Java 集合

在前面的小节中,我们学习了数组,本小节学习的集合同样用于存放一组数据,我们将学习什么是集合集合的应用场景 ,在应用场景部分我们将对比 Java 数组与集合的区别,还将系统介绍 Java 集合的架构,也将结合实例来讲解集合的实际应用。

1. 什么是集合

在计算机科学中,集合是一组可变数量的数据项(也可能为 0 个)的组合,这些数据可能共享某些特征,需要以某种操作方式一起进行操作。

Java 中集合主要分为 java.util.Collectionjava.util.Map 两大接口。

下图描绘了 Java 集合的框架:

Tips: 图表最下方的 ArrayListLinkedListHashSet 以及 HashMap 都是常用实现类,本小节将介绍具体使用。

1.1 Collection

java.util.Collection 接口的实现可用于存储 Java 对象。例如,慕课网的所有学生可以视为一个 Collection

Collection 又可以分为三个子接口,分别是:

  1. List:序列,必须按照顺序保存元素,因此它是有序的,允许重复;
  2. Queue:队列,按照排队规则来确定对象产生的顺序,有序,允许重复;
  3. Set:集,不能重复。

1.2 Map

java.util.Map 接口的实现可用于表示 “键”(key)和 “值”(value)对象之间的映射。一个映射表示一组 “键” 对象,其中每一个 “键” 对象都映射到一个 “值” 对象。因此可以通过键来查找值。例如,慕课网的每一个学生都有他自己的账户积分,这个关联关系可以用 Map 来表示。

2. 集合的应用场景

2.1 数组与集合

在介绍集合的应用场景之前,我们先来看看数组和集合的对比。

我们知道数组和集合都用于存放一组数据,但数组的容量是固定大小的,而集合的容量是动态可变的;对于可存放的数据类型,数组既可以存放基本数据类型又可以存放引用数据类型,而集合只能存放引用数据类型,基本数据类型需要转换为对应的包装类才能存放到集合当中。

2.2 集合应用场景

  • 无法预测存储数据的数量:由于数组容量是固定大小,因此使用集合存储动态数量的数据更为合适;
  • 同时存储具有一对一关系的数据:例如存储慕课网学生的积分,为了方便检索对应学生的积分,可使用 Map 将慕课网学生的 uid 和对应的积分进行一对一关联;
  • 数据去重:使用数组实现需要遍历,效率低,而 Set 集合本身就具有不能重复的特性;
  • 需要数据的增删:使用数组实现增删操作需要遍历、移动数组中元素,如果操作频繁会导致效率降低。

3. List 集合

3.1 概念和特性

List 是元素有序并且可以重复的集合,称之为序列。序列可以精确地控制每个元素的插入位置或删除某个位置的元素。通过前面的学习,我们知道 ListCollection 的一个子接口,它有两个主要实现类,分别为 ArrayList(动态数组)和 LinkedList(链表)。

3.2 ArrayList 实现类

ArrayList 可以理解为动态数组,它的容量可以动态增长。当添加元素时,如果发现容量已满,会自动扩容为原始大小的 1.5 倍。

3.2.1 构造方法

  • ArrayList():构造一个初始容量为 10 的空列表;
  • ArrayList(int initialCapacity):构造一个指定容量的空列表;
  • ArrayList(Collection<? extends E> c):构造一个包含指定集合元素的列表,其顺序由集合的迭代器返回。

在代码中,我们可以这样实例化 ArrayList 对象:

// 无参构造实例化,初始容量为10
List arrayList1 = new ArrayList();
// 实例化一个初始容量为20的空列表
List arrayList2 = new ArrayList(20);
// 实例化一个集合元素为 arrayList2 的列表(由于 arrayList2 为空列表,因此其实例化的对象也为空列表)
List arrayList3 = new ArrayList(arrayList2);

3.2.2 常用成员方法

  • void add(E e):将指定的元素追加到此列表的末尾;

  • void add(int index, E element):将指定的元素插入此列表中的指定位置;

  • E remove(int index):删除此列表中指定位置的元素;

  • boolean remove(Object o):如果存在指定元素,则从该列表中删除第一次出现的该元素;

  • void clear():从此列表中删除所有元素;

  • E set(int index, E element):用指定的元素替换此列表中指定位置的元素;

  • E get(int index):返回此列表中指定位置的元素;

  • boolean contains(Object o):如果此列表包含指定的元素,则返回 true,否则返回 false;

  • int size():返回该列表中元素的数量;

  • Object[] toArray():以正确的顺序(从第一个元素到最后一个元素)返回一个包含此列表中所有元素的数组。

更多成员方法请翻阅官方文档,下面我们将结合实例来介绍以上成员方法的使用。

3.3 实例

3.3.1 新增元素

请查看如下实例:

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ArrayListDemo1 {

    public static void main(String[] args) {
        // 实例化一个空列表
        List arrayList = new ArrayList();
        for (int i = 0; i < 5; i ++) {
            // 将元素 i 追加到列表的末尾
            arrayList.add(i);
            // 打印列表内容
            System.out.println(arrayList);
        }
    }
}

运行结果:

[0]
[0, 1]
[0, 1, 2]
[0, 1, 2, 3]
[0, 1, 2, 3, 4]

代码中,首先实例化了一个 ArrayList 对象,然后使用 for 循环语句循环 5 次,每次都向 arrayList 对象中追加变量 i,并打印列表内容,运行结果清晰的展示了每次新增元素的过程。

Tips:由于 ArrayList 的父类 AbstractCollection 重写了 toString() 方法,因此直接打印列表,可以直观地展示出列表中的元素。

3.3.2 泛型初识

Tips:泛型(Genericity)** 将在下一小节详细介绍,此处我们只简要介绍一下泛型以及其使用方法。如果你比较了解泛型,可直接跳过此知识点。

如果你使用 IDEA 编写如上代码,将会有下图所示的 3 处黄色警告:

既然 IDE 有了警告,我们就尝试来解决一下,将鼠标光标放置到警告处,会提示 “Unchecked call to ‘add (E)’ as a member of raw type ‘java.util.List’ ”,这是 IDE泛型检查,可点击 Try to generify 'ArrayListDemo1.java' 按钮:

此时会出现一个 Generify 的弹窗,直接点击 Refactor 按钮:

代码变成了下图所示的样子,那 3 处警告被成功消除了:

我们观察到代码第 8 行的 List 类型后面多了一对尖括号 “<>”,<> 里面是 Java 的包装类型 Integer,在 ArrayList 类型后面也多了一对尖括号,这里的 <> 中承载的就是 Java 的泛型的类型参数,它表示 arrayList 对象用于存放 Integer 类型的数据。这样的目的和好处这里不详细展开讨论,本小节我们只需知道这样做就可以消除 IDEA 的警告即可。

由于前面 List 已经指定了泛型的参数类型为 Integer,后面的 ArrayList 就不需要再重复指定了。当然你也可以这样写(但是没必要):

List<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();

同理,如果你想向 arrayList 存放 String 类型的元素,只需将 <Integer> 改为 <String>,我们再来看一个实例:

实例演示
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