Java第九课

1. Collection、Set、List、Queue接口

Collection、Set、List、Queue是Java中的四种接口，它们都属于Java集合框架的一部分。Collection是所有集合类的根接口，Set接口继承了Collection接口，并且不允许集合中包含重复的元素；List接口也继承了Collection接口，但是允许集合中包含重复的元素，并且可以通过索引来访问集合中的元素；Queue接口则继承了Collection接口，但是它是一个队列，支持在队列头部插入元素，在队列尾部删除元素。

Collection根接口包含了：

add添加

contains包含

boolean 判断是否为空

Iteartor 迭代器

remove 移除

int size()索引大小

具体解释：Collection接口提供了多个方法来操作集合元素，其中包括add、contains、isEmpty、iterator、remove和size。add方法用于向集合中添加元素，contains方法用于判断集合中是否包含指定元素，isEmpty方法用于判断集合是否为空，iterator方法返回一个迭代器用于遍历集合中的元素，remove方法用于从集合中移除指定元素，size方法返回集合中元素的个数。这些方法的使用可以帮助我们更加方便地操作集合。

2.List接口支持索引访问，适用于有序但元素可能重复的集合。

ArrayList在底层会创建一个新的内存数组来存储数据，这意味着当需要添加或移除元素时，需要重新分配内存并复制元素。这样的操作会导致性能下降，因此如果需要频繁添加或移除元素，建议使用LinkedList。LinkedList使用链表来存储元素，可以快速添加或移除元素，但是访问元素的性能较差。因此，在选择数据结构时，需要根据具体的需求来进行选择。

LinkedList是一种链表结构，它提供了一组专门用于处理集合中第一个和最后一个元素的方法。

LinkedList底层实现是一个双向链表，每个节点都包含指向前一节点和后一节点的引用。这种数据结构使得在LinkedList中插入和删除元素更加高效，因为只需要改变相邻节点的引用即可。同时，LinkedList也支持随机访问，但是由于需要遍历整个链表（一个一个数过去），所以效率相对较低。

实例OddEven.java

import java.util.*;
 
public class OddEven {
//对参数list进行初始化
private static void initial(List<Integer> list,int size){
Random random=new Random(1);
for (int i=0;i<size;i++){
list.add(random.nextInt(10000000));
 
}
}
 
//    private static void removeEven(List<Integer> list){
//        for(int i=list.size()-1;i>=0;i--){
//            if(list.get(i) % 2==0){
//                list.remove(i);
//            }
//        }
//    }
 
private static void removeEven(List<Integer> list){
Iterator<Integer> iterator=list.iterator();
int current;
while (iterator.hasNext()){
current=iterator.next();
if(current % 2==0){
iterator.remove();      //用迭代器来提高性能
}
}
}
 
public static void main(String[] args) {
final int SIZE=10000000;
List<Integer> list=new LinkedList<>();
initial(list,SIZE);
long start=System.currentTimeMillis();
removeEven(list);
long end=System.currentTimeMillis();
System.out.println(end-start);
}
}

综上所述

ArrayList的性能较慢是因为每次对数组进行修改时，它都会创建一个新的数组来进行修改，导致重复操作。

LinkedList的性能较慢是由于其在访问元素时需要遍历整个链表（不会记录索引，每次都要从头加上数），而不像ArrayList可以通过索引直接访问元素。此外，LinkedList还需要额外的内存空间来存储节点间的指针信息。

迭代器会记录索引，这意味着它可以跟踪当前正在处理的元素的位置。（比如当这次数到5，下次访问位置10时不需要从1开始而是从5开始）通过使用迭代器，我们可以简化代码并提高程序的可读性和可维护性。

所以我们要根据程序不同要求来选用ArrayList或LinkedList。

3.Set接口

Set接口继承了Collection接口，类似于数学中的集合，具有无序性和非重复性。

例如{2，3}={3，2}，这两个集合在数学中是相等的。

填充因子是一个用于动态数组或哈希表等数据结构中的参数。它表示在何时进行扩容操作，即当数据元素的数量达到容量的一定比例时，就会自动扩容以增加容量。这个比例就是填充因子。一般情况下，填充因子的取值范围为0到1之间。例如，当填充因子为0.75时，表示当数据元素的数量达到容量的75%时，就会进行扩容操作。这样可以避免频繁扩容，提高数据结构的性能。

set是一种数据结构，可以支持add和remove操作。使用add操作时，可以根据索引添加元素。而使用remove操作时，只能通过元素值来移除元素，因为set中元素是不可以重复的。这意味着，如果要添加一个已经存在的元素，它将不会被添加到set中（返回false）。同样地，如果要移除一个不存在的元素，它也不会产生任何影响。

