java之Collection

最新推荐文章于 2024-04-27 17:30:34 发布

梧桐林.

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分类专栏： java 文章标签： java 开发语言后端

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主要内容

Collection集合
迭代器
增强for
List集合
Set集合

学习目标

能够说出集合与数组的区别
说出Collection集合的常用功能
能够使用迭代器对集合进行取元素
能够说出集合的使用细节
能够使用集合存储自定义类型
能够使用foreach循环遍历集合
能够说出List集合和Set集合的区别
能够说出List集合各种实现类的区别
能够说出Set集合各种实现类的区别
能够说出Collection和Map集合的区别
说出Map集合的常用功能
能够遍历Map集合
能够说出各种Map集合实现类的区别
能够简单阐述HashMap的底层实现
能够查询和使用集合工具类的相关方法
能够说出Set与Map的关系

集合Collection

13.2 集合框架

集合：集合是java中提供的一种容器，可以用来存储多个数据。

集合和数组既然都是容器，它们有啥区别呢？

数组的长度是固定的。集合的长度是可变的。
数组中存储的是同一类型的元素，可以存储基本数据类型值。集合存储的都是对象。而且对象的类型可以不一致。在开发中一般当对象多的时候，使用集合进行存储。

为了可以满足用户数据更多种的逻辑关系，而设计的一系列的不同于数组的可变的聚合的抽象数据类型。这些接口和类在java.util包中，因为类型很丰富，因此我们通常称为集合框架集。

集合主要分为两大系列：Collection和Map，Collection 表示一组对象，Map表示一组映射关系或键值对。

在这里插入图片描述

Collection 层次结构中的根接口。Collection 表示一组对象，这些对象也称为 collection 的元素。一些 collection 允许有重复的元素，而另一些则不允许。一些 collection 是有序的，而另一些则是无序的。JDK 不提供此接口的任何直接实现：它提供更具体的子接口（如 Set 和 List、Queue）实现。此接口通常用来传递 collection，并在需要最大普遍性的地方操作这些 collection。
- List：有序的 collection（也称为序列）。此接口的用户可以对列表中每个元素的插入位置进行精确地控制。用户可以根据元素的整数索引（在列表中的位置）访问元素，并搜索列表中的元素。
- Queue：队列通常（但并非一定）以 FIFO（先进先出）的方式排序各个元素。不过优先级队列和 LIFO 队列（或堆栈）例外，前者根据提供的比较器或元素的自然顺序对元素进行排序，后者按 LIFO（后进先出）的方式对元素进行排序。
- Set：一个不包含重复元素的 collection。更确切地讲，set 不包含满足 e1.equals(e2) 的元素对 e1 和 e2，并且最多包含一个 null 元素。正如其名称所暗示的，此接口模仿了数学上的 set 抽象。
- SortedSet进一步提供关于元素的总体排序的 Set。这些元素使用其自然顺序进行排序，或者根据通常在创建有序 set 时提供的 Comparator进行排序。该 set 的迭代器将按元素升序遍历 set。提供了一些附加的操作来利用这种排序。
Map：将键映射到值(key,value)的对象。一个映射不能包含重复的键；每个键最多只能映射到一个值。 Map 接口提供三种collection 视图，允许以键集、值集或键-值映射关系集的形式查看某个映射的内容。映射顺序定义为迭代器在映射的 collection 视图上返回其元素的顺序。某些映射实现可明确保证其顺序，如 TreeMap 类；另一些映射实现则不保证顺序，如 HashMap 类。
- SortedMap进一步提供关于键的总体排序的 Map。该映射是根据其键的自然顺序进行排序的，或者根据通常在创建有序映射时提供的 Comparator 进行排序。

在这里插入图片描述

13.3 Collection 常用功能

Collection是所有单列集合的父接口，因此在Collection中定义了单列集合(List和Set)通用的一些方法，这些方法可用于操作所有的单列集合。方法如下：

1、添加元素

（1）add(E obj)：添加元素对象到当前集合中

（2）addAll(Collection<? extends E> other)：添加other集合中的所有元素对象到当前集合中，即this = this ∪ other

2、删除元素

（1） boolean remove(Object obj) ：从当前集合中删除第一个找到的与obj对象equals返回true的元素。

（2）boolean removeAll(Collection<?> coll)：从当前集合中删除所有与coll集合中相同的元素。即this = this - this ∩ coll

3、判断元素

（1）boolean isEmpty()：判断当前集合是否为空集合。

（2）boolean contains(Object obj)：判断当前集合中是否存在一个与obj对象equals返回true的元素。

（3）boolean containsAll(Collection<?> c)：判断c集合中的元素是否在当前集合中都存在。即c集合是否是当前集合的“子集”。

4、查询

（1）int size()：获取当前集合中实际存储的元素个数

（2）Object[] toArray()：返回包含当前集合中所有元素的数组

5、交集

（1）boolean retainAll(Collection<?> coll)：当前集合仅保留与c集合中的元素相同的元素，即当前集合中仅保留两个集合的交集，即this = this ∩ coll；

