Java06集合
13 集合
實(shí)現(xiàn)方法時(shí)，不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致性能有很大差異。
?
13.1 集合接口
Java集合類庫(kù)將接口（interface）與實(shí)現(xiàn)（implementation）分離。
可以使用接口類型存放集合的應(yīng)用，一旦改變了想法，可以輕松額使用另外一種不同的實(shí)現(xiàn)。
List<Integer> l = new ArrayList<>();
若想改為鏈表實(shí)現(xiàn)，只需上句為List<Integer> l = new LinkedList<>();
?
以Abstract開(kāi)頭的類，如AbstractQueue，是為類庫(kù)實(shí)現(xiàn)者設(shè)計(jì)的。
如果想要實(shí)現(xiàn)自己的隊(duì)列類，會(huì)發(fā)現(xiàn)擴(kuò)展AbstractQueue類要比實(shí)現(xiàn)Queue接口中的方法輕松的多。
?
集合類的基本接口是Collection接口
兩個(gè)基本方法：
public interface Collection<E> {boolean add(E element);Iterator<E> iterator(); }iterator方法返回一個(gè)實(shí)現(xiàn)了Iterator接口的對(duì)象。
Iterator接口包含三個(gè)方法：
public interface Iterator<E> {E next();boolean hasNext();void remove(); }Java迭代器被認(rèn)為是在兩個(gè)元素之間的。
當(dāng)調(diào)用next時(shí)，迭代器就越過(guò)下一個(gè)元素，并返回剛剛越過(guò)的那個(gè)元素的引用。
remove方法將會(huì)刪除上次調(diào)用next方法時(shí)返回的元素。
如果調(diào)用remove之前沒(méi)有調(diào)用next將是不合法的。
?
由于Collection與Iterator都是泛型接口，可以編寫任何集合類型實(shí)用方法。
?
?
?
?
?
?
13.2 具體的集合
Map結(jié)尾的類實(shí)現(xiàn)了Map接口；其他實(shí)現(xiàn)了Collection接口。
| ArrayList | 順序表 |
| LinkedList | 雙向鏈表 |
| ArrayDeque | 循環(huán)數(shù)組實(shí)現(xiàn)的雙端隊(duì)列 |
| HashSet | 沒(méi)有重復(fù)元素的無(wú)序集合 |
| TreeSet | 有序集 |
| EnumSet | 包含枚舉類型值的集 |
| LinkedHashSet | 可以記住元素插入順序的集 |
| PriorityQueue | 允許高效刪除最小元素的集合 |
| HashMap | ? |
| TreeMap | ? |
| EnumMap | 鍵值屬于枚舉類型 |
| LinkedHashMap | 可以記住K/V的添加次序 |
| WeakHashMap | 其值無(wú)用武之地后可以被垃圾回收器回收 |
| IdentityHashMap | 用==而不是equals比較鍵值的映射表 |
?
?
LinkedList：
interface ListIterator<E> extends Iterator<E> {void add(E element);E previous();boolean hasPrevious(); }set方法用一個(gè)新元素取代調(diào)用next或previous方法返回的上一個(gè)元素。
ListIterator<String> iter = list.listIterator();
String oldValue = iter.next(); //returns first element
iter.set(newValue); //sets first element to newValue
?
當(dāng)某個(gè)迭代器修改集合時(shí)，另一個(gè)迭代器對(duì)其進(jìn)行遍歷，一定會(huì)出現(xiàn)混亂的狀況。
例如：一個(gè)迭代器指向另一個(gè)迭代器剛剛刪除的元素前面，現(xiàn)在這個(gè)迭代器就是無(wú)效的，并且不應(yīng)該再使用。
鏈表迭代器的設(shè)計(jì)使它能夠檢測(cè)到這種修改。
如果迭代器發(fā)現(xiàn)它的集合被另一個(gè)迭代器修改了，或是被該集合自身的方法修改了，就會(huì)拋出一個(gè)ConcurrentModificationException。
例如：
ListIterator<String> iter1 = list.listIterator();
ListIterator<String> iter2 = list.listIterator();
iter1.next();
iter1.remove();
iter2.next(); //throws ConcurrentModificationException
?
鏈表不支持隨機(jī)訪問(wèn)，但支持get(int index)。
get方法的小優(yōu)化：如果index > size() / 2 就從列表尾端開(kāi)始搜索元素。
for (int i = 0; i < list.size(); ++i)do something with list.get(i);//效率極低。出現(xiàn)此代碼說(shuō)明用錯(cuò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。nextIndex() ?previousIndex() ?返回索引值
list.listIterator(n)返回一個(gè)迭代器，這個(gè)迭代器指向索引為n的元素前面的位置。
?
