Java 集合排序及 java 集合类详解


青菜制作 qq :83395110 12/7/2009 5:17 PM Java 集合排序及 java 集合类详解 (Collection, List, Set, Map) 摘要内容 Java 里面最重要,最常用也就是集合一部分了。能够用好集合和理 解好集合对于做 Java 程序的开发拥有无比的好处。本文详细解释了关 于 Java 中的集合是如何实现的,以及他们的实现原理。 关键字: Collection , List ,Set , Map , 集合,框架。 目 录 1 集合框架 ........................................................................................................................2 1.1 集合框架概述 ....................................................................................................2 1.1.1 容器简介 .................................................................................................2 1.1.2 容器的分类 ...............................................................................................4 1.2 Collection............................................................................................................6 1.2.1 常用方法 .................................................................................................6 1.2.2 迭代器 ......................................................................................................8 1.3 List ......................................................................................................................10 1.3.1 概述 ...........................................................................................................10 1.3.2 常用方法 ...............................................................................................11 1.3.3 实现原理 ...............................................................................................15 1.4 Map .....................................................................................................................18 1.4.1 概述 ...........................................................................................................18 1.4.2 常用方法 ...............................................................................................18 1.4.3 Comparable 接口 ................................................................................23 1.4.4 实现原理 ...............................................................................................25 1.4.5 覆写 hashCode()....................................................................................29 1.5 Set..........................................................................................................................33 1.5.1 概述 ...........................................................................................................33 1.5.2 常用方法 ..................................................................................................34 1.5.3 实现原理 ...............................................................................................38 1.6 总结:集合框架中常用类比较 ........................................................................39 2 练习 ..................................................................................................................................40 3 附录:排序.....................................................................................................................41 青菜制作 qq :83395110 12/7/2009 5:17 PM 1 集合框架 1.1 集 合 框 架 概 述 1.1.1 容器简介 到目前为止,我们已经学习了如何创建多个不同的对象,定义了这 些对象以后,我们就可以利用它们来做一些有意义的事情。 