方法演示：

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;

public class Demo1Collection {
    public static void main(String[] args) {
		// 创建集合对象 
    	// 使用多态形式
    	Collection<String> coll = new ArrayList<String>();
    	// 使用方法
    	// 添加功能  boolean  add(String s)
    	coll.add("小李广");
    	coll.add("扫地僧");
    	coll.add("石破天");
    	System.out.println(coll);

    	// boolean contains(E e) 判断o是否在集合中存在
    	System.out.println("判断  扫地僧 是否在集合中"+coll.contains("扫地僧"));

    	//boolean remove(E e) 删除在集合中的o元素
    	System.out.println("删除石破天："+coll.remove("石破天"));
    	System.out.println("操作之后集合中元素:"+coll);
    	
    	// size() 集合中有几个元素
		System.out.println("集合中有"+coll.size()+"个元素");

		// Object[] toArray()转换成一个Object数组
    	Object[] objects = coll.toArray();
    	// 遍历数组
    	for (int i = 0; i < objects.length; i++) {
			System.out.println(objects[i]);
		}

		// void  clear() 清空集合
		coll.clear();
		System.out.println("集合中内容为："+coll);
		// boolean  isEmpty()  判断是否为空
		System.out.println(coll.isEmpty());  	
	}
}

	@Test
	public void test2(){
		Collection coll = new ArrayList();
		coll.add(1);
		coll.add(2);
		
		System.out.println("coll集合元素的个数：" + coll.size());
		
		Collection other = new ArrayList();
		other.add(1);
		other.add(2);
		other.add(3);
		
		coll.addAll(other);
//		coll.add(other);
		System.out.println("coll集合元素的个数：" + coll.size());
	}

注意：coll.addAll(other);与coll.add(other);

	@Test
	public void test5(){
		Collection coll = new ArrayList();
		coll.add(1);
		coll.add(2);
		coll.add(3);
		coll.add(4);
		coll.add(5);
		System.out.println("coll集合元素的个数：" + coll.size());//5
		
		Collection other = new ArrayList();
		other.add(1);
		other.add(2);
		other.add(8);
		
		coll.retainAll(other);//保留交集
		System.out.println("coll集合元素的个数：" + coll.size());//2
	}

13.4 Iterator迭代器

13.4.1 Iterator接口

在程序开发中，经常需要遍历集合中的所有元素。针对这种需求，JDK专门提供了一个接口java.util.Iterator。Iterator接口也是Java集合中的一员，但它与Collection、Map接口有所不同，Collection接口与Map接口主要用于存储元素，而Iterator主要用于迭代访问（即遍历）Collection中的元素，因此Iterator对象也被称为迭代器。

想要遍历Collection集合，那么就要获取该集合迭代器完成迭代操作，下面介绍一下获取迭代器的方法：

public Iterator iterator(): 获取集合对应的迭代器，用来遍历集合中的元素的。

下面介绍一下迭代的概念：

迭代：即Collection集合元素的通用获取方式。在取元素之前先要判断集合中有没有元素，如果有，就把这个元素取出来，继续在判断，如果还有就再取出出来。一直把集合中的所有元素全部取出。这种取出方式专业术语称为迭代。

Iterator接口的常用方法如下：

public E next():返回迭代的下一个元素。
public boolean hasNext():如果仍有元素可以迭代，则返回 true。

接下来我们通过案例学习如何使用Iterator迭代集合中元素：

public class IteratorDemo {
  	public static void main(String[] args) {
        // 使用多态方式 创建对象
        Collection<String> coll = new ArrayList<String>();

        // 添加元素到集合
        coll.add("串串星人");
        coll.add("吐槽星人");
        coll.add("汪星人");
        //遍历
        //使用迭代器 遍历   每个集合对象都有自己的迭代器
        Iterator<String> it = coll.iterator();
        //  泛型指的是 迭代出 元素的数据类型
        while(it.hasNext()){ //判断是否有迭代元素
            String s = it.next();//获取迭代出的元素
            System.out.println(s);
        }
  	}
}

tips:：在进行集合元素取出时，如果集合中已经没有元素了，还继续使用迭代器的next方法，将会发生java.util.NoSuchElementException没有集合元素的错误。

13.4.2 迭代器的实现原理

我们在之前案例已经完成了Iterator遍历集合的整个过程。当遍历集合时，首先通过调用集合的iterator()方法获得迭代器对象，然后使用hashNext()方法判断集合中是否存在下一个元素，如果存在，则调用next()方法将元素取出，否则说明已到达了集合末尾，停止遍历元素。

