Java集合

Collection集合

集合概述

集合、数组都是对多个数据进行存储操作的结构，简称Java容器。内存层面的存储，不涉及持久化存储。

使用Array存储对象方面具有一些弊端，而Java 集合就像一种容器，可以动态地把多个对象的引用放入容器中。

Java 集合类可以用于存储数量不等的多个对象，还可用于保存具有映射关系的关联数组。

数组在内存存储方面的特点：

数组初始化以后，长度就确定了。
数组声明的类型，就决定了进行元素初始化时的类型。

数组在存储数据方面的弊端：

数组初始化以后，长度就不可变了，不便于扩展。
数组中提供的属性和方法有限，不便于进行添加、删除、插入等操作，且效率不高。
数组没有现成的属性或方法获取数组中实际元素的个数。
初始化一个数组的时候，jvm会在内存上分配一块连续的内存空间，每一个内存空间存一个元素，从首地址开始连续存放，所以数组是有序的，并且存储的数据可以重复的。

Java集合在开发中的应用：

在持久化层通过SQL语句查询到的多条数据映射到Java实体类对象，然后通过集合存储多个实体类对象，返回到业务层。

Java 集合可分为 Collection 和 Map 两种体系：

Collection接口：单列数据，定义了存取一组对象的方法的集合
- List：元素有序、可重复的集合
- Set：元素无序、不可重复的集合
Map接口：双列数据，保存具有映射关系“key-value对”的集合

Collection接口继承树：

Map接口继承树：

Collection接口常用方法

Collection 接口是 List、Set 和 Queue 接口的父接口，该接口里定义的方法既可用于操作 Set 集合，也可用于操作 List 和 Queue 集合。

JDK5 之前，Java 集合会丢失容器中所有对象的数据类型，把所有对象都作为 Object 类型处理。从 JDK5增加了泛型以后，Java 集合可以记住容器中对象的数据类型。

Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象。

collection接口常用方法：

添加：
- add(Object obj) ：对应基本数据类型或字符串会自动装箱。
- addAll(Collection coll) ：将其他集合的元素添加到当前集合。
获取有效元素的个数：int size()
清空集合：void clear()
是否是空集合：boolean isEmpty()
是否包含某个元素：
- boolean contains(Object obj)：是通过对象的equals方法来判断是否是同一个对象。
- boolean containsAll(Collection coll)：也是调用对象的equals方法来比较的，拿两个集合的元素挨个比较。
删除：
- boolean remove(Object obj) ：通过对象的equals方法判断，只会删除找到的第一个元素。
取两个集合的差集：
- boolean removeAll(Collection coll)：把差集的结果存在当前集合中。
取两个集合的交集：
- boolean retainAll(Collection coll)：把交集的结果存在当前集合中。
判断集合是否相等：boolean equals(Object obj)
转成对象数组：Object[] toArray()
获取集合对象的哈希值：hashCode()
遍历：
- iterator()：返回迭代器对象，用于集合遍历。

public class CollectionTest {
    @Test
    public void test(){
        Collection coll = new ArrayList();
        //add(Object e) 添加数据到集合
        coll.add("a");
        coll.add(123);
        coll.add(new Date());
        //size() 获取添加的元素个数
        int size = coll.size();
        System.out.println(size);
        Collection coll2 = new ArrayList();
        //addAll() 将其他集合的元素添加到当前集合
        coll2.addAll(coll);
        //clear() 清空集合
        coll2.clear();
        //isEmpty() 判断集合是否为空
        coll2.isEmpty();
        //contains(Object obj) 判断当前集合中是否包含obj
        //在判断时会调用obj对象所在类的equals()
        boolean contains = coll.contains(new Date());
        System.out.println(contains);
        //containsAll(Collection coll) 判断形参coll中所有元素是否都存在于当前集合中
        boolean containsAll = coll.containsAll(coll2);
        System.out.println(containsAll);
        // remove(Object obj) 移除集合中的obj元素
        coll.remove(123);
        //removeAll(Collection coll) 差集：从当前集合中移除coll中的所有元素
        coll.removeAll(coll2);
        //retainAll(Collection coll) 交集：获取当前集合和coll集合中的交集，并返回给当前集合
        coll.retainAll(coll2);
        //equals(Collection coll) 判断当前集合与coll中的元素是否相同
        coll.equals(coll2);
        //hashCode() 返回当前对象的哈希值
        int hash = coll.hashCode();
        System.out.println(hash);
        //toArray() 将当前集合转化成数组
        Object[] objects = coll.toArray();
        System.out.println(objects);
        //拓展：调用Arrays中的静态asList() 将数组转化成集合
        List<String> strings = Arrays.asList(new String[]{"AA", "BB"});
        System.out.println(strings);
    }
}