举例来说,假设要存储许多雇员,不同的雇员的区别仅在于雇员 的身份证号。我们可以通过身份证号来顺序存储每个雇员,但是在内存 中实现呢?是不是要准备足够的内存来存储 1000 个雇员,然后再将这 些雇员逐一插入?如果已经插入了 500 条记录,这时需要插入一个身份 证号较低的新雇员,该怎么办呢?是在内存中将 500 条记录全部下移后, 再从开头插入新的记录? 还是创建一个映射来记住每个对象的位置? 当决定如何存储对象的集合时,必须考虑如下问题。 对于对象集合,必须执行的操作主要以下三种: u 添加新的对象 u 删除对象 u 查找对象 我们必须确定如何将新的对象添加到集合中。可以将对象添加到集 合的末尾、开头或者中间的某个逻辑位置。 从集合中删除一个对象后,对象集合中现有对象会有什么影响呢? 可能必须将内存移来移去,或者就在现有对象所驻留的内存位置下一个 �洞�。 在内存中建立对象集合后,必须确定如何定位特定对象。可建立 一种机制,利用该机制可根据某些搜索条件(例如身份证号)直接定位 到目标对象;否则,便需要遍历集合中的每个对象,直到找到要查找的 对象为止。 前面大家已经学习过了数组。数组的作用是可以存取一组数据。 但是它却存在一些缺点,使得无法使用它来比较方便快捷的完成上述应 用场景的要求。 1. 首先,在很多数情况下面,我们需要能够存储一组数据的容 器,这一点虽然数组可以实现,但是如果我们需要存储的数据 青菜制作 qq :83395110 12/7/2009 5:17 PM 的个数多少并不确定。比如说:我们需要在容器里面存储某个 应用系统的当前的所有的在线用户信息,而当前的在线用户信 息是时刻都可能在变化的。 也就是说,我们需要一种存储数 据的容器,它能够自动的改变这个容器的所能存放的数据数量 的大小。这一点上,如果使用数组来存储的话,就显得十分的 笨拙。 2. 我们再假设这样一种场景:假定一个购物网站,经过一段时 间的运行,我们已经存储了一系列的购物清单了,购物清单中 有商品信息。如果我们想要知道这段时间里面有多少种商品被 销售出去了。那么我们就需要一个容器能够自动的过滤掉购物 清单中的关于商品的重复信息。如果使用数组,这也是很难实 现的。 3. 最后再想想,我们经常会遇到这种情况,我知道某个人的帐 号名称,希望能够进一步了解这个人的其他的一些信息。也就 是说,我们在一个地方存放一些用户信息,我们希望能够通过 用户的帐号来查找到对应的该用户的其他的一些信息。再举个 查字典例子:假设我们希望使用一个容器来存放单词以及对于 这个单词的解释,而当我们想要查找某个单词的意思的时候, 能够根据提供的单词在这个容器中找到对应的单词的解释。如 果使用数组来实现的话,就更加的困难了。 为解决这些问题,Java 里面就设计了容器集合,不同的容器集合以 不同的格式保存对象。 数学背景 在常见用法中,集合(collection)和数学上直观的集(set)的概 念是相同的。集是一个唯一项组,也就是说组中没有重复项。实际上, “集合框架”包含了一个 Set 接口和许多具体的 Set 类。但正式的集 概念却比 Java 技术提前了一个世纪,那时英国数学家 George Boo le 按逻辑正式的定义了集的概念。大部分人在小学时通过我们熟悉的 维恩图引入的“集的交”和“集的并”学到过一些集的理论。 青菜制作 qq :83395110 12/7/2009 5:17 PM 集的基本属性如下: u 集内只包含每项的一个实例 u 集可以是有限的,也可以是无限的 u 可以定义抽象概念 集不仅是逻辑学、数学和计算机科学的基础,对于商业和系统的日 常应用来说,它也很实用。“连接池”这一概念就是数据库服务器的一个 开放连接集。Web 服务器必须管理客户机和连接集。文件描述符提供 了操作系统中另一个集的示例。 映射是一种特别的集。它是一种对(pair)集,每个对表示一个元 素到另一元素的单向映射。一些映射示例有: u IP 地址到域名(DNS)的映射 u 关键字到数据库记录的映射 u 字典(词到含义的映射) u 2 进制到 10 进制转换的映射 就像集一样,映射背后的思想比 Java 编程语言早的多,甚至比计 算机科学还早。而 Java 中的 Map 就是映射的一种表现形式。 1.1.2 容器的分类 既然您已经具备了一些集的理论,您应该能够更轻松的理解“集合框 架”。 “集合框架”由一组用来操作对象的接口组成。不同接口描述不同 类型的组。在很大程度上,一旦您理解了接口,您就理解了框架。虽然 您总要创建接口特定的实现,但访问实际集合的方法应该限制在接口方 法的使用上;因此,允许您更改基本的数据结构而不必改变其它代码。 框架接口层次结构如下图所示。 Java 容器类类库的用途是�保存对象�,并将其划分为两个不同的 概念: 1) Collection 。 一组对立的元素,通常这些元素都服从某种规则。 List 必须保持元素特定的顺序,而 Set 不能有重复元素。 青菜制作 qq :83395110 12/7/2009 5:17 PM 2) Map 。 一组 成对的�键值对�对象。初看起来这似乎应该是 一个 Collection ,其元素是成对的对象,但是这样的设计实现起 来太笨拙了,于是我们将 Map 明确的提取出来形成一个独立的概 念。另一方面,如果使用 Collection 表示 Map 的部分内容,会便 于查看此部分内容。因此 Map 一样容易扩展成多维 Map ,无需 增加新的概念,只要让 Map 中的键值对的每个�值�也是一个 M ap 即可。 Collection 和 Map 的区别在于容器中每个位置保存的元素个数。Co llection 每个位置只能保存一个元素(对象)。此类容器包括:List , 它以特定的顺序保存一组元素;Set 则是元素不能重复。 Map 保存的是�键值对�,就像一个小型数据库。