列和这个很像。
在优先级队列中，元素只要add进去就不用管了，因为这个队列就是一个堆（heap），实质上是一个AVL二叉树。
在这个二叉树中他总是按照compareTo方法将元素排序，优先级低的放在前面。
packageCollection;
importjava.util.PriorityQueue;
importjava.util.Queue;
/**
*
*@authorQuinnNorris
*优先级队列PriorityQueue基本用法
*/
publicclassPriorityQueueE{
/**
*@paramargs
*/
publicstaticvoidmain（String[]args）{
//TODOAuto-generatedmethodstub
Queuepq=newPriorityQueue<>（）;
pq.add（"a"）;
pq.offer（"b"）;//向优先级队列中添加一个对象，和add方法相同。
pq.offer（"c"）;
Stringhead=pq.peek（）;//获取此列表的头
System.out.println（head）;//输出：
a
System.out.println（pq）;//输出：
[a,b,c]
pq.remove（）;//移除队列中优先级最小的元素,也就是第一个元素，也可用参数表示删除什么元素
System.out.println（pq）;//输出：
[b,c]
}
}
PriorityQueue的方法也是出奇的简单，只有几种特殊的方法，毕竟二叉树自己内部就进行了自动调整，不需要我们做太多。
与TreeSet一样，我们也可以通过自己创建实现了Comaprator接口的类对象来控制排序的原则。
在PriorityQueue中值得注意的是，如果remove方法没有参数，那么默认会删除根节点的元素（第一个元素）。
（九）散列表HashMap
1.映射表
有的时候，我们要查找一个元素，但是并不想根据它的索引数字来查找。
更有意义的，我们想用除了数字之外的类似String，Double，或者其他对象来查找这个值，那么这就涉及到一对数据。
在java和很多语言中都实现了这种数据结构，通过一对键值对（key-value对）来存放数据，这就是映射表。
2.散列表特性
散列表和散列集的特性是基本差不多的，都是
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