Java容器全面分析(续)
一、Set与Map
Set集合的继承体系:
Map集合的继承体系:
从上面的继承关系我们可以看出来,实现Map接口和Set接口的接口名、类名完全相似。
从上一篇博文的分析我们可以知道,Map集合的key具有一个特征:所有的key不能重复,且key之间没有顺序(TreeMap是有顺序的),如果将Map集合的所有key集中起来,那这些key就组成了一个set集合,则map集合提供了keySet()方法返回所有key组成的集合。这样就实现了Map到Set之间的转换。其实也可以实现Set到Map之间的转换。
下面简单实现一下将Set扩展成Map,自定义个一个SimpleEntry类,
代码如下:
package com.crazyit; import java.util.HashSet; import java.util.Iterator; import java.util.Map; class SimpleEntry<K, V> implements Map.Entry<K, V>, java.io.Serializable { private final K key; private V value; public SimpleEntry(K key, V value) { this.key = key; this.value = value; } public SimpleEntry(Map.Entry<? extends K, ? extends V> entry) { this.key = entry.getKey(); this.value = entry.getValue(); } public K getKey() { return key; } public V getValue() { return value; } public V setValue(V value) { V oldValue = this.value; this.value = value; return oldValue; } public boolean equals(Object o) { if (o == this) { return true; } if (o.getClass() == SimpleEntry.class) { SimpleEntry se = (SimpleEntry) o; return se.getKey().equals(getKey()); } return false; } public int hashCode() { return key == null ? 0 : key.hashCode(); } public String toString() { return key + "=" + value; } } public class Set2Map<K, V> extends HashSet<SimpleEntry<K, V>> { public void clear() { super.clear(); } public boolean containsKey(K key) { return super.contains(new SimpleEntry<K, V>(key, null)); } boolean containsValue(Object value) { for (SimpleEntry<K, V> se : this) { if (se.getValue().equals(value)) { return true; } } return false; } public V get(Object key) { for (SimpleEntry<K, V> se : this) { if (se.getKey().equals(key)) { return se.getValue(); } } return null; } public V put(K key, V value) { add(new SimpleEntry<K, V>(key, value)); return value; } public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) { for (K key : m.keySet()) { add(new SimpleEntry<K, V>(key, m.get(key))); } } public V removeEntry(Object key) { for (Iterator<SimpleEntry<K, V>> it = this.iterator(); it.hasNext();) { SimpleEntry<K, V> en = (SimpleEntry<K, V>) it.next(); if (en.getKey().equals(key)) { V v = en.getValue(); it.remove(); return v; } } return null; } public int size() { return super.size(); } }
自定义的一个SimpleEntry<K,V>类,当一个Set的所有集合元素都是SimpleEntry<K,V>对象的时候,该Set就变成了一个Map<K,V>集合。接下来,程序以HashSet<SimpleEntry<K,V>>为父类派生了一个子类Set2Map<K,V>,这个扩展类完全可以被当成Map使用,因此上面程序中的Set2Map<K,V>类中也提供了Map集合应该提供的绝大部分方法。
总结:可以通过对Set加以改造,将Set变为Map,这个改造的Map集合在功能上几乎可以和系统提供的Map一样。
二、HashMap与HashSet分析比较:
1、HashMap与HashSet都是采用传统的Hash算法决定集合的存储位置,这样可以保证快速存、取集合元素。
注意:集合虽然说存储Java对象,但实际上不会真正将Java对象放入Set集合中,而只是在Set集合中保留这些对象的引用罢了。
对于HashMap、HashSet及其子类而言,它们采用了Hash算法来决定集合中元素的存储位置
当在创建HashMap的时候,有一个默认的负载因子,其默认值为0.75,,这是时间和空间成本上的一种折衷,增大负载因子就可以减少Hash表所占用的内存空间,但会增加查询数据的时间开销,而查询又是最频繁的操作。减小负载因子会提高数据查询的性能,但是增加Hash表所占用的内存空间。
2、对于HashSet,它是基于HashMap实现的,HashSet底层采用HashMap来保存所有的元素,因此HashSet的实现相对容易一些。
注意:HashSet的绝大部分方法都是通过调用HashMap来实现的,因此HashSet和HashMap两个集合在实现本质上是相同的。
如果向HashSet中添加一个已经存在的元素,新添加的集合元素不会覆盖已有的集合元素。
