Java06集合
13 集合
實現方法時，不同的數據結構會導致性能有很大差異。
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13.1 集合接口
Java集合類庫將接口（interface）與實現（implementation）分離。
可以使用接口類型存放集合的應用，一旦改變了想法，可以輕松額使用另外一種不同的實現。
List<Integer> l = new ArrayList<>();
若想改為鏈表實現，只需上句為List<Integer> l = new LinkedList<>();
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以Abstract開頭的類，如AbstractQueue，是為類庫實現者設計的。
如果想要實現自己的隊列類，會發現擴展AbstractQueue類要比實現Queue接口中的方法輕松的多。
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集合類的基本接口是Collection接口
兩個基本方法：
public interface Collection<E> {boolean add(E element);Iterator<E> iterator(); }iterator方法返回一個實現了Iterator接口的對象。
Iterator接口包含三個方法：
public interface Iterator<E> {E next();boolean hasNext();void remove(); }Java迭代器被認為是在兩個元素之間的。
當調用next時，迭代器就越過下一個元素，并返回剛剛越過的那個元素的引用。
remove方法將會刪除上次調用next方法時返回的元素。
如果調用remove之前沒有調用next將是不合法的。
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由于Collection與Iterator都是泛型接口，可以編寫任何集合類型實用方法。
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13.2 具體的集合
Map結尾的類實現了Map接口；其他實現了Collection接口。
| ArrayList | 順序表 |
| LinkedList | 雙向鏈表 |
| ArrayDeque | 循環數組實現的雙端隊列 |
| HashSet | 沒有重復元素的無序集合 |
| 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 |
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LinkedList：
interface ListIterator<E> extends Iterator<E> {void add(E element);E previous();boolean hasPrevious(); }set方法用一個新元素取代調用next或previous方法返回的上一個元素。
ListIterator<String> iter = list.listIterator();
String oldValue = iter.next(); //returns first element
iter.set(newValue); //sets first element to newValue
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當某個迭代器修改集合時，另一個迭代器對其進行遍歷，一定會出現混亂的狀況。
例如：一個迭代器指向另一個迭代器剛剛刪除的元素前面，現在這個迭代器就是無效的，并且不應該再使用。
鏈表迭代器的設計使它能夠檢測到這種修改。
如果迭代器發現它的集合被另一個迭代器修改了，或是被該集合自身的方法修改了，就會拋出一個ConcurrentModificationException。
例如：
ListIterator<String> iter1 = list.listIterator();
ListIterator<String> iter2 = list.listIterator();
iter1.next();
iter1.remove();
iter2.next(); //throws ConcurrentModificationException
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鏈表不支持隨機訪問，但支持get(int index)。
get方法的小優化：如果index > size() / 2 就從列表尾端開始搜索元素。
for (int i = 0; i < list.size(); ++i)do something with list.get(i);//效率極低。出現此代碼說明用錯數據結構。nextIndex() ?previousIndex() ?返回索引值
list.listIterator(n)返回一個迭代器，這個迭代器指向索引為n的元素前面的位置。
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ArrayList：
適用于get和set方法。
Vector類的所有方法都是同步的，如果由一個線程訪問Vector，代碼要在同步操作上耗費大量的時間。
ArrayList方法不是同步的。
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散列集：
散列表（hash table）
散列表為每個對象計算一個整數，稱為散列碼（hash code）。
散列碼是由對象的實例域產生的一個整數。具有不同數據域的對象將產生不同的散列碼。
散列碼要能夠快速的計算出來。
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在Java中，散列表用鏈表數組實現。每個列表被稱為桶（bucket）。
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散列碼與桶數的余數是元素的桶的索引。
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散列沖突（hash collision）
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將桶數設置為預計元素個數的75%~150%，最好將桶數設置為一個素數，以防鍵的聚集。
標準庫使用的桶數是2的冪，默認值為16。為表大小提供的任何值都將被自動的轉換為2的下一個冪。
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如果散列表太滿，就需要再散列（rehashed）。
創建一個雙倍桶數的表，將所有元素插入到這個新表中，然后丟棄原來的表。
裝填因子（load factor）決定何時對散列表進行再散列。
對大多數應用程序來說，裝填因子為0.75是比較合理的。
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散列集迭代器依此訪問所有的桶，所以訪問順序是隨機的。