HashSet在底层会维护一个数组，用来存储元素的位置。当元素被添加到HashSet中时，HashSet会根据元素的哈希值确定该元素在数组中的位置。如果该位置已经存在元素，那么HashSet会维护一个链表，将新元素添加到该链表的末尾。当需要查找元素时，HashSet首先根据元素的哈希值找到该元素在数组中的位置，然后遍历该位置上的链表，直到找到目标元素或者链表结束。这种设计可以使HashSet在添加、查找元素时具有较高的效率。

使用HashSet储存字符串时，输出顺序不保证与添加顺序相同。但是，如果使用LinkedHashSet，则可以按照添加顺序输出。

4.TreeSet接口

如果要使用TreeSet，其参数类型必须实现Comparable接口，否则需要在TreeSet对象上添加一个比较器。

（使用TreeSet时，如果参数类型没有实现Comparable接口，那么需要在TreeSet对象上添加一个比较器，否则会抛出ClassCastException异常。这是因为TreeSet是一个有序的集合，它需要对元素进行比较来确定它们的顺序。如果元素没有实现Comparable接口，那么就需要提供一个比较器来帮助TreeSet进行比较。比较器可以通过实现Comparator接口来创建，并将其传递给TreeSet的构造函数或使用setComparator()方法设置。）

实例TestTreeSet.java

import java.util.Comparator;
import java.util.TreeSet;
 
class Employee implements Comparable<Employee> {
int id;
double salary;
 
public Employee(int id, double salary) {
this.id = id;
this.salary = salary;
}
 
public int getId() {
return id;
}
 
public double getSalary() {
return salary;
}
 
@Override
public String toString() {
return "Employee{" +
"id=" + id +
", salary=" + salary +
'}';
}
 
@Override
public int compareTo(Employee o) {
return this.id-o.id;
}
}
 
public class TestTreeSet {
public static void main(String[] args) {
TreeSet<Employee> ts = new TreeSet<>(new Comparator<Employee>() {       //优先输出
@Override
public int compare(Employee o1, Employee o2) {
return (int) (o1.getSalary()- o2.getSalary());
}
});
ts.add(new Employee(2,20000));
ts.add(new Employee(1,25000));
ts.add(new Employee(3,18000));
System.out.println(ts);
}
}

当使用compareTo()方法和Comparator进行排序时，如果两者都存在，Java会优先使用Comparator进行排序，而不是使用对象自身的compareTo()方法。这是因为Comparator可以提供更灵活的排序方式，而且可以对任何类进行排序，而不需要修改类本身的代码。因此，在使用Java集合框架进行排序时，我们可以根据需要选择使用compareTo()方法或Comparator进行排序。

5.Map接口

Map接口是一个Java集合框架中的接口，它表示一种映射关系，即一组键（key）和对应的值（value）之间的映射。Map集合中的每个元素都包含了一个键值对（key-value pair），其中键唯一且不可重复，它用来标识该元素；值可以是任何类型的Java对象，可以重复，用来表示该元素对应的信息。

Map集合中提供了一系列操作键值对的方法，包括添加、删除、修改、查询等。常见的实现类有HashMap(性能最高)、TreeMap（自动排序，但键的类型必须实现Comparable接口）、LinkedHashMap等。

• put(Object key, Object value)：将指定键与指定值相关联，如果key已经存在，则用新的value替换旧的value，并返回旧的value。
• get(Object key)：返回指定键所映射的值，如果该键不存在，则返回null。
• remove(Object key)：移除指定键所映射的值，并返回该键对应的value。
• containsKey(Object key)：判断该Map中是否包含指定的键。返回的是布尔值（true/false)
• containsValue(Object value)：判断该Map中是否包含指定的值。返回的是布尔值（true/false)
• size()：返回该Map中键值对的数量。

实例TestMap.java

import java.util.*;
 
public class TestMap {
public static void main(String[] args) {
Map<String, String> map = new HashMap<>();
map.put("南通", "0513");
map.put("北京", "010");
map.put("南京", "025");
map.put("上海", "010");
//        map.remove("南通");
 
//        System.out.println(map.containsValue("0513"));
 
for (String city : map.keySet()) {      //keySet得到所有键构成的数学集
System.out.println(city);
}
 
Collection<String> postCodes = map.values();            //得到所有的值构成的集合
for(String code:postCodes){          //通过迭代器来迭代
System.out.println(code);
}
System.out.println(map);
}
 
}

请注意以上的注释部分，有相关代码说明

keySet()方法返回一个包含映射中所有键的 Set 集合

values()方法返回一个包含映射中所有值的 Collection 集合

entrySet()方法返回一个包含映射中所有键值对的 Set 集合；通过getKey获取键，getValue获取值