?
ArrayList：
適用于get和set方法。
Vector類的所有方法都是同步的，如果由一個(gè)線程訪問(wèn)Vector，代碼要在同步操作上耗費(fèi)大量的時(shí)間。
ArrayList方法不是同步的。
?
散列集：
散列表（hash table）
散列表為每個(gè)對(duì)象計(jì)算一個(gè)整數(shù)，稱為散列碼（hash code）。
散列碼是由對(duì)象的實(shí)例域產(chǎn)生的一個(gè)整數(shù)。具有不同數(shù)據(jù)域的對(duì)象將產(chǎn)生不同的散列碼。
散列碼要能夠快速的計(jì)算出來(lái)。
?
在Java中，散列表用鏈表數(shù)組實(shí)現(xiàn)。每個(gè)列表被稱為桶（bucket）。
?
散列碼與桶數(shù)的余數(shù)是元素的桶的索引。
?
散列沖突（hash collision）
?
將桶數(shù)設(shè)置為預(yù)計(jì)元素個(gè)數(shù)的75%~150%，最好將桶數(shù)設(shè)置為一個(gè)素?cái)?shù)，以防鍵的聚集。
標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)使用的桶數(shù)是2的冪，默認(rèn)值為16。為表大小提供的任何值都將被自動(dòng)的轉(zhuǎn)換為2的下一個(gè)冪。
?
如果散列表太滿，就需要再散列（rehashed）。
創(chuàng)建一個(gè)雙倍桶數(shù)的表，將所有元素插入到這個(gè)新表中，然后丟棄原來(lái)的表。
裝填因子（load factor）決定何時(shí)對(duì)散列表進(jìn)行再散列。
對(duì)大多數(shù)應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，裝填因子為0.75是比較合理的。
?
散列集迭代器依此訪問(wèn)所有的桶，所以訪問(wèn)順序是隨機(jī)的。
HashSet
?
樹(shù)集：
有序集合（sorted collection）
紅黑樹(shù)（red-black tree）
迭代器以排好序的順序訪問(wèn)每個(gè)元素
?
添加元素到樹(shù)中要比添加到散列表中慢，但是，與將元素添加到數(shù)組或鏈表中相比還是快很多的。
TreeSet
?
對(duì)象的比較：
默認(rèn)情況下，樹(shù)集假定插入的元素實(shí)現(xiàn)了Comparable接口。
public interface Comparable<T> {int compareTo(T other); } a.compareTo(b); //相等返回0；a在前返回負(fù)值；b在前返回正值。使用Comparable接口定義排序有局限性。
對(duì)于一個(gè)給定的類，只能夠?qū)崿F(xiàn)這個(gè)接口一次。
如果在一個(gè)集合中需要按照部件編號(hào)進(jìn)行排序，在另一個(gè)集合中卻要按照描述信息進(jìn)行排序，該如何？
如果一個(gè)類沒(méi)有實(shí)現(xiàn)Comparable接口，又該如何？
可通過(guò)將Comparator對(duì)象傳遞給TreeSet構(gòu)造器來(lái)告訴樹(shù)集使用不同的比較方法。
pubic interface Comparator<T> {int compare(T a, T b); }如：
class ItemComparator implements Comparator<Item> {public int compare(Item a, Item b){ return a.getDescription().compareTo(b.getDescription()); } } ItemComparator comp = new ItemComparator(); SortedSet<Item> sortByDescription = new TreeSet<>(comp);?
比較器是比較方法的持有器，不含數(shù)據(jù)，將這種對(duì)象稱為函數(shù)對(duì)象（function object）。
函數(shù)對(duì)象通常動(dòng)態(tài)定義，即定義為匿名內(nèi)部類的實(shí)例。
SortedSet<Item> sortByDescription = new TreeSet<>(new Comparator<Item>() {public int compare(Item a, Item b)return a.getDescription().compareTo(b.getDescription()); }?
?
隊(duì)列與雙端隊(duì)列：
ArrayDeque
?
優(yōu)先級(jí)隊(duì)列：
priority queue
可以按照任意的順序插入，卻總是按照排序的順序進(jìn)行檢索。
即，無(wú)論何時(shí)調(diào)用remove方法，總會(huì)獲得當(dāng)前優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中最小的元素。
優(yōu)先級(jí)隊(duì)列使用的是堆（heap）。
?