Iterator迭代器接口

Iterator对象称为迭代器(设计模式的一种)，主要用于遍历 Collection 集合中的元素。

GOF给迭代器模式的定义为：提供一种方法访问一个容器(container)对象中各个元素，而又不需暴露该对象的内部细节。迭代器模式，就是为容器而生。

Collection接口继承了java.lang.Iterable接口，该接口有一个iterator()方法，那么所有实现了Collection接口的集合类都有一个iterator()方法，用以返回一个实现了 Iterator接口的对象。

Iterator中的方法：

next()：游标下移，返回集合中当前游标元素。
hasNext()：判断集合是否还有下一个元素。
remove()：移除集合中当前游标元素，可以在遍历的时候删除集合中的元素。

@Test
public void test2(){
    Collection coll = new ArrayList();
    coll.add("a");
    coll.add(123);
    coll.add(new Date());
    coll.add(new Person("小明", 19));
    Iterator iterator = coll.iterator();
    //hasNext() 判断集合是否还有下一个元素
    while (iterator.hasNext()){
        //next() 游标下移，返回集合中当前游标元素
        Object next = iterator.next();
        System.out.println(next);
        if (next.equals("a")){
            //remove() 移除集合中当前游标元素
            iterator.remove();
        }
    }
}

注意：

在调用iterator.next()方法之前必须要调用iterator.hasNext()进行检测。若不调用，且下一条记录无效，直接调用iterator.next()会抛出NoSuchElementException异常。

集合对象每次调用iterator()方法都得到一个全新的迭代器对象，默认游标都在集合的第一个元素之前。

如果还未调用next()或在上一次调用 next 方法之后已经调用了 remove 方法，再调用remove都会报IllegalStateException

foreach 循环遍历集合元素：

JDK5 提供了 foreach 循环迭代访问 Collection和数组。

遍历集合的底层调用Iterator完成操作。

public class ForTest {
    @Test
    public void test(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add("a");
        coll.add(123);
        coll.add(new Date());
        coll.add(new Person("小明", 19));
        for (Object obj : coll) {
            System.out.println(obj);
        }
    }
}

注意：

增强for循环不可以对原索引值进行修改，取得的集合或数组的值是以赋值形式传递。

List接口

List接口继承Collection接口，存储有序的、可重复的数据。类似“动态”数组，替换原的数组。

List接口实现类异同点：
- ArrayList：作为List接口的主要实现类；线程不安全的，效率高；底层使用Object[] elementData存储。
- LinkedList：对于频繁的插入、删除操作，使用此类效率比ArrayList高；底层使用双向链表存储。
- Vector：作为List接口的古老实现类；线程安全的，效率低；底层使用Object[] elementData存储。

List接口常用方法：

void add(int index, Object obj)：在index位置插入obj元素。
boolean addAll(int index, Collection coll)：从index位置开始将coll中的所有元素添加进来。
Object get(int index)：获取指定index位置的元素。
int indexOf(Object obj)：返回obj在集合中首次出现的位置，没有则返回-1。
int lastIndexOf(Object obj)：返回obj在当前集合中末次出现的位置。
Object remove(int index)：移除指定index位置的元素，并返回此元素。
Object set(int index, Object obj)：设置指定index位置的元素为obj。
List subList(int fromIndex, int toIndex)：返回从fromIndex到toIndex位置的子集合，左闭右开原则。

public class ListTest {
    @Test
    public void test(){
        List list = new ArrayList<>();
        list.add(123);
        list.add(456);
        list.add(new Person("小明", 19));
        list.add("中国");
        list.add(456);
        //void add(int index, Object obj):在index位置插入obj元素
        list.add(2, 22);
        System.out.println(list);
        //boolean addAll(int index, Collection c):从index位置开始将c中的所有元素添加进来
        list.addAll(2, list);
        System.out.println(list);
        //Object get(int index):获取指定index位置的元素
        Object obj = list.get(2);
        System.out.println(obj);
        //int indexOf(Object obj):返回obj在集合中首次出现的位置
        int index = list.indexOf(456);
        System.out.println(index);
        //int lastIndexOf(Object obj):返回obj在当前集合中末次出现的位置
        int lastIndex = list.lastIndexOf(456);
        System.out.println(lastIndex);
        //Object remove(int index):移除指定index位置的元素，并返回此元素
        Object reObj = list.remove(5);
        System.out.println(reObj);
        //Object set(int index, Object obj):设置指定index位置的元素为obj
        list.set(2, "gggg");
        System.out.println(list);
        //List subList(int fromIndex, int toIndex):返回从fromIndex到toIndex位置的子集合
        List<Object> subList = list.subList(5, 8);
        System.out.println(subList);
    }
}

常用方法总结：

增：add(Object obj)
删：remove(int index) / remove(Object obj)
改：set(int index, Object ele)
查：get(int index)
插：add(int index, Object ele)
长度：size()
遍历：
- Iterator迭代器方式
- 增强for循环
- 普通的循环