Iterator迭代器对象在遍历集合时，内部采用指针的方式来跟踪集合中的元素，为了让初学者能更好地理解迭代器的工作原理，接下来通过一个图例来演示Iterator对象迭代元素的过程：
在这里插入图片描述

在调用Iterator的next方法之前，迭代器的索引位于第一个元素之前，不指向任何元素，当第一次调用迭代器的next方法后，迭代器的索引会向后移动一位，指向第一个元素并将该元素返回，当再次调用next方法时，迭代器的索引会指向第二个元素并将该元素返回，依此类推，直到hasNext方法返回false，表示到达了集合的末尾，终止对元素的遍历。

13.4.3 使用Iterator迭代器删除元素

java.util.Iterator迭代器中有一个方法：

void remove() ;

那么，既然Collection已经有remove(xx)方法了，为什么Iterator迭代器还要提供删除方法呢？

因为Collection的remove方法，无法根据条件删除。

例如：要删除以下集合元素中，名字是三个字的人名

	@Test
	public void test02(){
		Collection<String> coll = new ArrayList<>();
		coll.add("陈琦");
		coll.add("李晨");
		coll.add("邓超");
		coll.add("黄晓明");
		
		//删除名字有三个字的
//		coll.remove(o)//无法编写
		
		Iterator<String> iterator = coll.iterator();
		while(iterator.hasNext()){
			String element = iterator.next();
			if(element.length()==3){
//				coll.remove(element);//错误的
				iterator.remove();
			}
		}
		System.out.println(coll);
	}

注意：不要在使用Iterator迭代器进行迭代时，调用Collection的remove(xx)方法，否则会报异常java.util.ConcurrentModificationException，或出现不确定行为。

13.4.4 增强for

增强for循环(也称for each循环)是JDK1.5以后出来的一个高级for循环，专门用来遍历数组和集合的。

格式：

for(元素的数据类型  变量 : Collection集合or数组){ 
  	//写操作代码
}

它用于遍历Collection和数组。通常只进行遍历元素，不要在遍历的过程中对集合元素进行增删操作。

练习1：遍历数组

public class NBForDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
		int[] arr = {3,5,6,87};
       	//使用增强for遍历数组
		for(int a : arr){//a代表数组中的每个元素
			System.out.println(a);
		}
	}
}

练习2：遍历集合

public class NBFor {
    public static void main(String[] args) {        
    	Collection<String> coll = new ArrayList<String>();
    	coll.add("小河神");
    	coll.add("老河神");
    	coll.add("神婆");
    	//使用增强for遍历
    	for(String s :coll){//接收变量s代表 代表被遍历到的集合元素
    		System.out.println(s);
    	}
	}
}

tips: 新for循环必须有被遍历的目标。目标只能是Collection等或者是数组。新式for仅仅作为遍历操作出现。

13.4.5 java.lang.Iterable接口

java.lang.Iterable接口，实现这个接口允许对象成为 “foreach” 语句的目标。

Java 5时Collection接口继承了java.lang.Iterable接口，因此Collection系列的集合就可以直接使用foreach循环遍历。

java.lang.Iterable接口的抽象方法：

public Iterator iterator(): 获取对应的迭代器，用来遍历数组或集合中的元素的。

代码示例：

让昨天我们自定义的动态数组支持foreach遍历

自定义动态数组：

import java.util.Arrays;
import java.util.Iterator;
import java.util.NoSuchElementException;

public class MyArrayList<E> implements Iterable<E>{
	private Object[] all;
	private int total;
	
	public MyArrayList(){
		all = new Object[5];
	}

	public void add(E e) {
		ensureCapacityEnough();
		all[total++] = e;
	}

	private void ensureCapacityEnough() {
		if(total >= all.length){
			all = Arrays.copyOf(all, all.length*2);
		}
	}

	//...省略其他代码

	@Override
	public Iterator<E> iterator() {
		return new Itr();
	}
	
	private class Itr implements Iterator<E>{
		int cursor;

		@Override
		public boolean hasNext() {
			return cursor<=total;
		}

		@SuppressWarnings("unchecked")
		@Override
		public E next() {
			return (E) all[cursor++];
		}
		
	}
}

测试类：

public class TestForeach {
	public static void main(String[] args) {
		MyArrayList<String> my = new MyArrayList<String>();
		my.add("hello");
		my.add("java");
		my.add("world");
		my.add("atguigu");
		my.add("list");
		my.add("data");
		
		for (String string : my) {
			System.out.println(string);
		}
	}
}

同理，因为foreach本质上就是使用Iterator迭代器进行遍历的，所以也不要在foreach遍历的过程使用Collection的remove()方法。否则，要么报异常java.util.ConcurrentModificationException，要么行为不确定。