我们可以通过�键� 找到该键对应的�值�。 u Collection � 对象之间没有指定的顺序,允许重复元素。 u Set � 对象之间没有指定的顺序,不允许重复元素 u List� 对象之间有指定的顺序,允许重复元素,并引入位置 下标。 u Map � 接口用于保存关键字(Key)和数值(Value)的集 合,集合中的每个对象加入时都提供数值和关键字。Map 接口 既不继承 Set 也不继承 Collection。 List、Set、Map 共同的实现基础是 Object 数组 除了四个历史集合类外,Java 2 框架还引入了六个集合实现,如 下表所示。 接口 实现 历史集合类 Set HashSet TreeSet List ArrayList Vector LinkedList Stack Map HashMap Hashtable TreeMap Properties 这里没有 Collection 接口的实现,接下来我们再来看一下下面的 这张关于集合框架的大图: 青菜制作 qq :83395110 12/7/2009 5:17 PM 这张图看起来有点吓人,熟悉之后就会发现其实只有三种容器: Map,List 和 Set ,它们各自有两个三个实现版本。常用的容器用黑色 粗线框表示。 点线方框代表�接口�,虚线方框代表抽象类,而实线方框代表普 通类(即具体类,而非抽象类)。虚线箭头指出一个特定的类实现了一 个接口(在抽象类的情况下,则是�部分�实现了那个接口)。实线箭 头指出一个类可生成箭头指向的那个类的对象。例如任何集合( Colle ction )都能产生一个迭代器( Iterator ),而一个 List 除了能生成一 个 ListIterator (列表迭代器)外,还能生成一个普通迭代器,因为 List 正是从集合继承来的. 1.2 Collection 1.2.1 常用方法 Collection 接 口 用于表示任何对 象或元 素组。想要尽可 能以常 规方式 处理一组元素时,就使用这一接口。Collection 在前面的大图也可以看出,它是 List 和 Set 的父类。并且它本身也是一个接口。它定义了作为集合所应该拥有的 一些方法。如下: 注意: 集合必须只有对象,集合中的元素不能是基本数据类型。 Collection 接口支持如添加和除去等基本操作。设法除去一个元素时,如 果这个元素存在,除去的仅仅是集合中此元素的一个实例。 u boolean add(Object element) u boolean remove(Object element) Collection 接口还支持查询操作: u int size() u boolean isEmpty() u boolean contains(Object element) u Iterator iterator() 组操作 :Collection 接口支持的其它操作,要么是作用于元素组的任务, 要么是同时作用于整个集合的任务。 u boolean containsAll(Collection collection) u boolean addAll(Collection collection) 青菜制作 qq :83395110 12/7/2009 5:17 PM u void clear() u void removeAll(Collection collection) u void retainAll(Collection collection) containsAll() 方法允许您查找当前集合是否包含了另一个集合的所有元素,即另一个集合是 否是当前集合的子集。其余方法是可选的,因为特定的集合可能不支持集合更改。 addAll() 方法确保另一个集合中的所有元素都被添加到当前的集合中,通常称为并。 clear() 方法从 当前集合中除去所有元素。 removeAll() 方法类似于 clear() ,但只除去了元素的一个子集。 retainAll() 方法类似于 removeAll() 方法,不过可能感到它所做的与前面正好相反:它从当 前集合中除去不属于另一个集合的元素,即交。 我们看一个简单的例子,来了解一下集合类的基本方法的使用: import java.util.*; public class CollectionToArray { public static void main(String[] args) { Collection collection1=new ArrayList();//创建一个集合对象 collection1.add("000");//添加对象到 Collection 集合中 collection1.add("111"); collection1.add("222"); System.out.println("集合 collection1 的大小:"+collection1.size()); System.out.println("集合 collection1 的内容:"+collection1); collection1.remove("000");//从集合 collection1 中移除掉 "000" 这个对象 System.out.println("集合 collection1 移除 000 后的内容:"+collection1); System.out.println("集合 collection1 中是否包含 000 :"+collection1.contains("000")); System.out.println("集合 collection1 中是否包含 111 :"+collection1.contains("111")); Collection collection2=new ArrayList(); collection2.addAll(collection1);//将 collection1 集合中的元素全部都加到 collection2 中 System.out.println("集合 collection2 的内容:"+collection2); collection2.clear();//清空集合 collection1 中的元素 System.out.println("集合 collection2 是否为空 :"+collection2.isEmpty()); //将集合 collection1 转化为数组 Object s[]= collection1.toArray(); for(int i=0;i
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