映射表：
Map key/value
HashMap ?TreeMap
三種視圖：
Set<K> keySet()
Collection<K> values()
Set<Map.Entry<K, V>> entrySet()
?
弱散列映射表：
WeakHashMap
如果一個(gè)值，對(duì)應(yīng)鍵的唯一引用來(lái)自散列表?xiàng)l目時(shí)，這一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將與垃圾回收器協(xié)同工作一起刪除鍵/值對(duì)。
?
連接散列集和連接映射表：
LinkedHashSet ?LinkedHashMap 用來(lái)記住插入元素項(xiàng)的順序。
?
鏈接散列映射表將用訪問(wèn)順序而不是插入順序，對(duì)映射表?xiàng)l目進(jìn)行迭代。
?
標(biāo)識(shí)散列映射表：
IdentityHashMap
鍵的散列不是用hashCode函數(shù)來(lái)計(jì)算的，而是用System.identityHashCode方法計(jì)算。
根據(jù)對(duì)象的內(nèi)存地址來(lái)計(jì)算散列碼。
兩個(gè)對(duì)象進(jìn)行比較時(shí)，IdentityHashMap使用的是”==”。
在實(shí)現(xiàn)對(duì)象遍歷算法（如對(duì)象序列化）時(shí)，這個(gè)類非常有用，可以用來(lái)跟蹤每個(gè)對(duì)象的遍歷狀況。
13.3 集合框架
框架（framework）是一個(gè)類的集，它奠定了創(chuàng)建高級(jí)功能的基礎(chǔ)。
框架包含很多超類，這些超類擁有非常有用的功能、策略和機(jī)制。
框架使用者創(chuàng)建的子類可以擴(kuò)展超類的功能，而不必重新創(chuàng)建這些基本的機(jī)制。
例如Swing就是一種用戶界面的機(jī)制。
Java集合類庫(kù)構(gòu)成了集合類的框架，它為集合的實(shí)現(xiàn)定義了大量的接口和抽象類，并且對(duì)其中的某些機(jī)制給予了描述，例如，迭代協(xié)議。
?
如果想要實(shí)現(xiàn)用于多種集合類型的泛型算法，或者想要增加新的集合類型，必須了解框架。
?
集合有兩個(gè)基本接口：Collection和Map
List是一個(gè)有序集合（ordered collection）
標(biāo)記接口RandomAccess，檢測(cè)一個(gè)特定的集合是否支持隨機(jī)檢索。
?
集合接口有大量地方法，這些方法可以通過(guò)更基本的方法加以實(shí)現(xiàn)。
抽象類提供了許多這樣的例行實(shí)現(xiàn)。
如果實(shí)現(xiàn)了自己的集合類，就可能要擴(kuò)展上面某個(gè)類，以便可以選擇例行操作的實(shí)現(xiàn)。
Java類庫(kù)支持下面幾種具體類：
?
?
視圖與包裝器：
keySet方法返回一個(gè)實(shí)現(xiàn)Set接口的類對(duì)象，這個(gè)類的方法對(duì)原映射表進(jìn)行操作。
這種集合稱為視圖。
?
1、輕量級(jí)包裝器
Arrays類的靜態(tài)方法asList將返回一個(gè)包裝了普通Java數(shù)組的List包裝器。
Card[] cardDeck = new Card[52];
List<Card> cardList = Arrays.asList(cardDeck);
改變數(shù)組大小的所有方法都會(huì)拋出一個(gè)UnsupportedOperationException異常。
?
List<String> names = Arrays.asList(“Amy”, “Bob”, “Carl”);
這個(gè)方法調(diào)用Collections.nCopies(n, anObject)方法。
?
2、子范圍視圖
subList方法
List group2 = staff.subList(10, 20); //含首不含尾
可以將任何操作應(yīng)用于子范圍。
?
對(duì)于有序集和映射表，可以使用排序順序建立子范圍。
SortedSet接口聲明了3個(gè)方法：
SortedSet<E> subSet(E from, E to);
SortedSet<E> headSet(E to);
SortedSet<E> tailSet(E from);
?
SortedMap<K, V> subSet(K from, K to);
SortedMap<K, V> headSet(K to);
SortedMap<K, V> tailSet(K from);
?
3、不可修改視圖
Collections.unmodiffiableCollection
Collections.unmodifiableList
Collections.unmodifiableSet
Collections.unmodifiableSortedSet
Collections.unmodifiableMap
Collections.unmodifiableSortedMap
?