	@Test
	public void test07(){
		Collection<Student> coll = new ArrayList<>();
		coll.add(new Student("陈琦"));
		coll.add(new Student("李晨"));
		coll.add(new Student("邓超"));
		coll.add(new Student("黄晓明"));
		
		//调用ArrayList里面的Iterator iterator()
		for (Student student : coll) {
			if("黄晓明".equals(student.getName())){
				coll.remove(student);
			}
		}
		
		System.out.println(coll);
	}

13.4.6 Java中modCount的用法，快速失败（fail-fast）机制

当使用foreach或Iterator迭代器遍历集合时，同时调用迭代器自身以外的方法修改了集合的结构，例如调用集合的add和remove方法时，就会报ConcurrentModificationException。

@Test
	public void test01() {
		Collection<String> list = new ArrayList<>();
		list.add("hello");
		list.add("java");
		list.add("atguigu");
		list.add("world");
		
		Iterator<String> iterator = list.iterator();
		while(iterator.hasNext()){
			list.delete(iterator.next());
		}
	}

如果在Iterator、ListIterator迭代器创建后的任意时间从结构上修改了集合（通过迭代器自身的 remove 或 add 方法之外的任何其他方式），则迭代器将抛出 ConcurrentModificationException。因此，面对并发的修改，迭代器很快就完全失败，而不是冒着在将来不确定的时间任意发生不确定行为的风险。

这样设计是因为，迭代器代表集合中某个元素的位置，内部会存储某些能够代表该位置的信息。当集合发生改变时，该信息的含义可能会发生变化，这时操作迭代器就可能会造成不可预料的事情。因此，果断抛异常阻止，是最好的方法。这就是Iterator迭代器的快速失败（fail-fast）机制。

注意，迭代器的快速失败行为不能得到保证，一般来说，存在不同步的并发修改时，不可能作出任何坚决的保证。快速失败迭代器尽最大努力抛出 ConcurrentModificationException。因此，编写依赖于此异常的程序的方式是错误的，正确做法是：*迭代器的快速失败行为应该仅用于检测 bug。*例如：

	@Test
	public void test02() {
		ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
		list.add("hello");
		list.add("java");
		list.add("atguigu");
		list.add("world");
		
        //以下代码没有发生ConcurrentModificationException异常
		Iterator<String> iterator = list.iterator();
		while(iterator.hasNext()){
			String str = iterator.next();
			
			if("atguigu".endsWith(str)){
				list.remove(str);
			}
		}
	}

那么如何实现快速失败（fail-fast）机制的呢？

在ArrayList等集合类中都有一个modCount变量。它用来记录集合的结构被修改的次数。
当我们给集合添加和删除操作时，会导致modCount++。
然后当我们用Iterator迭代器遍历集合时，创建集合迭代器的对象时，用一个变量记录当前集合的modCount。例如：int expectedModCount = modCount;，并且在迭代器每次next()迭代元素时，都要检查 expectedModCount != modCount，如果不相等了，那么说明你调用了Iterator迭代器以外的Collection的add,remove等方法，修改了集合的结构，使得modCount++，值变了，就会抛出ConcurrentModificationException。

下面以AbstractList和ArrayList.Itr迭代器为例进行源码分析：

AbstractList类中声明了modCount变量：

    /**
     * The number of times this list has been <i>structurally modified</i>.
     * Structural modifications are those that change the size of the
     * list, or otherwise perturb it in such a fashion that iterations in
     * progress may yield incorrect results.
     *
     * <p>This field is used by the iterator and list iterator implementation
     * returned by the {@code iterator} and {@code listIterator} methods.
     * If the value of this field changes unexpectedly, the iterator (or list
     * iterator) will throw a {@code ConcurrentModificationException} in
     * response to the {@code next}, {@code remove}, {@code previous},
     * {@code set} or {@code add} operations.  This provides
     * <i>fail-fast</i> behavior, rather than non-deterministic behavior in
     * the face of concurrent modification during iteration.
     *
     * <p><b>Use of this field by subclasses is optional.</b> If a subclass
     * wishes to provide fail-fast iterators (and list iterators), then it
     * merely has to increment this field in its {@code add(int, E)} and
     * {@code remove(int)} methods (and any other methods that it overrides
     * that result in structural modifications to the list).  A single call to
     * {@code add(int, E)} or {@code remove(int)} must add no more than
     * one to this field, or the iterators (and list iterators) will throw
     * bogus {@code ConcurrentModificationExceptions}.  If an implementation
     * does not wish to provide fail-fast iterators, this field may be
     * ignored.
     */
    protected transient int modCount = 0;

modCount是这个list被结构性修改的次数。结构性修改是指：改变list的size大小，或者，以其他方式改变他导致正在进行迭代时出现错误的结果。

这个字段用于迭代器和列表迭代器的实现类中，由迭代器和列表迭代器方法返回。如果这个值被意外改变，这个迭代器将会抛出 ConcurrentModificationException的异常来响应：next,remove,previous,set,add 这些操作。在迭代过程中，他提供了fail-fast行为而不是不确定行为来处理并发修改。

