Java集合常见知识总结(中)

Set

Comparable 和 Comparator 的区别

Comparable 接口和 Comparator 接口都是 Java 中用于排序的接口,它们在实现类对象之间比较大小、排序等方面发挥了重要作用:

  • Comparable 接口实际上是出自java.lang包 它有一个 compareTo(Object obj)方法用来排序

  • Comparator接口实际上是出自 java.util 包它有一个compare(Object obj1, Object obj2)方法用来排序

一般我们需要对一个集合使用自定义排序时,我们就要重写compareTo()方法或compare()方法,当我们需要对某一个集合实现两种排序方式,比如一个 song 对象中的歌名和歌手名分别采用一种排序方法的话,我们可以重写compareTo()方法和使用自制的Comparator方法或者以两个 Comparator 来实现歌名排序和歌星名排序,第二种代表我们只能使用两个参数版的 Collections.sort().

Comparator 定制排序
ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
arrayList.add(-1);
arrayList.add(3);
arrayList.add(3);
arrayList.add(-5);
arrayList.add(7);
arrayList.add(4);
arrayList.add(-9);
arrayList.add(-7);
System.out.println("原始数组:");
System.out.println(arrayList);
// void reverse(List list):反转
Collections.reverse(arrayList);
System.out.println("Collections.reverse(arrayList):");
System.out.println(arrayList);
​
// void sort(List list),按自然排序的升序排序
Collections.sort(arrayList);
System.out.println("Collections.sort(arrayList):");
System.out.println(arrayList);
// 定制排序的用法
Collections.sort(arrayList, new Comparator<Integer>() {@Overridepublic int compare(Integer o1, Integer o2) {return o2.compareTo(o1);}
});
System.out.println("定制排序后:");
System.out.println(arrayList);

Output:

原始数组:
[-1, 3, 3, -5, 7, 4, -9, -7]
Collections.reverse(arrayList):
[-7, -9, 4, 7, -5, 3, 3, -1]
Collections.sort(arrayList):
[-9, -7, -5, -1, 3, 3, 4, 7]
定制排序后:
[7, 4, 3, 3, -1, -5, -7, -9]
重写 compareTo 方法实现按年龄来排序
// person对象没有实现Comparable接口,所以必须实现,这样才不会出错,才可以使treemap中的数据按顺序排列
// 前面一个例子的String类已经默认实现了Comparable接口,详细可以查看String类的API文档,另外其他
// 像Integer类等都已经实现了Comparable接口,所以不需要另外实现了
public  class Person implements Comparable<Person> {private String name;private int age;
​public Person(String name, int age) {super();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;}
​/*** T重写compareTo方法实现按年龄来排序*/@Overridepublic int compareTo(Person o) {if (this.age > o.getAge()) {return 1;}if (this.age < o.getAge()) {return -1;}return 0;}
}public static void main(String[] args) {TreeMap<Person, String> pdata = new TreeMap<Person, String>();pdata.put(new Person("张三", 30), "zhangsan");pdata.put(new Person("李四", 20), "lisi");pdata.put(new Person("王五", 10), "wangwu");pdata.put(new Person("小红", 5), "xiaohong");// 得到key的值的同时得到key所对应的值Set<Person> keys = pdata.keySet();for (Person key : keys) {System.out.println(key.getAge() + "-" + key.getName());
​}}

Output:

5-小红
10-王五
20-李四
30-张三
无序性和不可重复性的含义是什么
  • 无序性不等于随机性 ,无序性是指存储的数据在底层数组中并非按照数组索引的顺序添加 ,而是根据数据的哈希值决定的。

  • 不可重复性是指添加的元素按照 equals() 判断时 ,返回 false,需要同时重写 equals() 方法和 hashCode() 方法。

比较 HashSet、LinkedHashSet 和 TreeSet 三者的异同
  • HashSetLinkedHashSetTreeSet 都是 Set 接口的实现类,都能保证元素唯一,并且都不是线程安全的。

  • HashSetLinkedHashSetTreeSet 的主要区别在于底层数据结构不同。HashSet 的底层数据结构是哈希表(基于 HashMap 实现)。LinkedHashSet 的底层数据结构是链表和哈希表,元素的插入和取出顺序满足 FIFO。TreeSet 底层数据结构是红黑树,元素是有序的,排序的方式有自然排序和定制排序。

  • 底层数据结构不同又导致这三者的应用场景不同。HashSet 用于不需要保证元素插入和取出顺序的场景,LinkedHashSet 用于保证元素的插入和取出顺序满足 FIFO 的场景,TreeSet 用于支持对元素自定义排序规则的场景。

Queue

Queue 与 Deque 的区别

Queue 是单端队列,只能从一端插入元素,另一端删除元素,实现上一般遵循 先进先出(FIFO) 规则。

Queue 扩展了 Collection 的接口,根据 因为容量问题而导致操作失败后处理方式的不同 可以分为两类方法: 一种在操作失败后会抛出异常,另一种则会返回特殊值。

Queue 接口抛出异常返回特殊值
插入队尾add(E e)offer(E e)
删除队首remove()poll()
查询队首元素element()peek()

Deque 是双端队列,在队列的两端均可以插入或删除元素。

Deque 扩展了 Queue 的接口, 增加了在队首和队尾进行插入和删除的方法,同样根据失败后处理方式的不同分为两类:

Deque 接口抛出异常返回特殊值
插入队首addFirst(E e)offerFirst(E e)
插入队尾addLast(E e)offerLast(E e)
删除队首removeFirst()pollFirst()
删除队尾removeLast()pollLast()
查询队首元素getFirst()peekFirst()
查询队尾元素getLast()peekLast()

事实上,Deque 还提供有 push()pop() 等其他方法,可用于模拟栈

ArrayDeque 与 LinkedList 的区别

ArrayDequeLinkedList 都实现了 Deque 接口,两者都具有队列的功能,但两者有什么区别呢?