面试题：

public class ListExer {
    @Test
    public void test(){
        List list = new ArrayList<>();
        list.add(1);
        list.add(2);
        list.add(3);
        updateList(list);
        System.out.println(list); //[1, 2]
    }
    public void updateList(List list){
        list.remove(2); //默认通过索引删除，remove不会装箱
//        list.remove(new Integer(2)); //需要通过包装类删除
    }
}

ArrayList源码分析

ArrayList 是 List 接口的典型实现类、主要实现类。

JDK7：ArrayList像饿汉式，直接创建一个初始容量为10的数组。
JDK1.8：ArrayList像懒汉式，一开始创建一个长度为0的数组，当添加第一个元素时再创建一个始容量为10的数组，延迟了数组的创建，节省内存。

JDK8底层源码：

//无参构造器初始化elementData为{}
public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA; //{}
}
//调用add方法添加数据，ensureCapacityInternal会去确保集合容量
public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
}
//ensureCapacityInternal调用ensureExplicitCapacity方法
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
//calculateCapacity返回DEFAULT_CAPACITY=10
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); //10
    }
    return minCapacity;
}
//ensureExplicitCapacity判断是否需要扩容
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;
    // overflow-conscious code
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        grow(minCapacity);
}
//grow对ArrayList进行扩容
private void grow(int minCapacity) {
    // overflow-conscious code
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //扩容1.5倍
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

总结：如果此次对ArraList集合添加数据导致底层elementData数组容量不够，则扩容。默认情况下，扩容为原来的容量的1.5倍，同时需要将原有数组中的数据复制到新的数组中。

结论：建议开发中使用带参的构造器：ArrayList list = new ArrayList(int capacity);

LinkedList源码分析

LinkedList源码分析：

双向链表，内部没有声明数组，而是定义了Node类型的first和last，用于记录首末元素。
定义内部类Node，作为LinkedList中保存数据的基本结构。Node除了保存数据，还定义了两个变量：
- prev变量记录前一个元素的位置
- next变量记录下一个元素的位置

LikdedList底层源码：

//用于记录链表首元素
transient Node<E> first;
//用于记录链表末元素
transient Node<E> last;
//底层定义Node内部类，为链表结构
private static class Node<E> {
    //数据
    E item;
    //后指针
    Node<E> next;
    //后指针
    Node<E> prev;

    Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
        this.item = element;
        this.next = next;
        this.prev = prev;
    }
}
//add方法调用linkLast方法
public boolean add(E e) {
    linkLast(e);
    return true;
}
//linkLast方法对对链表进行组装
void linkLast(E e) {
    final Node<E> l = last;
    final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
    last = newNode;
    if (l == null)
        first = newNode;
    else
        l.next = newNode;
    size++;
    modCount++;
}

总结：LinkedList底层使用双向链表存储，对于频繁的插入、删除操作，使用此类效率比ArrayList高。

Vector源码分析

JDK1就有了，Vector和ArrayList类似，相对ArrayList底层public方法都加了synchronized关键字。

作为List接口的古老实现类；线程安全的，效率低；底层使用Object[] elementData存储。

Vector底层源码：

//构造器直接创建长度为10的elementData数组
public Vector() {
    this(10);
}
//public修饰的add方法synchronized，线程安全
public synchronized boolean add(E e) {
    modCount++;
    ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
    elementData[elementCount++] = e;
    return true;
}
//确保容量
private void ensureCapacityHelper(int minCapacity) {
    // overflow-conscious code
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        grow(minCapacity);
}
//grow方法对集合进行扩容，扩容为原来的两倍
private void grow(int minCapacity) {
    // overflow-conscious code
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ?
                                     capacityIncrement : oldCapacity); //扩容为原来的两倍
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

总结：Vector底层默认初始化长度为10的数组。在扩容方面，默认扩容为原来的数组长度的2倍。

Set接口

Set接口是Collection的子接口，set接口没有提供额外的方法。

Set接口实现类异同点：

HashSet：作为Set接口的主要实现类；线程不安全的；可以存储null值。
LinkedHashSet：作为HashSet的子类；遍历其内部数据时，可以按照添加的顺序遍历。
TreeSet：可以按照添加对象的指定属性，进行排序。

Set集合存储的数据特点：无序的、不可重复的元素。

具体以HashSet为例说明：

无序性：不等于随机性。存储的数据在底层数组中并非按照数组索引顺序添加，而是根据添加数据的哈希值决定的。
不可重复性：Set 判断两个对象是否相同不是使用 == 运算符，而是根据 equals() 方法，也就是Set集合中添加的元素按照equals()判断时不能返回true。

HashSet分析

HashSet按 Hash算法来存储集合中的元素，因此具有很好的存取、查找、删除性能。

HashSet底层创建和调用的都是HashMap集合的结构，添加的元素为HashMap集合中的key值。

HashSet 具有以下特点：

不能保证元素的排列顺序。
HashSet 不是线程安全的。
集合元素可以是 null。

元素添加过程：(以HashSet为例)