子类使用这个字段是可选的，如果子类希望提供fail-fast迭代器，它仅仅需要在add(int, E),remove(int)方法（或者它重写的其他任何会结构性修改这个列表的方法）中添加这个字段。调用一次add(int,E)或者remove(int)方法时必须且仅仅给这个字段加1，否则迭代器会抛出伪装的ConcurrentModificationExceptions错误。如果一个实现类不希望提供fail-fast迭代器，则可以忽略这个字段。

Arraylist的Itr迭代器：

   private class Itr implements Iterator<E> {
        int cursor;      
        int lastRet = -1; 
        int expectedModCount = modCount;//在创建迭代器时，expectedModCount初始化为当前集合的modCount的值

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

        @SuppressWarnings("unchecked")
        public E next() {
            checkForComodification();//校验expectedModCount与modCount是否相等
            int i = cursor;
            if (i >= size)
                throw new NoSuchElementException();
            Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
            if (i >= elementData.length)
                throw new ConcurrentModificationException();
            cursor = i + 1;
            return (E) elementData[lastRet = i];
        }
       	final void checkForComodification() {
            if (modCount != expectedModCount)//校验expectedModCount与modCount是否相等
                throw new ConcurrentModificationException();//不相等，抛异常
        }
}

13.5 List集合

我们掌握了Collection接口的使用后，再来看看Collection接口中的子类，他们都具备那些特性呢？

13.5.1 List接口介绍

java.util.List接口继承自Collection接口，是单列集合的一个重要分支，习惯性地会将实现了List接口的对象称为List集合。

List接口特点：

List集合所有的元素是以一种线性方式进行存储的，例如，存元素的顺序是11、22、33。那么集合中，元素的存储就是按照11、22、33的顺序完成的）
它是一个元素存取有序的集合。即元素的存入顺序和取出顺序一致。
它是一个带有索引的集合，通过索引就可以精确的操作集合中的元素（与数组的索引是一个道理）。
集合中可以有重复的元素，通过元素的equals方法，来比较是否为重复的元素。

List集合类中元素有序、且可重复。这就像银行门口客服，给每一个来办理业务的客户分配序号：第一个来的是“张三”，客服给他分配的是0；第二个来的是“李四”，客服给他分配的1；以此类推，最后一个序号应该是“总人数-1”。

在这里插入图片描述

注意：

List集合关心元素是否有序，而不关心是否重复，请大家记住这个原则。例如“张三”可以领取两个号。

13.5.2 List接口中常用方法

List作为Collection集合的子接口，不但继承了Collection接口中的全部方法，而且还增加了一些根据元素索引来操作集合的特有方法，如下：

List除了从Collection集合继承的方法外，List 集合里添加了一些根据索引来操作集合元素的方法。

1、添加元素

void add(int index, E ele)
boolean addAll(int index, Collection<? extends E> eles)

2、获取元素

E get(int index)
List subList(int fromIndex, int toIndex)

3、获取元素索引

int indexOf(Object obj)
int lastIndexOf(Object obj)

4、删除和替换元素

E remove(int index)
E set(int index, E ele)

List集合特有的方法都是跟索引相关：

public class ListDemo {
    public static void main(String[] args) {
		// 创建List集合对象
    	List<String> list = new ArrayList<String>();
    	
    	// 往 尾部添加 指定元素
    	list.add("图图");
    	list.add("小美");
    	list.add("不高兴");
    	
    	System.out.println(list);
    	// add(int index,String s) 往指定位置添加
    	list.add(1,"没头脑");
    	
    	System.out.println(list);
    	// String remove(int index) 删除指定位置元素  返回被删除元素
    	// 删除索引位置为2的元素 
    	System.out.println("删除索引位置为2的元素");
    	System.out.println(list.remove(2));
    	
    	System.out.println(list);
    	
    	// String set(int index,String s)
    	// 在指定位置 进行 元素替代（改） 
    	// 修改指定位置元素
    	list.set(0, "三毛");
    	System.out.println(list);
    	
    	// String get(int index)  获取指定位置元素
    	
    	// 跟size() 方法一起用  来 遍历的 
    	for(int i = 0;i<list.size();i++){
    		System.out.println(list.get(i));
    	}
    	//还可以使用增强for
    	for (String string : list) {
			System.out.println(string);
		}  	
	}
}

在JavaSE中List名称的类型有两个，一个是java.util.List集合接口，一个是java.awt.List图形界面的组件，别导错包了。

13.5.3 List的实现类

ArrayList集合

java.util.ArrayList集合数据存储的结构是数组结构。元素增删慢，查找快，由于日常开发中使用最多的功能为查询数据、遍历数据，所以ArrayList是最常用的集合。