  • ArrayDeque 是基于可变长的数组和双指针来实现,而 LinkedList 则通过链表来实现。

  • ArrayDeque 不支持存储 NULL 数据,但 LinkedList 支持。

  • ArrayDeque 是在 JDK1.6 才被引入的,而LinkedList 早在 JDK1.2 时就已经存在。

  • ArrayDeque 插入时可能存在扩容过程, 不过均摊后的插入操作依然为 O(1)。虽然 LinkedList 不需要扩容,但是每次插入数据时均需要申请新的堆空间,均摊性能相比更慢。

从性能的角度上,选用 ArrayDeque 来实现队列要比 LinkedList 更好。此外,ArrayDeque 也可以用于实现栈。

说一说 PriorityQueue

PriorityQueue 是在 JDK1.5 中被引入的, 其与 Queue 的区别在于元素出队顺序是与优先级相关的,即总是优先级最高的元素先出队。

这里列举其相关的一些要点:

  • PriorityQueue 利用了二叉堆的数据结构来实现的,底层使用可变长的数组来存储数据

  • PriorityQueue 通过堆元素的上浮和下沉,实现了在 O(logn) 的时间复杂度内插入元素和删除堆顶元素。

  • PriorityQueue 是非线程安全的,且不支持存储 NULLnon-comparable 的对象。

  • PriorityQueue 默认是小顶堆,但可以接收一个 Comparator 作为构造参数,从而来自定义元素优先级的先后。

PriorityQueue 在面试中可能更多的会出现在手撕算法的时候,典型例题包括堆排序、求第 K 大的数、带权图的遍历等,所以需要会熟练使用才行。

什么是 BlockingQueue?

BlockingQueue (阻塞队列)是一个接口,继承自 QueueBlockingQueue阻塞的原因是其支持当队列没有元素时一直阻塞,直到有元素;还支持如果队列已满,一直等到队列可以放入新元素时再放入。

public interface BlockingQueue<E> extends Queue<E> {// ...
}

BlockingQueue 常用于生产者-消费者模型中,生产者线程会向队列中添加数据,而消费者线程会从队列中取出数据进行处理

BlockingQueue 的实现类有哪些

Java 中常用的阻塞队列实现类有以下几种:

  1. ArrayBlockingQueue:使用数组实现的有界阻塞队列。在创建时需要指定容量大小,并支持公平和非公平两种方式的锁访问机制

  2. LinkedBlockingQueue:使用单向链表实现的可选有界阻塞队列。在创建时可以指定容量大小,如果不指定则默认为Integer.MAX_VALUE。和ArrayBlockingQueue不同的是, 它仅支持非公平的锁访问机制

  3. PriorityBlockingQueue:支持优先级排序的无界阻塞队列。元素必须实现Comparable接口或者在构造函数中传入Comparator对象,并且不能插入 null 元素

  4. SynchronousQueue:同步队列,是一种不存储元素的阻塞队列。每个插入操作都必须等待对应的删除操作,反之删除操作也必须等待插入操作。因此,SynchronousQueue通常用于线程之间的直接传递数据

  5. DelayQueue:延迟队列,其中的元素只有到了其指定的延迟时间,才能够从队列中出队

  6. ……

日常开发中,这些队列使用的其实都不多,了解一下就好

ArrayBlockingQueue 和 LinkedBlockingQueue 有什么区别

ArrayBlockingQueueLinkedBlockingQueue 是 Java 并发包中常用的两种阻塞队列实现,它们都是线程安全的。不过,不过它们之间也存在下面这些区别:

  • 底层实现:ArrayBlockingQueue 基于数组实现,而 LinkedBlockingQueue 基于链表实现

  • 是否有界:ArrayBlockingQueue 是有界队列,必须在创建时指定容量大小。LinkedBlockingQueue 创建时可以不指定容量大小,默认是Integer.MAX_VALUE,也就是无界的。但也可以指定队列大小,从而成为有界的

  • 锁是否分离: ArrayBlockingQueue中的锁是没有分离的,即生产和消费用的是同一个锁;LinkedBlockingQueue中的锁是分离的,即生产用的是putLock,消费是takeLock,这样可以防止生产者和消费者线程之间的锁争夺

  • 内存占用:ArrayBlockingQueue 需要提前分配数组内存,而 LinkedBlockingQueue 则是动态分配链表节点内存。这意味着,ArrayBlockingQueue 在创建时就会占用一定的内存空间,且往往申请的内存比实际所用的内存更大,而LinkedBlockingQueue 则是根据元素的增加而逐渐占用内存空间

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