下面我们看一个精彩的程序:
package com.crazyit; import java.util.HashSet; import java.util.Set; public class HashSetTest { public static void main(String[] args) { Set<Name> s = new HashSet<Name>(); s.add(new Name("li", "tianpeng")); System.out.println(s.contains(new Name("li", "tianpeng"))); } } class Name { private String first; private String last; public Name(String first, String last) { this.first = first; this.last = last; } }下面是结果截图:
打印出来的结果竟然是“false”,我们命名已经添加了一个new Name("abc","123")对象。
这是因为HashSet判断两个对象相等的标准除了要通过equals()方法比较返回true之外,还要两个对象的hashCode()返回值相等,而上面的程序没有没有重写Name类的hashCode()方法,两个Name对象的返回值并不相等,因此HashSet会把它们当成2个对象来处理。
下面重写了hashCode()方法:
package com.crazyit; import java.util.HashSet; import java.util.Set; public class HashSetTest { public static void main(String[] args) { Set<Name> s = new HashSet<Name>(); s.add(new Name("li", "tianpeng")); System.out.println(s.contains(new Name("li", "tianpeng"))); } } class Name { private String first; private String last; public Name(String first, String last) { this.first = first; this.last = last; } public int hashCode() { return first.hashCode(); } public boolean equals(Object o) { if (this == o) return true; if (o.getClass() == Name.class) { Name n = (Name) o; return n.first.equals(first); } return false; } }运行结果截图如下:
三、TreeMap与TreeSet比较分析:
1、TreeSet底层采用一个NavigableMap来保存TreeSet集合的元素,但是,由于NavigableMap只是一个接口,因此底层仍然使用TreeMap来包含集合中所有元素。
注意:TreeSet里绝大部分方法都是直接调用TreeMap的方法来实现的。
2、TreeMap则采用一种“红黑树”的排序二叉树来保存Map中的每一个元素,每个元素被当成“红黑树”的一个节点对待。
每次添加一个新元素时,此新元素作为“红黑树”的根节点被添加到已有的红黑树中。这样利用红黑树可以快速地插入与删除还有查找。
下面是TreeMap的应用程序:
package com.crazyit; import java.util.TreeMap; public class TreeMapTest { public static void main(String[] args) { TreeMap<String, Double> map = new TreeMap<String, Double>(); map.put("ccc", 89.0); map.put("zzz", 89.0); map.put("aaa", 89.0); map.put("bbb", 89.0); System.out.println(map); } }运行结果如下:
关于红黑树的介绍:以后我们会慢慢提到。
总结:Treemap本质上就是一个“红黑树”,而TreeMap上的每一个元素就是该红黑树上的节点。
四、Map和List比较分析:
1、Map的values()方法,Map集合是一个关联数组,Map可以根据key来获取对应的value,所以这些value可以组成一个List集合。但是Map的values()方法并未返回一个List集合。
可以从下面的代码中看出:
package com.crazyit; import java.util.HashMap; import java.util.TreeMap; public class MapValueTest { public static void main(String[] args) { HashMap<String, Double> scores = new HashMap<String, Double>(); scores.put("语文", 89.0); scores.put("数学", 83.0); scores.put("英文", 84.0); System.out.println(scores.values()); System.out.println(scores.values().getClass()); TreeMap<String, Double> health = new TreeMap<String, Double>(); health.put("身高", 173.0); health.put("体重", 171.0); System.out.println(health.values()); System.out.println(health.values().getClass()); } }运行结果如下:
可以看出来Map中values()方法返回的值的集合不是List对象。
2、TreeMap:与HashMap优点类似,TreeMap的values()方法返回同样的Values对象,但是此处的Values类是TreeMap的私有内部类,因为TreeMap是用“红黑树”实现的,所以此时Values类当然要考虑红黑树的一些特性。
总结:HashMap和TreeMap中的values()方法并未把Map中的value重新组合成一个包含元素的集合对象,这样可以大大降低系统的开销。
五、Map和List的分析比较:
Map与Set的底层结构很相似,从用法也有一些相似的地方:
(1)Map接口提供了get(K key)方法允许Map对象根据key取得value