许多程序员开发时非常随意地使用ArrayList完成任何需求，并不严谨，这种用法是不提倡的。

Vector集合

ArrayList与Vector的区别？

它们的底层物理结构都是数组，我们称为动态数组。

ArrayList是新版的动态数组，线程不安全，效率高，Vector是旧版的动态数组，线程安全，效率低。
动态数组的扩容机制不同，ArrayList扩容为原来的1.5倍，Vector扩容增加为原来的2倍。
数组的初始化容量，如果在构建ArrayList与Vector的集合对象时，没有显式指定初始化容量，那么Vector的内部数组的初始容量默认为10，而ArrayList在JDK1.6及之前的版本也是10，而JDK1.7之后的版本ArrayList初始化为长度为0的空数组，之后在添加第一个元素时，再创建长度为10的数组。
Vector因为版本古老，支持Enumeration 迭代器。但是该迭代器不支持快速失败。而Iterator和ListIterator迭代器支持快速失败。如果在迭代器创建后的任意时间从结构上修改了向量（通过迭代器自身的 remove 或 add 方法之外的任何其他方式），则迭代器将抛出 ConcurrentModificationException。因此，面对并发的修改，迭代器很快就完全失败，而不是冒着在将来不确定的时间任意发生不确定行为的风险。

LinkedList集合

java.util.LinkedList集合数据存储的结构是链表结构。方便元素添加、删除的集合。

除了实现 List 接口外，LinkedList 类还为在列表的开头及结尾 get、remove 和 insert 元素提供了统一的命名方法。这些操作允许将链接列表用作堆栈、队列或双端队列。

LinkedList是一个双向链表，那么双向链表是什么样子的呢，我们用个图了解下

JDK1.6之后LinkedList实现了Deque接口。双端队列也可用作 LIFO（后进先出）堆栈。如果要使用堆栈结构的集合，可以考虑使用LinkedList，而不是Stack。

堆栈方法	等效Deque方法
push(e)	addFirst(e)
pop()	removeFirst()
peek()	peekFirst()

	public static void main(String[] args) {
		LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>();
		//入栈
		list.addFirst(1);
		list.addFirst(2);
		list.addFirst(3);
		
		//出栈： LIFO（后进先出）
		System.out.println(list.removeFirst());//3
		System.out.println(list.removeFirst());//2
		System.out.println(list.removeFirst());//1
		//栈空了，会报异常java.util.NoSuchElementException
		System.out.println(list.removeFirst());
	}

Stack与LinkedList都能作为栈结构，对外表现的功能效果是一样，但是它们的物理结构不同，Stack的物理结构是顺序结构的数组，而LinkedList的物理结构是链式结构的双向链表。我们推荐使用LinkedList。

用作队列时，将得到 FIFO（先进先出）行为。将元素添加到双端队列的末尾，从双端队列的开头移除元素。

Queue 方法	等效 Deque 方法
add(e)	addLast(e)
offer(e)	offerLast(e)
remove()	removeFirst()
poll()	pollFirst()
element()	getFirst()
peek()	peekFirst()

public static void main(String[] args) {
		LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>();
		//入队
		list.addLast(1);
		list.addLast(2);
		list.addLast(3);
		
		//出队， FIFO（先进先出）
		System.out.println(list.pollFirst());//1
		System.out.println(list.pollFirst());//2
		System.out.println(list.pollFirst());//3
		//队空了，返回null
		System.out.println(list.pollFirst());//null
	}

每种方法都存在两种形式：一种形式在操作失败时抛出异常，另一种形式返回一个特殊值（null 或 false，具体取决于操作）。

	第一个元素（头部）	第一个元素（头部）	最后一个元素（尾部）	最后一个元素（尾部）
	抛出异常	特殊值	抛出异常	特殊值
插入	addFirst(e)	offerFirst(e)	addLast(e)	offerLast(e)
移除	removeFirst()	pollFirst()	removeLast()	pollLast()
检查	getFirst()	peekFirst()	getLast()	peekLast()

13.5.4 ListIterator

List 集合额外提供了一个 listIterator() 方法，该方法返回一个 ListIterator 对象， ListIterator 接口继承了 Iterator 接口，提供了专门操作 List 的方法：

void add()：通过迭代器添加元素到对应集合
void set(Object obj)：通过迭代器替换正迭代的元素
void remove()：通过迭代器删除刚迭代的元素
boolean hasPrevious()：如果以逆向遍历列表，往前是否还有元素。
Object previous()：返回列表中的前一个元素。
int previousIndex()：返回列表中的前一个元素的索引
boolean hasNext()
Object next()
int nextIndex()

	public static void main(String[] args) {
		List<Student> c = new ArrayList<>();
		c.add(new Student(1,"张三"));
		c.add(new Student(2,"李四"));
		c.add(new Student(3,"王五"));
		c.add(new Student(4,"赵六"));
		c.add(new Student(5,"钱七"));
		
