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JAVA集合知识总结(一)

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Java 集合框架 是一组用于存储和操作数据的类和接口。核心接口包括 Collection、List、Set、Queue 和 Map 等。这些接口有多种实现，满足不同的数据结构需求。

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集合相关类

java.util.Collection(接口)
├── List(接口)
│   ├── ArrayList
│   ├── LinkedList
│   ├── Vector
│   │   └── Stack
├── Set(接口)
│   ├── HashSet
│   │   └── LinkedHashSet
│   └── SortedSet
│       └── NavigableSet
│           └── TreeSet
└── Queue(接口)├── PriorityQueue├── Deque│   ├── ArrayDeque│   └── LinkedList  (实现了 List 和 Deque)java.util.Map (接口)
├── HashMap
│   └── LinkedHashMap
├── Hashtable
│   └── Properties
└── SortedMap└── NavigableMap└── TreeMap

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Collection

Collection 是 Java 单列集合框架的根接口，定义了操作一组对象（元素）的通用方法。Collection 作为集合类的基础接口，它有多个子接口和实现类，主要用于表示一组单一对象的集合，如 List、Set 和 Queue。

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1. Collection 接口的方法

1.1 添加元素

• boolean add(E e)：向集合中添加元素。如果集合因添加操作而发生变化，则返回 true。
• boolean addAll(Collection<? extends E> c)：将指定集合中的所有元素添加到当前集合中。

1.2 删除元素

• boolean remove(Object o)：删除集合中指定的元素，成功删除则返回 true。
• boolean removeAll(Collection<?> c)：删除当前集合中与指定集合中的元素相同的元素。
• boolean retainAll(Collection<?> c)：保留当前集合中与指定集合中相同的元素，删除其他元素。

1.3 查找元素

• boolean contains(Object o)：判断集合中是否包含指定的元素。
• boolean containsAll(Collection<?> c)：判断当前集合是否包含指定集合中的所有元素。

1.4 遍历集合

• Iterator<E> iterator()：返回一个用于遍历集合中元素的迭代器。
• void forEach(Consumer<? super E> action)：对集合中的每个元素执行给定操作（使用 lambda 表达式时非常有用）。

1.5 集合操作

• int size()：返回集合中的元素个数。
• boolean isEmpty()：判断集合是否为空。
• void clear()：清空集合中的所有元素。

1.6 转换为其他格式

• Object[] toArray()：将集合转换为一个数组。
• <T> T[] toArray(T[] a)：将集合转换为指定类型的数组。

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2. 遍历方式

2.1 使用 Iterator 遍历

• Iterator 是 Collection 提供的一种遍历集合的机制。使用时通过 hasNext() 判断是否有下一个元素，通过 next() 获取元素。

Collection<String> collection = new ArrayList<>();
Iterator<String> iterator = collection.iterator();
while (iterator.hasNext()) {String element = iterator.next();System.out.println(element);
}

2.2 使用增强型 for 循环

• 增强型 for 循环（即 “for-each”）是一种简化的遍历集合的方式。

for (String element : collection) {System.out.println(element);
}

2.3 使用 forEach 和 Lambda 表达式

• Lambda 表达式 是 Java 8 引入的一种简洁的遍历集合方式。

collection.forEach(element -> System.out.println(element));

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List

List 是 Java 集合框架中的一个接口，表示有序的元素集合，允许包含重复元素。List 提供基于索引的操作，允许插入、删除和访问元素。

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1. List 接口的核心方法

• add(E e)：将元素添加到列表末尾。
• get(int index)：返回指定索引处的元素。
• set(int index, E element)：替换指定索引处的元素。
• remove(int index)：移除指定索引处的元素。
• size()：返回列表中元素的个数。
• indexOf(Object o)：返回指定元素第一次出现的索引。
• contains(Object o)：检查列表是否包含某个元素。

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2. List 的常用实现类

2.1 ArrayList

• 特点：
  • 底层基于动态数组，支持快速随机访问。
  • 支持 null 元素。
  • 查询性能好，插入/删除性能较差（特别是中间操作）。
• 适用场景：读操作频繁，插入和删除较少的场景，例如：缓存数据、频繁查询的列表。

2.2 LinkedList

• 特点：
  • 基于双向链表实现，增删操作性能好，尤其是在头尾操作。
  • 随机访问性能差，遍历时需要从头或尾逐个查找。
  • 同时实现了 Deque 接口，支持栈和队列操作。
• 适用场景：需要频繁插入和删除操作的场景，例如：队列、堆栈、双端队列。

2.3 Vector(不建议使用)

• 特点：
  • 基于动态数组，和 ArrayList 类似，但所有方法都同步，线程安全。
  • 比 ArrayList 性能差，因为加了同步锁。
• 适用场景：在多线程环境中需要线程安全的动态数组。

2.4 CopyOnWriteArrayList

• 特点：
  • 线程安全的 List 实现，每次修改都会复制底层数组，读操作无锁。
  • 适合读多写少的并发场景。
• 适用场景：高并发读操作，多线程环境下的常用数据容器。

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3. List 的特性

3.1 有序性

• List 保持插入顺序，元素可以通过索引进行访问。

3.2 允许重复

• List 允许包含重复元素，不同于 Set，可以多次存储相同的元素。

3.3 基于索引的操作

• List 提供基于索引的插入、删除和访问功能，允许直接操作指定位置的元素。

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4. List 与数组的对比

• 长度变化：ArrayList 可以动态增长，数组的长度固定。
• 存储效率：数组在空间上更节省，但操作灵活性较差；ArrayList 需要一定的扩容机制，可能会浪费空间。
• 线程安全：数组本身是非线程安全的；Vector、CopyOnWriteArrayList 是线程安全的。

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5. 线程安全与 List

非线程安全的 List

• ArrayList 和 LinkedList 是非线程安全的，多线程并发操作可能导致数据不一致。

线程安全的 List

• Vector、CopyOnWriteArrayList 是线程安全的。
• 也可以使用 Collections.synchronizedList() 将非线程安全的 List 变为线程安全。

List<String> syncList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());

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6. 遍历 List 的方式

6.1 使用 for 循环

for (int i = 0; i < list.size(); i++) {System.out.println(list.get(i));
}

6.2 使用增强 for 循环

for (String element : list) {System.out.println(element);
}

6.3 使用迭代器

Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {System.out.println(iterator.next());
}

6.4 使用 Stream

list.stream().forEach(System.out::println);

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7. 常见的 List 操作

7.1 排序

使用 Collections.sort(list) 或 list.sort(comparator) 对列表进行排序。

7.2 替换所有元素

使用 Collections.replaceAll(list, oldVal, newVal) 来替换所有出现的元素。

7.3 集合转数组

String[] array = list.toArray(new String[0]);

7.4 反转 List

使用 Collections.reverse(list) 可以反转列表顺序。

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8. 总结

Collection 是 Java 单列集合框架的根接口，定义了操作一组对象（元素）的通用方法。
List 是 Java 集合框架中的一个接口，继承Collection接口。List表示有序的元素集合，允许包含重复元素。List有多种实现类(ArrayList, LinkedList等)，对应于不同场景对集合的使用。