调用add()方法向HashSet中添加元素a，首先调用元素a所在类的hashCode()方法，计算元素a的哈希值，此哈希值接着通过某种算法（哈希函数/映射函数）计算出在HashSet底层数组（哈希表）中的存放位置（即为：索引位置），判断数组此位置上是否已经存在元素：

如果此位置上没有其他元素，则元素a添加成功。 —>情况1
如果此位置上有其他元素b或以链表形式存在的多个元素（链地址法），则比较元素a与其它元素的hash值：
- 如果hash值不相同，则元素a添加成功。**—>情况2**
- 如果hash值相同，进而需要调用元素a所在类的equals()方法：
  - equals()返回true，元素a添加失败。
  - equals()返回false，则元素a添加成功。**—>情况3**

总结：底层也是数组，初始容量为16，当使用率超过0.75，（16*0.75=12）且要存放的位置非空时，就会扩大容量为原来的2倍。

对于添加成功的情况2和情况3而言：元素a与已经存在此索引位置上其他数据以链表的方式存储。

JDK 7：元素a放到数组中，指向原来的元素。（头插法）

JDK 8：原来的元素在数组中，指向元素a（尾插法）

public class SetTest {
    @Test
    public void test(){
        Set set = new HashSet<>();
        set.add(123);
        set.add(456);
        set.add("AA");
        set.add(new User("李四", 19));
        //先调用hashCode()方法，当返回的哈希值相同，则再调用equals()方法进行比较
        set.add(new User("李四", 19));
        System.out.println(set);
    }
}

User类：

package com.hncj.set;

import java.util.Objects;

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

    public User(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        System.out.println("User equals()......");
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        User user = (User) o;
        return age == user.age &&
                Objects.equals(name, user.name);
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        System.out.println("User hashCode()......");
        return Objects.hash(name, age);
    }
}

执行结果：

总结：对于存放在Set容器中的对象，对应的类一定要重写equals()和hashCode()方法，以实现对象相等规则。即：“相等的对象必须具有相等的散列码”。

LinkedHashSet分析

LinkedHashSet 是 HashSet 的子类。

LinkedHashSet 根据元素的 hashCode 值来决定元素的存储位置，但它同时使用双向链表维护元素的次序，这使得元素看起来是以插入顺序保存的。当迭代LinkedHashSet集合打印的顺序与插入元素的顺序一致。

LinkedHashSet插入性能略低于 HashSet，但在迭代访问 Set 里的全部元素时有很好的性能。

LinkedHashSet底层结构：

TreeSet分析

TreeSet 是 SortedSet 接口的实现类，TreeSet 可以确保集合元素处于排序状态，向 TreeSet 中添加的应该是同一个类的对象，不然会报java.lang.ClassCastException异常。

TreeSet底层使用红黑树结构存储数据。（类似二叉排序树）

TreeSet 两种排序方法：自然排序和定制排序。默认情况下，TreeSet 采用自然排序。

TreeSet 特点：有序，查询速度比List快。

TreeSet自然排序规则：

如果试图把一个对象添加到 TreeSet 时，则该对象的类必须实现 Comparable 接口。
向 TreeSet 中添加元素时，只有第一个元素无须比较compareTo()方法，后面添加的所有元素都会调用compareTo()方法进行比较。
因为只有相同类的两个实例才会比较大小，所以向 TreeSet 中添加的应该是同一个类的对象。
对于 TreeSet 集合而言，它判断两个对象是否相等的唯一标准是：两个对象通过 compareTo(Object obj) 方法比较返回值，而不再是equals()方法。

@Test
public void test(){
    //通过自然排序实现
    TreeSet<Object> set = new TreeSet<>();
    set.add(new User("Jake", 19));
    set.add(new User("Mary", 20));
    set.add(new User("Fake", 18));
    set.add(new User("Tom", 22));
    set.add(new User("Jerry", 19));
    set.add(new User("Jerry", 11));
    System.out.println(set);
}

User类：

//实现Comparable接口
public class User implements Comparable<Object>{
    private String name;
    private int age;

    public User(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    //重写compareTo()方法
    @Override
    public int compareTo(Object o) {
        System.out.println("User compareTo()......");
        if(o instanceof User){
            User user = (User)o;
            int compare = this.name.compareTo(user.name);
            if (compare != 0){
                return compare;
            }else {
                return Integer.compare(user.age, this.age);
            }
        }else {
            throw new RuntimeException("类型不匹配！");
        }
    }
}

TreeSet定制排序规则：

通过Comparator接口来实现，需要重写compare(Object o1, Object o2)方法。
要实现定制排序，需要将实现Comparator接口的实例作为形参传递给TreeSet的构造器。
使用定制排序判断两个元素相等的标准是：通过Comparator比较两个元素返回了0。