		//从指定位置往前遍历
		ListIterator<Student> listIterator = c.listIterator(c.size());
		while(listIterator.hasPrevious()){
			Student previous = listIterator.previous();
			System.out.println(previous);
		}
	}

13.5.5 源码分析

（1）Vector源码分析

    public Vector() {
        this(10);//指定初始容量initialCapacity为10
    }
	public Vector(int initialCapacity) {
        this(initialCapacity, 0);//指定capacityIncrement增量为0
    }
    public Vector(int initialCapacity, int capacityIncrement增量为0) {
        super();
        //判断了形参初始容量initialCapacity的合法性
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        //创建了一个Object[]类型的数组
        this.elementData = new Object[initialCapacity];//默认是10
        //增量，默认是0，如果是0，后面就按照2倍增加，如果不是0，后面就按照你指定的增量进行增量
        this.capacityIncrement = capacityIncrement;
    }

//synchronized意味着线程安全的   
	public synchronized boolean add(E e) {
        modCount++;
    	//看是否需要扩容
        ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
    	//把新的元素存入[elementCount]，存入后，elementCount元素的个数增1
        elementData[elementCount++] = e;
        return true;
    }

    private void ensureCapacityHelper(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        //看是否超过了当前数组的容量
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);//扩容
    }
    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;//获取目前数组的长度
        //如果capacityIncrement增量是0，新容量 = oldCapacity的2倍
        //如果capacityIncrement增量是不是0，新容量 = oldCapacity + capacityIncrement增量;
        int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ?
                                         capacityIncrement : oldCapacity);
        
        //如果按照上面计算的新容量还不够，就按照你指定的需要的最小容量来扩容minCapacity
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        
        //如果新容量超过了最大数组限制，那么单独处理
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        
        //把旧数组中的数据复制到新数组中，新数组的长度为newCapacity
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

    public boolean remove(Object o) {
        return removeElement(o);
    }
    public synchronized boolean removeElement(Object obj) {
        modCount++;
        //查找obj在当前Vector中的下标
        int i = indexOf(obj);
        //如果i>=0，说明存在，删除[i]位置的元素
        if (i >= 0) {
            removeElementAt(i);
            return true;
        }
        return false;
    }
    public int indexOf(Object o) {
        return indexOf(o, 0);
    }
    public synchronized int indexOf(Object o, int index) {
        if (o == null) {//要查找的元素是null值
            for (int i = index ; i < elementCount ; i++)
                if (elementData[i]==null)//如果是null值，用==null判断
                    return i;
        } else {//要查找的元素是非null值
            for (int i = index ; i < elementCount ; i++)
                if (o.equals(elementData[i]))//如果是非null值，用equals判断
                    return i;
        }
        return -1;
    }
    public synchronized void removeElementAt(int index) {
        modCount++;
        //判断下标的合法性
        if (index >= elementCount) {
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " +
                                                     elementCount);
        }
        else if (index < 0) {
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
        }
        
        //j是要移动的元素的个数
        int j = elementCount - index - 1;
        //如果需要移动元素，就调用System.arraycopy进行移动
        if (j > 0) {
            //把index+1位置以及后面的元素往前移动
            //index+1的位置的元素移动到index位置，依次类推
            //一共移动j个
            System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, j);
        }
        //元素的总个数减少
        elementCount--;
        //将elementData[elementCount]这个位置置空，用来添加新元素，位置的元素等着被GC回收
        elementData[elementCount] = null; /* to let gc do its work */
    }

（2）ArrayList源码分析

JDK1.6：

    public ArrayList() {
		this(10);//指定初始容量为10
    }
    public ArrayList(int initialCapacity) {
		super();
        //检查初始容量的合法性
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        //数组初始化为长度为initialCapacity的数组
		this.elementData = new Object[initialCapacity];
    }

JDK1.7

    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;//默认初始容量10
	private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
	public ArrayList() {
        super();
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;//数组初始化为一个空数组
    }
    public boolean add(E e) {
        //查看当前数组是否够多存一个元素
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }
    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) {//如果当前数组还是空数组
            //minCapacity按照 默认初始容量和minCapacity中的的最大值处理
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
		//看是否需要扩容处理
        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }
	//...