(2)List接口提供了get(int index)方法允许List对象根据元素索引取得value
可以把List看成所有key都是int类型的Map,也可以把Map看成key可以是任何类型的List。
六、ArrayList和LinkedList分析比较:
在List集合的实现类中,主要有3种:ArrayList、Vector和LinkedList。其中Vector还有一个Stack子类,此Stack子类仅在Vector父类的基础上增加了5个方法,这5个方法就将一个Vector扩展成了Stack,实际从本质上来讲,Stack仍然是一个Vector,它只是比Vector多了5个方法罢了。
但实际上,Java不推荐使用Stack类,而使推荐使用Deque实现类,Java提供了一个Deque接口,并为该接口提供了一个ArrayDeque实现类,在无需保证线程安全的情况下,程序完全可以使用ArrayDeque来代替Stack类。
Deque接口代表双端队列这种数据结构,它既有队列FIFO的性质,也有栈FILO的性质。
1、Vector与ArrayList区别:
(1)从序列化机制来看,ArrayList的实现比Vector实现更安全
(2)但Vector是ArrayList的线程安全版本,Vector和ArrayList的绝大部分方法都是相同的,只是Vector的方法增加了synchronized关键字
注意:在多线程条件下使用List集合,而且需要保证List集合的线程安全,仍然可以不使用Vector,考虑将ArrayList包装成线程安全的集合类。Java提供了一个Collections工具类,通过该工具类synchronizedList方法可以将一个普通的ArrayList包装成线程安全的ArrayList。
2、ArrayList和LinkedList区别:
(1)ArrayList是一种顺序存储的线性表
(2)LinkedList是一种链式存储的线性表,其本质就是一个双向链表,因为它不仅实现了List接口,而且实现了Deque接口。
总结:ArrayList取数的性能优越,LinkedList插入、删除的性能优越。
七、Iterator迭代器:
下面看关于迭代器的几个代码:
package com.crazyit; import java.util.ArrayList; import java.util.Iterator; public class ArrayListRemove { public static void main(String[] args) { ArrayList<String> list = new ArrayList<String>(); list.add("111"); list.add("222"); list.add("333"); Iterator<String> it = list.iterator(); while (it.hasNext()) { String ele = it.next(); if (ele.equals("222")) list.remove(ele); } } }此时并没有产生异常,
下面再看一个代码:
package com.crazyit; import java.util.ArrayList; import java.util.Iterator; public class ArrayListRemove { public static void main(String[] args) { ArrayList<String> list = new ArrayList<String>(); list.add("111"); list.add("222"); list.add("333"); Iterator<String> it = list.iterator(); while (it.hasNext()) { String ele = it.next(); if (ele.equals("333")) list.remove(ele); } } }此时会产生如下异常:
package com.crazyit; import java.util.Iterator; import java.util.TreeSet; public class ArrayListRemove { public static void main(String[] args) { TreeSet<String> set = new TreeSet<String>(); set.add("111"); set.add("222"); set.add("333"); Iterator<String> it = set.iterator(); while (it.hasNext()) { String ele = it.next(); if (ele.equals("333")) set.remove(ele); } } }此时并不会产生异常,
再看下面的代码:
package com.crazyit; import java.util.Iterator; import java.util.TreeSet; public class ArrayListRemove { public static void main(String[] args) { TreeSet<String> set = new TreeSet<String>(); set.add("111"); set.add("222"); set.add("333"); Iterator<String> it = set.iterator(); while (it.hasNext()) { String ele = it.next(); if (ele.equals("222")) set.remove(ele); } } }此时产生如下异常:
总结:
(1)实际上,对于ArrayList、Vector、LinkedList等List集合而言,如果正在遍历倒数第2个集合元素,使用List集合的remove()方法删除集合的任意一个元素并不会发生异常,当正在遍历其他元素时删除其他元素就会发生相关异常。
(2)对于TreeSet、HashSet等Set集合而言,当使用Iterator遍历它们时,如果正在遍历最后一个集合元素时,使用Set集合的remove()方法删除结婚的元素并不会引发异常,但是如果在遍历其他集合元素时删除其他元素,就会引发相关异常。
因为对于List集合,如果在遍历最后第2个元素时执行删除操作,则List调用Iterator对应的hashNext()方法判断已经没有下一个元素了,则不会取next()了。
而对于Set集合,在遍历最后一个元素时,此时遍历操作已经完成,删除Set中元素不会产生任何影响。
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