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浅谈Java中常用数据结构的实现类 Collection和Map

2019年07月22日  | 移动技术网IT编程  | 我要评论

线性表，链表，哈希表是常用的数据结构，在进行java开发时，jdk已经为我们提供了一系列相应的类来实现基本的数据结构。这些类均在java.util包中。本文试图通过简单的描述，向读者阐述各个类的作用以及如何正确使用这些类。 

collection 
├list 
│├linkedlist 
│├arraylist 
│└vector 
│　└stack 
└set 
map 
├hashtable 
├hashmap 
└weakhashmap

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（elements）。一些collection允许相同的元素而另一些不行。一些能排序而另一些不行。java sdk不提供直接继承自collection的类，java sdk提供的类都是继承自collection的“子接口”如list和set。

所有实现collection接口的类都必须提供两个标准的构造函数：无参数的构造函数用于创建一个空的collection，有一个collection参数的构造函数用于创建一个新的collection，这个新的collection与传入的collection有相同的元素。后一个构造函数允许用户复制一个collection。

如何遍历collection中的每一个元素？不论collection的实际类型如何，它都支持一个iterator()的方法，该方法返回一个迭代子，使用该迭代子即可逐一访问collection中每一个元素。

典型的用法如下： 

iterator it = collection.iterator(); // 获得一个迭代子 
　　　　while(it.hasnext()) { 
　　　　　　object obj = it.next(); // 得到下一个元素 
}

由collection接口派生的两个接口是list和set。 
 
list接口

list是有序的collection，使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置。用户能够使用索引（元素在list中的位置，类似于数组下标）来访问list中的元素，这类似于java的数组。

和下面要提到的set不同，list允许有相同的元素。

除了具有collection接口必备的iterator()方法外，list还提供一个listiterator()方法，返回一个listiterator接口，和标准的iterator接口相比，listiterator多了一些add()之类的方法，允许添加，删除，设定元素，还能向前或向后遍历。

实现list接口的常用类有linkedlist，arraylist，vector和stack。 
 
linkedlist类

linkedlist实现了list接口，允许null元素。此外linkedlist提供额外的get，remove，insert方法在linkedlist的首部或尾部。这些操作使linkedlist可被用作堆栈（stack），队列（queue）或双向队列（deque）。

注意linkedlist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。一种解决方法是在创建list时构造一个同步的list：

list list = collections.synchronizedlist(new linkedlist(...)); 
 
arraylist类

arraylist实现了可变大小的数组。它允许所有元素，包括null。arraylist没有同步。

size，isempty，get，set方法运行时间为常数。但是add方法开销为分摊的常数，添加n个元素需要o(n)的时间。其他的方法运行时间为线性。

每个arraylist实例都有一个容量（capacity），即用于存储元素的数组的大小。这个容量可随着不断添加新元素而自动增加，但是增长算法并没有定义。当需要插入大量元素时，在插入前可以调用ensurecapacity方法来增加arraylist的容量以提高插入效率。

和linkedlist一样，arraylist也是非同步的（unsynchronized）。 
 
vector类

vector非常类似arraylist，但是vector是同步的。由vector创建的iterator，虽然和arraylist创建的iterator是同一接口，但是，因为vector是同步的，当一个iterator被创建而且正在被使用，另一个线程改变了vector的状态（例如，添加或删除了一些元素），这时调用iterator的方法时将抛出concurrentmodificationexception，因此必须捕获该异常。 
 
stack 类

stack继承自vector，实现一个后进先出的堆栈。stack提供5个额外的方法使得vector得以被当作堆栈使用。基本的push和pop方法，还有peek方法得到栈顶的元素，empty方法测试堆栈是否为空，search方法检测一个元素在堆栈中的位置。stack刚创建后是空栈。 
 
set接口

set是一种不包含重复的元素的collection，即任意的两个元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false，set最多有一个null元素。

很明显，set的构造函数有一个约束条件，传入的collection参数不能包含重复的元素。

请注意：必须小心操作可变对象（mutable object）。如果一个set中的可变元素改变了自身状态导致object.equals(object)=true将导致一些问题。 
 
map接口

请注意，map没有继承collection接口，map提供key到value的映射。一个map中不能包含相同的key，每个key只能映射一个value。map接口提供3种集合的视图，map的内容可以被当作一组key集合，一组value集合，或者一组key-value映射。 
 
hashtable类

hashtable实现map接口，实现一个key-value映射的哈希表。任何非空（non-null）的对象都可作为key或者value。

添加数据使用put(key, value)，取出数据使用get(key)，这两个基本操作的时间开销为常数。

hashtable通过initial capacity和load factor两个参数调整性能。通常缺省的load factor 0.75较好地实现了时间和空间的均衡。增大load factor可以节省空间但相应的查找时间将增大，这会影响像get和put这样的操作。