@Test
public void test(){
    //通过定制排序实现
    Comparator com = new Comparator(){
        @Override
        public int compare(Object o1, Object o2) {
            if(o1 instanceof User && o2 instanceof User){
                User u1 = (User)o1;
                User u2 = (User)o2;
                //通过age属性比较排序
                return Integer.compare(u1.getAge(), u2.getAge());
            }else {
                throw new RuntimeException("类型不匹配！");
            }
        }
    };
    TreeSet<Object> set = new TreeSet<>(com);
    set.add(new User("Jake", 19));
    set.add(new User("Mary", 20));
    set.add(new User("Fake", 18));
    set.add(new User("Tom", 22));
    set.add(new User("Jerry", 19));
    set.add(new User("Jerry", 11));
    System.out.println(set);
}

面试题一：打印结果

HashSet set = new HashSet();
Person p1 = new Person(1001,"AA");
Person p2 = new Person(1002,"BB");
set.add(p1);
set.add(p2);
p1.name = "CC";
set.remove(p1);
System.out.println(set);
set.add(new Person(1001,"CC"));
System.out.println(set);
set.add(new Person(1001,"AA"));
System.out.println(set);

面试题二：在List内去除重复数字值，要求尽量简单。

public static List duplicateList(List list) {
    HashSet set = new HashSet();
    set.addAll(list);
    return new ArrayList(set);
}
public static void main(String[] args) {
    List list = new ArrayList();
    list.add(new Integer(1));
    list.add(new Integer(2));
    list.add(new Integer(2));
    list.add(new Integer(4));
    list.add(new Integer(4));
    List list2 = duplicateList(list);
    for (Object integer : list2) {
    	System.out.println(integer);
    }
}

Map集合

概述

Map与Collection并列存在。Map用于保存具有映射关系的数据（key-value），通过key能找到对应的 value。

Map中的 key 和 value 都可以是任何引用类型的数据，常用String类作为Map的 key。

Map接口的常用实现类：HashMap、TreeMap、LinkedHashMap和 Properties。其中，HashMap是 Map 接口使用频率最高的实现类。

Map存储结构理解：

Map 中的 key 是无序的、不可重复的，用Set来存放，即同一个 Map 对象所对应的类，须重写hashCode()和equals()方法。
Map中的value是无序的、可重复的，使用Collection存储所有的value，value所在的类要重写equals()方法。
一个键值对：key-value构成了一个Entry（Node）对象。
Map中的entry（Node）是无序的、不可重复的，使用Set存储所的entry。

map接口实现类异同点：

HashMap：作为Map的主要实现类；线程不安全的，效率高；存储null的key和value。
  *       LinkedHashMap：保证在遍历map元素时，可以照添加的顺序实现遍历。
          *                    原因：在原的HashMap底层结构基础上，添加了一对指针，指向前一个和后一个元素。
          *                    对于频繁的遍历操作，此类执行效率高于HashMap。

TreeMap：保证照添加的key-value键值对进行排序，实现排序遍历。此时考虑key的自然排序或定制排序。
  *                      底层使用红黑树。

  Hashtable：作为古老的实现类；线程安全的，效率低；不能存储null的key和value。

  Properties：常用来处理配置文件。key和value都是String类型。

Map接口常用方法

添加、删除、修改操作：

Object put(Object key,Object value)：将指定key-value添加到(或修改)当前map对象中。
void putAll(Map m)：将m中的所有key-value对存放到当前map中。
Object remove(Object key)：移除指定key的key-value对，并返回value。
void clear()：清空当前map中的所有数据。

元素查询的操作：

Object get(Object key)：获取指定key对应的value。
boolean containsKey(Object key)：是否包含指定的key。
boolean containsValue(Object value)：是否包含指定的value。
int size()：返回map中key-value对的个数。
boolean isEmpty()：判断当前map是否为空。
boolean equals(Object obj)：判断当前map和参数对象obj是否相等。

元视图操作的方法：

Set keySet()：返回所有key构成的Set集合。
Collection values()：返回所有value构成的Collection集合。
Set entrySet()：返回所有key-value对构成的Set集合。

package com.hncj.map;

import org.junit.Test;

import java.util.*;

public class MapMethodTest {
    @Test
    public void test(){
        Map map = new HashMap();
        map.put("AA", 123);
        map.put(123, 123);
        map.put("BB", "AA");
        map.put("AA", 89);
        System.out.println(map);
        //遍历所有的key集：keySet()
        Set keys = map.keySet();
        MapMethodTest.iter(keys);
        //遍历所有的valu集：values()
        Collection values = map.values();
        MapMethodTest.iter(values);
        //遍历所有的key-value集：entrySet()
        Set entrySet = map.entrySet();
        Iterator iterator = entrySet.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Object next = iterator.next();
            //强转成Entry
            Map.Entry entry = (Map.Entry)next;
            System.out.println(entry.getKey()+"--->"+entry.getValue());
        }
    }
    public static void iter(Collection coll){
        Iterator iterator = coll.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Object next = iterator.next();
            System.out.println(next);
        }
    }
}

