Java集合中List,Set以及Map等集合体系详解(史上最全)_java中list和set和map

转载请注明出处:Java集合中List,Set以及Map等集合体系详解(史上最全)

概述:

• List , Set, Map都是接口，前两个继承至Collection接口，Map为独立接口
• Set下有HashSet，LinkedHashSet，TreeSet
• List下有ArrayList，Vector，LinkedList
• Map下有Hashtable，LinkedHashMap，HashMap，TreeMap
• Collection接口下还有个Queue接口，有PriorityQueue类

注意:

• Queue接口与List、Set同一级别，都是继承了Collection接口。
  看图你会发现,LinkedList既可以实现Queue接口,也可以实现List接口.只不过呢, LinkedList实现了Queue接口。Queue接口窄化了对LinkedList的方法的访问权限（即在方法中的参数类型如果是Queue时，就完全只能访问Queue接口所定义的方法 了，而不能直接访问 LinkedList的非Queue的方法），以使得只有恰当的方法才可以使用。

• SortedSet是个接口，它里面的（只有TreeSet这一个实现可用）中的元素一定是有序的。

总结:

Connection接口:

— List 有序,可重复

• ArrayList
  优点: 底层数据结构是数组，查询快，增删慢。
  缺点: 线程不安全，效率高
• Vector
  优点: 底层数据结构是数组，查询快，增删慢。
  缺点: 线程安全，效率低
• LinkedList
  优点: 底层数据结构是链表，查询慢，增删快。
  缺点: 线程不安全，效率高

—Set 无序,唯一

• HashSet
  底层数据结构是哈希表。(无序,唯一)
  如何来保证元素唯一性?
  1.依赖两个方法：hashCode()和equals()

• LinkedHashSet
  底层数据结构是链表和哈希表。(FIFO插入有序,唯一)
  1.由链表保证元素有序
  2.由哈希表保证元素唯一

• TreeSet
  底层数据结构是红黑树。(唯一，有序)
  1. 如何保证元素排序的呢?
  自然排序
  比较器排序
  2.如何保证元素唯一性的呢?
  根据比较的返回值是否是0来决定

针对Collection集合我们到底使用谁呢?(掌握)

唯一吗?

是：Set

排序吗?

是：TreeSet或LinkedHashSet
否：HashSet
如果你知道是Set，但是不知道是哪个Set，就用HashSet。

否：List

要安全吗?

是：Vector
否：ArrayList或者LinkedList

查询多：ArrayList
增删多：LinkedList
如果你知道是List，但是不知道是哪个List，就用ArrayList。

如果你知道是Collection集合，但是不知道使用谁，就用ArrayList。
如果你知道用集合，就用ArrayList。

说完了Collection,来简单说一下Map.

Map接口:

上图:

Map接口有三个比较重要的实现类，分别是HashMap、TreeMap和HashTable。

• TreeMap是有序的，HashMap和HashTable是无序的。
• Hashtable的方法是同步的，HashMap的方法不是同步的。这是两者最主要的区别。

这就意味着:

• Hashtable是线程安全的，HashMap不是线程安全的。
• HashMap效率较高，Hashtable效率较低。
  如果对同步性或与遗留代码的兼容性没有任何要求，建议使用HashMap。 查看Hashtable的源代码就可以发现，除构造函数外，Hashtable的所有 public 方法声明中都有 synchronized关键字，而HashMap的源码中则没有。
• Hashtable不允许null值，HashMap允许null值（key和value都允许）
• 父类不同：Hashtable的父类是Dictionary，HashMap的父类是AbstractMap

重点问题重点分析:

(一).TreeSet, LinkedHashSet and HashSet 的区别

1. 介绍

• TreeSet, LinkedHashSet and HashSet 在java中都是实现Set的数据结构

• TreeSet的主要功能用于排序
• LinkedHashSet的主要功能用于保证FIFO即有序的集合(先进先出)
• HashSet只是通用的存储数据的集合

2. 相同点

• Duplicates elements: 因为三者都实现Set interface，所以三者都不包含duplicate elements
• Thread safety: 三者都不是线程安全的，如果要使用线程安全可以Collections.synchronizedSet()

