浅谈Java中常用数据结构的实现类 Collection和Map

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我们。

时间: 2016-08-30

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