每個(gè)方法都定義于一個(gè)接口。
這些視圖對(duì)現(xiàn)有集合增加了一個(gè)運(yùn)行時(shí)的檢查。
如果發(fā)現(xiàn)試圖對(duì)集合進(jìn)行修改，就拋出一個(gè)異常。
?
4、同步視圖
如果由多個(gè)線程訪問(wèn)集合，就必須確保集不會(huì)被意外的破壞。
類庫(kù)的設(shè)計(jì)者使用視圖機(jī)制來(lái)確保常規(guī)集合的線程安全，而不是實(shí)現(xiàn)線程安全的集合類。
Map<String, Employee> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<String, Employee>());
?
5、檢查視圖
List<String> sateStrings = Collections.checkedList(strings, String.class);
視圖的add方法將檢測(cè)插入的對(duì)象是否屬于給定的類。如果不是，則拋出ClassCastException。
?
?
批操作：
bulk operation
result.retainAll(a); //保存了交集
result.removeAll(b);
result.addAll(b);
?
集合與數(shù)組之間的轉(zhuǎn)換：
數(shù)組->集合：Arrays.asList包裝器
集合->數(shù)組：toArray()方法
staff.toArray();//返回的是Object數(shù)組，不能強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換；
staff.toArray(new String[0]);//返回的是String數(shù)組；
staff.toArray(new String[staff.size()]); //將元素一次復(fù)制到新數(shù)組中，并返回新數(shù)組
?
13.4 算法
泛型集合接口有一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)，即算法只需要實(shí)現(xiàn)一次。
?
排序：
Collections類中的sort方法。
這個(gè)方法假定元素實(shí)現(xiàn)了Comparable接口。
如果想采用其他方式對(duì)列表進(jìn)行排序，可將Comparator對(duì)象作為第二個(gè)參數(shù)傳遞給sort方法。
降序：Collections.reverseOrder()方法
?
Java直接將所有元素轉(zhuǎn)入一個(gè)數(shù)組，并使用歸并排序的變體對(duì)數(shù)組進(jìn)行排序，然后將排序后的序列復(fù)制回列表。
集合類庫(kù)中使用的歸并排序算法比快速排序要慢，快速排序是通用排序算法的傳統(tǒng)選擇。
歸并排序的優(yōu)點(diǎn)，穩(wěn)定，即不需要交換相同的元素。
?
排序的列表必須是可修改的，但不必是可以改變大小的。
·如果列表支持set，則是可修改的；
·如果列表支持add和remove方法，則是可改變大小的。
?
混亂：
Collections的shuffle算法，隨機(jī)的混排列表中元素的順序。
如果沒(méi)有實(shí)現(xiàn)RandomAccess接口，shuffle方法將元素復(fù)制到數(shù)組中，然后打亂數(shù)組元素的順序，最后再將打亂順序后的元素復(fù)制回列表。
?
二分查找:
i = Collections.binarySearch(c, element);
i = Collections.binarySearch(c, element, comparator);
?
二分查找對(duì)順序表有意義，如果對(duì)鏈表采用二分查找，則自動(dòng)變?yōu)轫樞虿檎摇?/p>
?
編寫自己的算法：
如果編寫自己的算法，應(yīng)該盡可能的使用接口，而不要使用具體的實(shí)現(xiàn)。
?
13.5 遺留的集合
Java程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言自問(wèn)世以來(lái)就存在的集合：Hashtable ?Properties ?Vector ?Stack ?BitSet
?
Hashtable：
與HashMap類的作用一樣，擁有相同的接口。
Hashtable的方法也是同步的。
?
枚舉：
使用Enumeration接口對(duì)元素序列進(jìn)行遍歷。
兩個(gè)方法：hasMoreElements和nextElement。
靜態(tài)方法Collections.enumeration將產(chǎn)生一個(gè)枚舉對(duì)象，枚舉集合中的元素。
?
屬性映射表：
property map
·鍵和值都是字符串；
·表可以保存到一個(gè)文件中，也可以從文件中加載
·使用一個(gè)默認(rèn)的輔助表。
實(shí)現(xiàn)屬性映射表的類稱為Properties。
通常用于程序的特殊配置選項(xiàng)。
?
棧：
stack
?
位集：
BitSet類提供了一個(gè)便于讀取、設(shè)置或清除各個(gè)位的接口。
與C++中的bitset功能一樣。
?
?
?
?
總結(jié)