3. 不同点

• Performance and Speed: HashSet插入数据最快，其次LinkHashSet，最慢的是TreeSet因为内部实现排序

• Ordering: HashSet不保证有序，LinkHashSet保证FIFO即按插入顺序排序，TreeSet安装内部实现排序，也可以自定义排序规则
• null:HashSet和LinkHashSet允许存在null数据，但是TreeSet中插入null数据时会报NullPointerException

4. 代码比较

  public static void main(String args[]) {
        HashSet<String> hashSet = new HashSet<>();
        LinkedHashSet<String> linkedHashSet = new LinkedHashSet<>();
        TreeSet<String> treeSet = new TreeSet<>();

        for (String data : Arrays.asList("B", "E", "D", "C", "A")) {
            hashSet.add(data);
            linkedHashSet.add(data);
            treeSet.add(data);
        }

        //不保证有序
        System.out.println("Ordering in HashSet :" + hashSet);

        //FIFO保证安装插入顺序排序
        System.out.println("Order of element in LinkedHashSet :" + linkedHashSet);

        //内部实现排序
        System.out.println("Order of objects in TreeSet :" + treeSet);


    }
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运行结果:
Ordering in HashSet :[A, B, C, D, E] (无顺序)
Order of element in LinkedHashSet :[B, E, D, C, A] (FIFO插入有序)
Order of objects in TreeSet :[A, B, C, D, E] (排序)

(二).TreeSet的两种排序方式比较

1.排序的引入(以基本数据类型的排序为例)

由于TreeSet可以实现对元素按照某种规则进行排序，例如下面的例子

public class MyClass {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合对象
        // 自然顺序进行排序
        TreeSet<Integer> ts = new TreeSet<Integer>();

        // 创建元素并添加
        // 20,18,23,22,17,24,19,18,24
        ts.add(20);
        ts.add(18);
        ts.add(23);
        ts.add(22);
        ts.add(17);
        ts.add(24);
        ts.add(19);
        ts.add(18);
        ts.add(24);

        // 遍历
        for (Integer i : ts) {
            System.out.println(i);
        }
    }
}

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2.如果是引用数据类型呢,比如自定义对象,又该如何排序呢?

测试类:

public class MyClass {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet<Student> ts=new TreeSet<Student>();
        //创建元素对象
        Student s1=new Student("zhangsan",20);
        Student s2=new Student("lis",22);
        Student s3=new Student("wangwu",24);
        Student s4=new Student("chenliu",26);
        Student s5=new Student("zhangsan",22);
        Student s6=new Student("qianqi",24);

        //将元素对象添加到集合对象中
        ts.add(s1);
        ts.add(s2);
        ts.add(s3);
        ts.add(s4);
        ts.add(s5);
        ts.add(s6);

        //遍历
        for(Student s:ts){
            System.out.println(s.getName()+"-----------"+s.getAge());
        }
    }
}
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Student.java:

public class Student {
    private String name;
    private int age;

    public Student() {
        super();
        // TODO Auto-generated constructor stub
    }

    public Student(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;
    }
}

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结果报错:

原因分析：
由于不知道该安照那一中排序方式排序，所以会报错。
解决方法：
1.自然排序
2.比较器排序

(1).自然排序

自然排序要进行一下操作：
1.Student类中实现 Comparable接口
2.重写Comparable接口中的Compareto方法

compareTo(T o)  比较此对象与指定对象的顺序。
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public class Student implements Comparable<Student>{
    private String name;
    private int age;

    public Student() {
        super();
        // TODO Auto-generated constructor stub
    }

    public Student(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;
    }

    @Override
    public int compareTo(Student s) {
        //return -1; //-1表示放在红黑树的左边,即逆序输出
        //return 1;  //1表示放在红黑树的右边，即顺序输出
        //return o;  //表示元素相同，仅存放第一个元素
        //主要条件 姓名的长度,如果姓名长度小的就放在左子树，否则放在右子树
        int num=this.name.length()-s.name.length();
        //姓名的长度相同，不代表内容相同,如果按字典顺序此 String 对象位于参数字符串之前，则比较结果为一个负整数。
        //如果按字典顺序此 String 对象位于参数字符串之后，则比较结果为一个正整数。
        //如果这两个字符串相等，则结果为 0
        int num1=num==0?this.name.compareTo(s.name):num;
        //姓名的长度和内容相同，不代表年龄相同，所以还要判断年龄
        int num2=num1==0?this.age-s.age:num1;
        return num2;
    }
}