HashSet
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樹集：
有序集合（sorted collection）
紅黑樹（red-black tree）
迭代器以排好序的順序訪問每個元素
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添加元素到樹中要比添加到散列表中慢，但是，與將元素添加到數組或鏈表中相比還是快很多的。
TreeSet
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對象的比較：
默認情況下，樹集假定插入的元素實現了Comparable接口。
public interface Comparable<T> {int compareTo(T other); } a.compareTo(b); //相等返回0；a在前返回負值；b在前返回正值。使用Comparable接口定義排序有局限性。
對于一個給定的類，只能夠實現這個接口一次。
如果在一個集合中需要按照部件編號進行排序，在另一個集合中卻要按照描述信息進行排序，該如何？
如果一個類沒有實現Comparable接口，又該如何？
可通過將Comparator對象傳遞給TreeSet構造器來告訴樹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，不含數據，將這種對象稱為函數對象（function object）。
函數對象通常動態定義，即定義為匿名內部類的實例。
SortedSet<Item> sortByDescription = new TreeSet<>(new Comparator<Item>() {public int compare(Item a, Item b)return a.getDescription().compareTo(b.getDescription()); }?
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隊列與雙端隊列：
ArrayDeque
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優先級隊列：
priority queue
可以按照任意的順序插入，卻總是按照排序的順序進行檢索。
即，無論何時調用remove方法，總會獲得當前優先級隊列中最小的元素。
優先級隊列使用的是堆（heap）。
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映射表：
Map key/value
HashMap ?TreeMap
三種視圖：
Set<K> keySet()
Collection<K> values()
Set<Map.Entry<K, V>> entrySet()
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弱散列映射表：
WeakHashMap
如果一個值，對應鍵的唯一引用來自散列表條目時，這一數據結構將與垃圾回收器協同工作一起刪除鍵/值對。
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連接散列集和連接映射表：
LinkedHashSet ?LinkedHashMap 用來記住插入元素項的順序。
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鏈接散列映射表將用訪問順序而不是插入順序，對映射表條目進行迭代。
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標識散列映射表：
IdentityHashMap
鍵的散列不是用hashCode函數來計算的，而是用System.identityHashCode方法計算。
根據對象的內存地址來計算散列碼。
兩個對象進行比較時，IdentityHashMap使用的是”==”。
在實現對象遍歷算法（如對象序列化）時，這個類非常有用，可以用來跟蹤每個對象的遍歷狀況。
13.3 集合框架
框架（framework）是一個類的集，它奠定了創建高級功能的基礎。
框架包含很多超類，這些超類擁有非常有用的功能、策略和機制。
框架使用者創建的子類可以擴展超類的功能，而不必重新創建這些基本的機制。
例如Swing就是一種用戶界面的機制。
Java集合類庫構成了集合類的框架，它為集合的實現定義了大量的接口和抽象類，并且對其中的某些機制給予了描述，例如，迭代協議。
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如果想要實現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。
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集合有兩個基本接口：Collection和Map
List是一個有序集合（ordered collection）
標記接口RandomAccess，檢測一個特定的集合是否支持隨機檢索。
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集合接口有大量地方法，這些方法可以通過更基本的方法加以實現。
抽象類提供了許多這樣的例行實現。
如果實現了自己的集合類，就可能要擴展上面某個類，以便可以選擇例行操作的實現。
Java類庫支持下面幾種具體類：
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視圖與包裝器：
keySet方法返回一個實現Set接口的類對象，這個類的方法對原映射表進行操作。
這種集合稱為視圖。
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1、輕量級包裝器
Arrays類的靜態方法asList將返回一個包裝了普通Java數組的List包裝器。
Card[] cardDeck = new Card[52];
List<Card> cardList = Arrays.asList(cardDeck);
改變數組大小的所有方法都會拋出一個UnsupportedOperationException異常。
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List<String> names = Arrays.asList(“Amy”, “Bob”, “Carl”);
這個方法調用Collections.nCopies(n, anObject)方法。
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2、子范圍視圖
subList方法
List group2 = staff.subList(10, 20); //含首不含尾
可以將任何操作應用于子范圍。
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對于有序集和映射表，可以使用排序順序建立子范圍。
SortedSet接口聲明了3個方法：
SortedSet<E> subSet(E from, E to);
SortedSet<E> headSet(E to);