使用hashtable的简单示例如下，将1，2，3放到hashtable中，他们的key分别是”one”，”two”，”three”：

hashtable numbers = new hashtable();
numbers.put(“one”, new integer(1));
numbers.put(“two”, new integer(2));
numbers.put(“three”, new integer(3));

要取出一个数，比如2，用相应的key：

integer n = (integer)numbers.get(“two”);
system.out.println(“two = ” + n);

由于作为key的对象将通过计算其散列函数来确定与之对应的value的位置，因此任何作为key的对象都必须实现hashcode和equals方法。hashcode和equals方法继承自根类object，如果你用自定义的类当作key的话，要相当小心，按照散列函数的定义，如果两个对象相同，即obj1.equals(obj2)=true，则它们的hashcode必须相同，但如果两个对象不同，则它们的hashcode不一定不同，如果两个不同对象的hashcode相同，这种现象称为冲突，冲突会导致操作哈希表的时间开销增大，所以尽量定义好的hashcode()方法，能加快哈希表的操作。

如果相同的对象有不同的hashcode，对哈希表的操作会出现意想不到的结果（期待的get方法返回null），要避免这种问题，只需要牢记一条：要同时复写equals方法和hashcode方法，而不要只写其中一个。

hashtable是同步的。 
 
hashmap类

hashmap和hashtable类似，不同之处在于hashmap是非同步的，并且允许null，即null value和null key。，但是将hashmap视为collection时（values()方法可返回collection），其迭代子操作时间开销和hashmap的容量成比例。因此，如果迭代操作的性能相当重要的话，不要将hashmap的初始化容量设得过高，或者load factor过低。 
 
weakhashmap类

weakhashmap是一种改进的hashmap，它对key实行“弱引用”，如果一个key不再被外部所引用，那么该key可以被gc回收。 
 
总结

如果涉及到堆栈，队列等操作，应该考虑用list，对于需要快速插入，删除元素，应该使用linkedlist，如果需要快速随机访问元素，应该使用arraylist。

java.util.collections类包

java.util.collections类包含很多有用的方法，可以使程序员的工作变得更加容易，但是这些方法通常都没有被充分地利用。javadoc给出collections类最完整的描述：“这一个类包含可以操作或返回集合的专用静态类。
” 1.2 所含方法
iterator, arraylist, elements, buffer, map,collections

列子： 

import java.util.arraylist; 
import java.util.collection; 
import java.util.collections; 
import java.util.comparator; 
import java.util.list; 

public class collectionssort { 
public collectionssort() { 

} 

public static void main(string[] args) { 
double array[] = {111, 111, 23, 456, 231 }; 
list list = new arraylist(); 
list li = new arraylist(); 
for (int i = 0; i < array.length; i++) { 
list.add(new double(array[i])); 
//list.add(""+array[i]); 
} 
double arr[] = {111}; 
for(int j=0;j<arr.length;j++){ 
li.add(new double(arr[j])); 
} 
}

2. 具体操作

1) 排序(sort)

使用sort方法可以根据元素的自然顺序对指定列表按升序进行排序。列表中的所有元素都必须实现 comparable 接口。此列表内的所有元素都必须是使用指定比较器可相互比较的 

double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 }; 
for (int i = 0; i < array.length; i++) { 
list.add(new double(array[i])); 
} 
collections.sort(list); 
for (int i = 0; i < array.length; i++) { 
 system.out.println(li.get(i)); 
} 
//结果：112,111,23,456,231

2) 混排（shuffling）

混排算法所做的正好与 sort 相反: 它打乱在一个 list 中可能有的任何排列的踪迹。也就是说，基于随机源的输入重排该 list, 这样的排列具有相同的可能性（假设随机源是公正的）。这个算法在实现一个碰运气的游戏中是非常有用的。例如，它可被用来混排代表一副牌的 card 对象的一个 list 。另外，在生成测试案例时，它也是十分有用的。 

collections.shuffling(list) 
double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 }; 
for (int i = 0; i < array.length; i++) { 
list.add(new double(array[i])); 
} 
collections.shuffle(list); 
for (int i = 0; i < array.length; i++) { 
 system.out.println(li.get(i)); 
} 
//结果：112,111,23,456,231

3) 反转(reverse)