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wangwu-----------24
chenliu-----------26
zhangsan-----------20
zhangsan-----------22

(2).比较器排序

比较器排序步骤：
1.单独创建一个比较类，这里以MyComparator为例，并且要让其继承Comparator接口
2.重写Comparator接口中的Compare方法

compare(T o1,T o2)      比较用来排序的两个参数。
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3.在主类中使用下面的 构造方法

TreeSet(Comparator<? superE> comparator)
          构造一个新的空 TreeSet，它根据指定比较器进行排序。
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测试类:

public class MyClass {

    public static void main(String[] args) {
        //创建集合对象
        //TreeSet(Comparator<? super E> comparator) 构造一个新的空 TreeSet，它根据指定比较器进行排序。
        TreeSet<Student> ts=new TreeSet<Student>(new MyComparator());

        //创建元素对象
        Student s1=new Student("zhangsan",20);
        Student s2=new Student("lis",22);
        Student s3=new Student("wangwu",24);
        Student s4=new Student("chenliu",26);
        Student s5=new Student("zhangsan",22);
        Student s6=new Student("qianqi",24);

        //将元素对象添加到集合对象中
        ts.add(s1);
        ts.add(s2);
        ts.add(s3);
        ts.add(s4);
        ts.add(s5);
        ts.add(s6);

        //遍历
        for(Student s:ts){
            System.out.println(s.getName()+"-----------"+s.getAge());
        }
    }
}

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Student.java:

public class Student {
    private String name;
    private int age;

    public Student() {
        super();
        // TODO Auto-generated constructor stub
    }

    public Student(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;
    }

}

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MyComparator类：

public class MyComparator implements Comparator<Student> {

    @Override
    public int compare(Student s1,Student s2) {
        // 姓名长度
        int num = s1.getName().length() - s2.getName().length();
        // 姓名内容
        int num2 = num == 0 ? s1.getName().compareTo(s2.getName()) : num;
        // 年龄
        int num3 = num2 == 0 ? s1.getAge() - s2.getAge() : num2;
        return num3;
    }

}
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运行结果:

lis-----------22
qianqi-----------24
wangwu-----------24
chenliu-----------26
zhangsan-----------20
zhangsan-----------22

(三). 性能测试

对象类:

class Dog implements Comparable<Dog> {
    int size;
    public Dog(int s) {
        size = s;
    }
    public String toString() {
        return size + "";
    }
    @Override
    public int compareTo(Dog o) {
       //数值大小比较
        return size - o.size;
    }
}
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主类:

public class MyClass {

    public static void main(String[] args) {

        Random r = new Random();
        HashSet<Dog> hashSet = new HashSet<Dog>();
        TreeSet<Dog> treeSet = new TreeSet<Dog>();
        LinkedHashSet<Dog> linkedSet = new LinkedHashSet<Dog>();

        // start time
        long startTime = System.nanoTime();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            int x = r.nextInt(1000 - 10) + 10;
            hashSet.add(new Dog(x));
        }

        // end time
        long endTime = System.nanoTime();
        long duration = endTime - startTime;
        System.out.println("HashSet: " + duration);

        // start time
        startTime = System.nanoTime();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            int x = r.nextInt(1000 - 10) + 10;
            treeSet.add(new Dog(x));
        }
        // end time
        endTime = System.nanoTime();
        duration = endTime - startTime;
        System.out.println("TreeSet: " + duration);

        // start time
        startTime = System.nanoTime();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            int x = r.nextInt(1000 - 10) + 10;
            linkedSet.add(new Dog(x));
        }

        // end time
        endTime = System.nanoTime();
        duration = endTime - startTime;
        System.out.println("LinkedHashSet: " + duration);
    }

}

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运行结果:

HashSet: 1544313
TreeSet: 2066049
LinkedHashSet: 629826
虽然测试不够准确,但能反映得出，TreeSet要慢得多,因为它是有序的。

好了,至此完结.小伙伴有问题的话,请留言

参考文章:
HashSet、TreeSet和LinkedHashSet的使用区别
Collection集合总结
HashMap、TreeMap和HashTable的区别