常用方法总结：

增：put(Object key,Object value)
删：remove(Object obj)
改：put(Object key,Object value)
查：get(Object key)
长度：size()
遍历：
- Set keySet()
- Collection values()
- Set entrySet()

HashMap源码分析

HashMap 判断两个 key 相等的标准是：两个 key 哈希值相等，通过 equals() 方法返回 true。

HashMap 判断两个 value相等的标准是：两个 value 通过 equals() 方法返回 true。

HashMap的底层JDK 7和 JDK 8的区别：

```
  JDK 7：数组+链表 
```
```
  JDK 8：数组+链表+红黑树 
```

HashMap在JDK 7中实现原理：

在实例化以后，底层直接创建了长度是16的一维数组Entry[] table。

调用put()方法向HashMap中添加key-value，首先调用key所在类的hashCode()方法，计算key的哈希值，此哈希值接着通过某种算法（哈希函数/映射函数）计算出此次添加在HashMap底层数组（哈希表）中的存放位置，然后判断数组此位置上是否已经存在结点：

如果此位置上没有其他结点，则key-value添加成功。 —>情况1
如果此位置上有其他结点或以链表形式存在的多个结点（链地址法），则与其它结点的key比较hash值：
- 如果hash值不相同，则此次key-value添加成功。**—>情况2**
- 如果hash值相同，进而需要调用equals()方法比较：
  - equals()返回true，则本次添加key对应的value替换原来结点的value值。
  - equals()返回false，此时key-value添加成功。**—>情况3**

总结：底层也是数组，初始容量为16，当使用率超过0.75，（16*0.75=12）且要存放的位置非空时，就会扩大容量为原来的2倍。

对于添加成功的情况2和情况3而言：元素a与已经存在此索引位置上其他数据以链表的方式存储。

HashMap在jdk8中相较于JDK 7在底层实现方面的不同：

在实例化以后，底层没创建一个长度为16的数组，而是在首次添加元素的时候创建。
JDK 8底层的数组是：Node[]，而非Entry[]。
JDK 7是头插法，JDK 8为尾插法。
JDK 8中底层使用数组+链表+红黑树实现。
- 当数组的某一个索引位置上的元素以链表形式存在的数据个数 > 8 且当前数组的长度 > 64时，此时此索引位置上的所数据改为使用红黑树存储。

HashMap源码中的重要常量：

DEFAULT_INITIAL_CAPACITY：HashMap的默认容量，16
MAXIMUM_CAPACITY ：HashMap的最大支持容量，2^30
DEFAULT_LOAD_FACTOR：HashMap的默认加载因子，0.75f
TREEIFY_THRESHOLD：Bucket中链表长度大于该默认值，转化为红黑树，8。
UNTREEIFY_THRESHOLD：Bucket中红黑树存储的Node小于该默认值，转化为链表。
MIN_TREEIFY_CAPACITY：桶中的Node被树化时最小的hash表容量，64
table：存储元素的数组，总是2的n次幂。
entrySet：存储具体元素的集。
size：HashMap中存储的键值对的数量。
modCount：HashMap扩容和结构改变的次数。
threshold：扩容的临界值，等于容量*填充因子。
loadFactor：填充因子。

JDK 8底层源码：

//首先调用hash方法计算出key的哈希值，然后调用putVal方法
public V put(K key, V value) {
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
//主要逻辑代码，resize方法扩容，treeifyBin方法转化成红黑树
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
               boolean evict) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
    //判断底层数组是否为空
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        //创建长度为16的数组
        n = (tab = resize()).length;
    //通过函数映射得出索引位置，并判断此位置是否为空
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        //创建Node结点，添加到当前索引位置
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    else {
        Node<K,V> e; K k;
        //判断key与此索引位置的key是否相同
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            e = p;
        //用于红黑树的添加
        else if (p instanceof TreeNode)
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        //用于遍历数组索引位置的链表
        else {
            //循环遍历此索引位置的Node结点
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                //判断下一个结点是否为空
                if ((e = p.next) == null) {
                    //创建Node结点，以链表方法追加
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    //判断是否需要转化成红黑树
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                        treeifyBin(tab, hash);
                    break;
                }
                //判断key与遍历到此Node的key是否相同
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    break;
                p = e;
            }
        }
        //如果key与已存在的Node结点的key相同则e不为空
        if (e != null) { // existing mapping for key
            V oldValue = e.value;
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                //替换原来的value
                e.value = value;
            afterNodeAccess(e);
            return oldValue;
        }
    }
    ++modCount;
    //判断键值对的数量是否大于扩容的临界值
    if (++size > threshold)
        //扩容
        resize();
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}
//Node结点
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
    final int hash;
    final K key;
    V value;
    //用于指向下一个元素
    Node<K,V> next;
}

LinkeadHashMap源码分析

LinkedHashMap继承于HashMap，底层使用的结构与HashMap相同，重写父类的newNode()方法，在创建结点时用Entry结点替换了Node结点。