使用reverse方法可以根据元素的自然顺序对指定列表按降序进行排序。 

collections.reverse(list) 
double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 }; 
for (int i = 0; i < array.length; i++) { 
list.add(new double(array[i])); 
} 
collections. reverse (list); 
for (int i = 0; i < array.length; i++) { 
 system.out.println(li.get(i)); 
} 
//结果：231,456,23,111,112 
4) 替换所以的元素(fill) 
使用指定元素替换指定列表中的所有元素。 
string str[] = {"dd","aa","bb","cc","ee"}; 
for(int j=0;j<str.length;j++){ 
li.add(new string(str[j])); 
} 
collections.fill(li,"aaa"); 
for (int i = 0; i < li.size(); i++) { 
system.out.println("list[" + i + "]=" + li.get(i)); 

} 
//结果：aaa,aaa,aaa,aaa,aaa

5) 拷贝(copy)

用两个参数，一个目标 list 和一个源 list, 将源的元素拷贝到目标，并覆盖它的内容。目标 list 至少与源一样长。如果它更长，则在目标 list 中的剩余元素不受影响。

collections.copy(list,li): 后面一个参数是目标列表 ,前一个是源列表 

double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 }; 
list list = new arraylist(); 
list li = new arraylist(); 
for (int i = 0; i < array.length; i++) { 
list.add(new double(array[i])); 
} 
double arr[] = {1131,333}; 
string str[] = {"dd","aa","bb","cc","ee"}; 
for(int j=0;j<arr.length;j++){ 
li.add(new double(arr[j])); 
} 
collections.copy(list,li); 
for (int i = 0; i <list.size(); i++) { 
system.out.println("list[" + i + "]=" + list.get(i)); 
} 
//结果：1131,333,23,456,231

6) 返回collections中最小元素(min)

根据指定比较器产生的顺序，返回给定 collection 的最小元素。collection 中的所有元素都必须是通过指定比较器可相互比较的 

collections.min(list) 
double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 }; 
list list = new arraylist(); 
for (int i = 0; i < array.length; i++) { 
list.add(new double(array[i])); 
} 
collections.min(list); 
for (int i = 0; i <list.size(); i++) { 
system.out.println("list[" + i + "]=" + list.get(i)); 
} 
//结果：23

7) 返回collections中最小元素(max)

根据指定比较器产生的顺序，返回给定 collection 的最大元素。collection 中的所有元素都必须是通过指定比较器可相互比较的 

collections.max(list) 
double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 }; 
list list = new arraylist(); 
for (int i = 0; i < array.length; i++) { 
list.add(new double(array[i])); 
} 
collections.max(list); 
for (int i = 0; i <list.size(); i++) { 
system.out.println("list[" + i + "]=" + list.get(i)); 
} 
//结果：456

8) lastindexofsublist

返回指定源列表中最后一次出现指定目标列表的起始位置 

int count = collections.lastindexofsublist(list,li); 
double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 }; 
list list = new arraylist(); 
list li = new arraylist(); 
for (int i = 0; i < array.length; i++) { 
list.add(new double(array[i])); 
} 
double arr[] = {111}; 
string str[] = {"dd","aa","bb","cc","ee"}; 
for(int j=0;j<arr.length;j++){ 
li.add(new double(arr[j])); 
} 
int locations = collections. lastindexofsublist (list,li); 
system.out.println(“===”+ locations); 
//结果 3

9) indexofsublist

返回指定源列表中第一次出现指定目标列表的起始位置 

int count = collections.indexofsublist(list,li); 
double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 }; 
list list = new arraylist(); 
list li = new arraylist(); 
for (int i = 0; i < array.length; i++) { 
list.add(new double(array[i])); 
} 
double arr[] = {111}; 
string str[] = {"dd","aa","bb","cc","ee"}; 
for(int j=0;j<arr.length;j++){ 
li.add(new double(arr[j])); 
} 
int locations = collections.indexofsublist(list,li); 
system.out.println(“===”+ locations); 
//结果 1

10) rotate

根据指定的距离循环移动指定列表中的元素
collections.rotate(list,-1);
如果是负数，则正向移动，正数则方向移动 

double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 }; 
list list = new arraylist(); 
for (int i = 0; i < array.length; i++) { 
list.add(new double(array[i])); 
} 
collections.rotate(list,-1); 
for (int i = 0; i <list.size(); i++) { 
system.out.println("list[" + i + "]=" + list.get(i)); 
} 
//结果：111,23,456,231,112

以上这篇浅谈java中常用数据结构的实现类 collection和map就是小编分享给大家的全部内容了，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持移动技术网。

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