集合

什么是集合(Collection)?集合就是“由若干个确定的元素所构成的整体”。例如,5只小兔构成的集合:

┌ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┐

│ (_(\ (_/) (_/) (_/) ((\ │
( -.-) (•.•) (>.<) (.) (='.')
│ C(")(") (")(") (")(") (")(") O(_")") │

└ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┘
一组类似的数据

在Java中,如果一个Java对象可以在内部持有若干其他Java对象,并对外提供访问接口,我们把这种Java对象称为集合。很显然,Java的数组可以看作是一种集合:

String[] ss = new String[10]; // 可以持有10个String对象
ss[0] = "Hello"; // 可以放入String对象
String first = ss[0]; // 可以获取String对象

既然Java提供了数组这种数据类型,可以充当集合,那么,我们为什么还需要其他集合类?这是因为数组有如下限制:

  • 数组初始化后大小不可变;
  • 数组只能按索引顺序存取。

因此,我们需要各种不同类型的集合类来处理不同的数据,例如:

  • 可变大小的顺序链表;
  • 保证无重复元素的集合;
    Collection
    Java标准库自带的java.util包提供了集合类:Collection,它是除Map外所有其他集合类的根接口。Java的java.util包主要提供了以下三种类型的集合:

List:一种有序列表的集合,例如,按索引排列的Student的List;
Set:一种保证没有重复元素的集合,例如,所有无重复名称的Student的Set;
Map:一种通过键值(key-value)查找的映射表集合,例如,根据Student的name查找对应Student的Map。
Java集合的设计有几个特点:一是实现了接口和实现类相分离,例如,有序表的接口是List,具体的实现类有ArrayList,LinkedList等,二是支持泛型,我们可以限制在一个集合中只能放入同一种数据类型的元素,例如:

List<String> list = new ArrayList<>(); // 只能放入String类型

最后,Java访问集合总是通过统一的方式——迭代器(Iterator)来实现,它最明显的好处在于无需知道集合内部元素是按什么方式存储的。
Java的集合类定义在java.util包中,支持泛型,主要提供了3种集合类,包括List,Set和Map。Java集合使用统一的Iterator遍历,尽量不要使用遗留接口。

List

在集合类中,List是最基础的一种集合:它是一种有序列表。
ArrayList把添加和删除的操作封装起来,让我们操作List类似于操作数组,却不用关心内部元素如何移动。

我们考察List<E>接口,可以看到几个主要的接口方法:

在末尾添加一个元素:boolean add(E e)
在指定索引添加一个元素:boolean add(int index, E e)
删除指定索引的元素:int remove(int index)
删除某个元素:int remove(Object e)
获取指定索引的元素:E get(int index)
获取链表大小(包含元素的个数):int size()

但是,实现List接口并非只能通过数组(即ArrayList的实现方式)来实现,另一种LinkedList通过“链表”也实现了List接口。在LinkedList中,它的内部每个元素都指向下一个元素:
┌───┬───┐ ┌───┬───┐ ┌───┬───┐ ┌───┬───┐
HEAD ──>│ A │ ●─┼──> │ B │ ●─┼──> │ C │ ●─┼──> │ D │ │
└───┴───┘ └───┴───┘ └───┴───┘ └───┴───┘
我们来比较一下ArrayList和LinkedList:

                          ArrayList LinkedList

获取指定元素 速度很快 需要从头开始查找元素
添加元素到末尾 速度很快 速度很快
在指定位置添加/删除 需要移动元素 不需要移动元素
内存占用 少 较大
通常情况下,我们总是优先使用ArrayList。
ArrayList类中

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, Serializable {

    public Iterator<E> iterator() {
        return new ArrayList.Itr();
    }
}
private class Itr implements Iterator<E> {
        int cursor;
        int lastRet = -1;
        int expectedModCount;

        Itr() {
            this.expectedModCount = ArrayList.this.modCount;
        }

        public boolean hasNext() {
            return this.cursor != ArrayList.this.size;
        }

        public E next() {... 具体实现}
}

所以我们要始终坚持使用迭代器Iterator来访问List。Iterator本身也是一个接口,但它是由List的实例调用iterator()方法的时候创建的。Iterator对象知道如何遍历一个List,并且不同的List类型,返回的Iterator对象实现也是不同的,但总是具有最高的访问效率。

实际上,只要实现了Iterable接口的集合类都可以直接用for each循环来遍历,Java编译器本身并不知道如何遍历集合对象,但它会自动把for each循环变成Iterator的调用,原因就在于Iterable接口定义了一个Iterator<E> iterator()方法,强迫集合类必须返回一个Iterator实例。

有序列表集合,有索引,类似数组
数组添加删除操作不方便
ArrayList把添加删除操作都封装起来,让我们操作List类似于操作数组,却不关心内容元素如何移动

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