LinkedHashMap在HashMap存储结构的基础上，使用了一对双向链表来记录添加元素的顺序。

与LinkedHashSet类似，LinkedHashMap 可以维护迭代的顺序，迭代顺序与 Key-Value 对的插入顺序一致。

LinkedHashMap中的内部类：Entry

//HashMap中Node结点
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
    //key的哈希值
    final int hash;
    final K key;
    V value;
    //用于指向下一个元素
    Node<K,V> next;
}
//LinkedHashMap中Entry结点，继承父类Node节点
static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
    //维护一对指针（引用），用于指向前一个和后一个结点
    Entry<K,V> before, after;
    Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
        super(hash, key, value, next);
    }
}

TreeMap分析

TreeMap存储 Key-Value 对时，需要根据 key 进行排序。TreeMap 可以保证所有的 Key 处于有序状态。

TreeMap底层使用红黑树结构存储数据。

TreeMap 的 Key 的排序：

自然排序：TreeMap 的所有的 Key 必须实现 Comparable 接口，而且所有的 Key 应该是同一个类的对象，否则将会抛出 ClasssCastException。
定制排序：创建 TreeMap 时，传入一个 Comparator 对象，该对象负责对 TreeMap 中的所有 key 进行排序。此时不需要 Map 的 Key 实现 Comparable 接口。

TreeMap判断两个key相等的标准：两个key通过compareTo()方法或者compare()方法返回0。

自然排序：

public class TreeMapTest {
    @Test
    public void test(){
        TreeMap treeMap = new TreeMap();
        Student u1 = new Student("Jake", 19);
        Student u2 =new Student("Mary", 20);
        Student u3 =new Student("Fake", 18);
        Student u4 =new Student("Tom", 22);
        Student u5 =new Student("Jerry", 19);
        Student u6 =new Student("Jerry", 11);
        Student u7 =new Student("Jerry", 11);
        treeMap.put(u1, 111);
        treeMap.put(u2, 112);
        treeMap.put(u3, 113);
        treeMap.put(u4, 114);
        treeMap.put(u5, 115);
        treeMap.put(u6, 116);
        treeMap.put(u7, 117);
        Set entrySet = treeMap.entrySet();
        Iterator iterator = entrySet.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Object next = iterator.next();
            Map.Entry map = (Map.Entry)next;
            System.out.println(map.getKey() + "--->" + map.getValue());
        }
    }
}

Student类：

import java.util.Objects;

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

    public Student(String name, int age) {
        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 String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        Student student = (Student) o;
        return age == student.age &&
                Objects.equals(name, student.name);
    }

    /**
     * 根据姓名大到小排序，再根据年龄小到大排序
     * @param o
     * @return
     */
    @Override
    public int compareTo(Object o) {
        if (o instanceof Student){
            Student stu = (Student)o;
            int compare = -name.compareTo(stu.getName());
            if(compare != 0){
                return compare;
            }
            return Integer.compare(age, stu.getAge());
        }
        throw new RuntimeException("类型不匹配！");
    }
}

定制排序：

import org.junit.Test;
import java.util.*;

public class TreeMapTest {
    @Test
    public void test1(){
        //按年龄从小到大，再按姓名从大到小
        Comparator comparator = new Comparator() {
            @Override
            public int compare(Object o1, Object o2) {
                if(o1 instanceof Student && o2 instanceof Student){
                    Student stu1 = (Student)o1;
                    Student stu2 = (Student)o2;
                    int compare = Integer.compare(stu1.getAge(), stu2.getAge());
                    if(compare != 0) return compare;
                    return -stu1.getName().compareTo(stu2.getName());
                }
                throw new RuntimeException("类型不匹配！");
            }
        };
        //传入排序规则
        TreeMap treeMap = new TreeMap(comparator);
        Student u1 = new Student("Jake", 19);
        Student u2 =new Student("Mary", 20);
        Student u3 =new Student("Fake", 18);
        Student u4 =new Student("Tom", 22);
        Student u5 =new Student("Jerry", 19);
        Student u6 =new Student("Jerry", 11);
        Student u7 =new Student("Jerry", 11);
        treeMap.put(u1, 111);
        treeMap.put(u2, 112);
        treeMap.put(u3, 113);
        treeMap.put(u4, 114);
        treeMap.put(u5, 115);
        treeMap.put(u6, 116);
        treeMap.put(u7, 117);
        Set entrySet = treeMap.entrySet();
        Iterator iterator = entrySet.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Object next = iterator.next();
            Map.Entry map = (Map.Entry)next;
            System.out.println(map.getKey() + "--->" + map.getValue());
        }
    }
}

Hashtable和子类Properties

Hashtable是个古老的 Map 实现类，JDK1.0就提供了。不同于HashMap， Hashtable是线程安全的。
Hashtable 不允许使用 null 作为 key 和 value。