SortedSet<E> tailSet(E from);
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SortedMap<K, V> subSet(K from, K to);
SortedMap<K, V> headSet(K to);
SortedMap<K, V> tailSet(K from);
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3、不可修改視圖
Collections.unmodiffiableCollection
Collections.unmodifiableList
Collections.unmodifiableSet
Collections.unmodifiableSortedSet
Collections.unmodifiableMap
Collections.unmodifiableSortedMap
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每個方法都定義于一個接口。
這些視圖對現有集合增加了一個運行時的檢查。
如果發現試圖對集合進行修改，就拋出一個異常。
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4、同步視圖
如果由多個線程訪問集合，就必須確保集不會被意外的破壞。
類庫的設計者使用視圖機制來確保常規集合的線程安全，而不是實現線程安全的集合類。
Map<String, Employee> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<String, Employee>());
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5、檢查視圖
List<String> sateStrings = Collections.checkedList(strings, String.class);
視圖的add方法將檢測插入的對象是否屬于給定的類。如果不是，則拋出ClassCastException。
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批操作：
bulk operation
result.retainAll(a); //保存了交集
result.removeAll(b);
result.addAll(b);
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集合與數組之間的轉換：
數組->集合：Arrays.asList包裝器
集合->數組：toArray()方法
staff.toArray();//返回的是Object數組，不能強制類型轉換；
staff.toArray(new String[0]);//返回的是String數組；
staff.toArray(new String[staff.size()]); //將元素一次復制到新數組中，并返回新數組
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13.4 算法
泛型集合接口有一個很大的優點，即算法只需要實現一次。
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排序：
Collections類中的sort方法。
這個方法假定元素實現了Comparable接口。
如果想采用其他方式對列表進行排序，可將Comparator對象作為第二個參數傳遞給sort方法。
降序：Collections.reverseOrder()方法
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Java直接將所有元素轉入一個數組，并使用歸并排序的變體對數組進行排序，然后將排序后的序列復制回列表。
集合類庫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選擇。
歸并排序的優點，穩定，即不需要交換相同的元素。
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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。
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混亂：
Collections的shuffle算法，隨機的混排列表中元素的順序。
如果沒有實現RandomAccess接口，shuffle方法將元素復制到數組中，然后打亂數組元素的順序，最后再將打亂順序后的元素復制回列表。
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二分查找:
i = Collections.binarySearch(c, element);
i = Collections.binarySearch(c, element, comparator);
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二分查找對順序表有意義，如果對鏈表采用二分查找，則自動變為順序查找。
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編寫自己的算法：
如果編寫自己的算法，應該盡可能的使用接口，而不要使用具體的實現。
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13.5 遺留的集合
Java程序設計語言自問世以來就存在的集合：Hashtable ?Properties ?Vector ?Stack ?BitSet
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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。
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枚舉：
使用Enumeration接口對元素序列進行遍歷。
兩個方法：hasMoreElements和nextElement。
靜態方法Collections.enumeration將產生一個枚舉對象，枚舉集合中的元素。
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屬性映射表：
property map
·鍵和值都是字符串；
·表可以保存到一個文件中，也可以從文件中加載
·使用一個默認的輔助表。
實現屬性映射表的類稱為Properties。
通常用于程序的特殊配置選項。
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棧：
stack
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位集：
BitSet類提供了一個便于讀取、設置或清除各個位的接口。
與C++中的bitset功能一樣。
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總結