Properties概述：

Properties 类是 Hashtable 的子类，该对象用于处理属性文件。
属性文件里的 key、value 都是字符串类型，所以 Properties 里的 key 和 value 都是字符串类型。
- 存取数据时，建议使用setProperty(String key,String value)方法和getProperty(String key)方法。

package com.hncj.map;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.util.Properties;

public class PropertiesTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //创建Properties对象，用来处理配置文件
        Properties properties = new Properties();
        //读取配置文件
        FileInputStream fis = new FileInputStream("db.properties");
        //加载配置文件
        properties.load(fis);
        //获取配置文件内容
        String name = properties.getProperty("name");
        String age = properties.getProperty("age");
        String hobby = properties.getProperty("hobby");
        System.out.println("name="+name);
        System.out.println("age="+age);
        System.out.println("hobby="+hobby);
        fis.close();
    }
}

properties文件：

1
2
3

name=张三
age=22
hobby=编程

Collections工具类

Collections 是一个操作 Set、List 和 Map 等集合的工具类。

Collections 中提供了一系列静态的方法对集合元素进行排序、查询和修改等操作，还提供了对集合对象设置不可变、对集合对象实现同步控制等方法。

排序操作：

reverse(List)：反转 List 中元素的顺序。
shuffle(List)：对 List 集合元素进行随机排序。
sort(List)：根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素按升序排序。
sort(List，Comparator)：根据指定的 Comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序。
swap(List，int， int)：将指定 list 集合中的 i 处元素和 j 处元素进行交换。

import org.junit.Test;
import java.util.*;

public class CollectionsTest {
    @Test
    public void test(){
        ArrayList list = new ArrayList();
        list.add(123);
        list.add(222);
        list.add(111);
        list.add(333);
        list.add(12);
        //排序操作：（均为static方法）
        //reverse(List)：反转 List 中元素的顺序
        Collections.reverse(list);
        System.out.println(list);
        //shuffle(List)：对 List 集合元素进行随机排序
        Collections.shuffle(list);
        System.out.println(list);
        //sort(List)：根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素按升序排序
        Collections.sort(list);
        System.out.println(list);
        //sort(List，Comparator)：根据指定的 Comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序
        Collections.sort(list, new Comparator<Integer>() {
            @Override
            public int compare(Integer i1, Integer i2) {
                //从大到小
                return -i1.compareTo(i2);
            }
        });
        System.out.println(list);
        //swap(List，int， int)：将指定 list 集合中的 i 处元素和 j 处元素进行交换
        Collections.swap(list, 2, 4);
        System.out.println(list);
    }
}

查找、替换操作：

Object max(Collection)：根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最大元素。
Object max(Collection, Comparator)：根据 Comparator 指定的顺序，返回给定集合中的最大元素。
Object min(Collection)：根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最小元素。
Object min(Collection, Comparator)：根据 Comparator 指定的顺序，返回给定集合中的最小元素。
int frequency(Collection, Object)：返回指定集合中指定元素的出现次数。
void copy(List dest, List src)：将src中的内容复制到dest中。
boolean replaceAll(List list, Object oldVal, Object newVal)：使用新值替换 List 对象的所有旧值。

import org.junit.Test;
import java.util.*;

public class CollectionsTest {
    @Test
    public void test(){
        ArrayList list = new ArrayList();
        list.add(123);
        list.add(222);
        list.add(111);
        list.add(333);
        list.add(12);
        list.add(123);
        //查找、替换
        //Object max(Collection)：根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最大元素
        Comparable max = Collections.max(list);
        System.out.println(max);
        //Object max(Collection，Comparator)：根据Comparator指定的顺序，返回给定集合中的最大元素
        //Object min(Collection)
        Comparable min = Collections.min(list);
        System.out.println(min);
        //Object min(Collection，Comparator)
        //int frequency(Collection，Object)：返回指定集合中指定元素的出现次数
        int frequency = Collections.frequency(list, 123);
        System.out.println(frequency);
        //void copy(List dest,List src)：将src中的内容复制到dest中
        List<Object> dest = Arrays.asList(new Object[list.size()]);
        Collections.copy(dest, list);
        System.out.println(dest);
        //boolean replaceAll(List list，Object oldVal，Object newVal)：使用新值替换List对象的所有旧值
        Collections.replaceAll(list, 123, 888);
        System.out.println(list);
    }
}

Collections 类中提供了多个 synchronizedXxx() 方法，该方法可使将指定集合包装成线程同步的集合，从而可以解决多线程并发访问集合时的线程安全问题。

集合实现同步操作方法：

面试题：Collection 和 Collections 的区别：

Collection 是一个集合接口。它提供了对集合对象进行基本操作的通用接口方法。Collection接口在Java类库中有很多具体的实现。Collection接口的意义是为各种具体的集合提供了最大化的统一操作方式。

Collections 是一个包装类。它包含有各种有关集合操作的静态多态方法。此类不能实例化，是一个操作 Set、List 和 Map 等集合的工具类。