JDK1.8

private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;//初始化为空数组
    }
    public boolean add(E e) {
        //查看当前数组是否够多存一个元素
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        
        //存入新元素到[size]位置，然后size自增1
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }
    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        //如果当前数组还是空数组
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            //那么minCapacity取DEFAULT_CAPACITY与minCapacity的最大值
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
		//查看是否需要扩容
        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }
    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;//修改次数加1

        // 如果需要的最小容量  比  当前数组的长度  大，即当前数组不够存，就扩容
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;//当前数组容量
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);//新数组容量是旧数组容量的1.5倍
        //看旧数组的1.5倍是否够
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        //看旧数组的1.5倍是否超过最大数组限制
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        
        //复制一个新数组
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

    public boolean remove(Object o) {
        //先找到o在当前ArrayList的数组中的下标
        //分o是否为空两种情况讨论
        if (o == null) {
            for (int index = 0; index < size; index++)
                if (elementData[index] == null) {//null值用==比较
                    fastRemove(index);
                    return true;
                }
        } else {
            for (int index = 0; index < size; index++)
                if (o.equals(elementData[index])) {//非null值用equals比较
                    fastRemove(index);
                    return true;
                }
        }
        return false;
    }
    private void fastRemove(int index) {
        modCount++;//修改次数加1
        //需要移动的元素个数
        int numMoved = size - index - 1;
        
        //如果需要移动元素，就用System.arraycopy移动元素
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);
        
        //将elementData[size-1]位置置空，让GC回收空间，元素个数减少
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
    }

    public E remove(int index) {
        rangeCheck(index);//检验index是否合法

        modCount++;//修改次数加1
        
        //取出[index]位置的元素，[index]位置的元素就是要被删除的元素，用于最后返回被删除的元素
        E oldValue = elementData(index);
        
		//需要移动的元素个数
        int numMoved = size - index - 1;
        
        //如果需要移动元素，就用System.arraycopy移动元素
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);
        //将elementData[size-1]位置置空，让GC回收空间，元素个数减少
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

        return oldValue;
    }

    public E set(int index, E element) {
        rangeCheck(index);//检验index是否合法

        //取出[index]位置的元素，[index]位置的元素就是要被替换的元素，用于最后返回被替换的元素
        E oldValue = elementData(index);
        //用element替换[index]位置的元素
        elementData[index] = element;
        return oldValue;
    }
    public E get(int index) {
        rangeCheck(index);//检验index是否合法

        return elementData(index);//返回[index]位置的元素
    }

    public int indexOf(Object o) {
        //分为o是否为空两种情况
        if (o == null) {
            //从前往后找
            for (int i = 0; i < size; i++)
                if (elementData[i]==null)
                    return i;
        } else {
            for (int i = 0; i < size; i++)
                if (o.equals(elementData[i]))
                    return i;
        }
        return -1;
    }
    public int lastIndexOf(Object o) {
         //分为o是否为空两种情况
        if (o == null) {
            //从后往前找
            for (int i = size-1; i >= 0; i--)
                if (elementData[i]==null)
                    return i;
        } else {
            for (int i = size-1; i >= 0; i--)
                if (o.equals(elementData[i]))
                    return i;
        }
        return -1;
    }

（3）LinkedList源码分析

int size = 0;
Node<E> first;//记录第一个结点的位置
Node<E> last;//记录最后一个结点的位置

    private static class Node<E> {
        E item;//元素数据
        Node<E> next;//下一个结点
        Node<E> prev;//前一个结点

        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }

    public boolean add(E e) {
        linkLast(e);//默认把新元素链接到链表尾部
        return true;
    }
    void linkLast(E e) {
        final Node<E> l = last;//用l 记录原来的最后一个结点
        
        //创建新结点
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
        //现在的新结点是最后一个结点了
        last = newNode;
        
        //如果l==null，说明原来的链表是空的
        if (l == null)
            //那么新结点同时也是第一个结点
            first = newNode;
        else
            //否则把新结点链接到原来的最后一个结点的next中
            l.next = newNode;
        //元素个数增加
        size++;
        //修改次数增加
        modCount++;
    }

    public boolean remove(Object o) {
        //分o是否为空两种情况
        if (o == null) {
            //找到o对应的结点x
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (x.item == null) {
                    unlink(x);//删除x结点
                    return true;
                }
            }
        } else {
            //找到o对应的结点x
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (o.equals(x.item)) {
                    unlink(x);//删除x结点
                    return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }
    E unlink(Node<E> x) {//x是要被删除的结点
        // assert x != null;
        final E element = x.item;//被删除结点的数据
        final Node<E> next = x.next;//被删除结点的下一个结点
        final Node<E> prev = x.prev;//被删除结点的上一个结点

        //如果被删除结点的前面没有结点，说明被删除结点是第一个结点
        if (prev == null) {
            //那么被删除结点的下一个结点变为第一个结点
            first = next;
        } else {//被删除结点不是第一个结点
            //被删除结点的上一个结点的next指向被删除结点的下一个结点
            prev.next = next;
            //断开被删除结点与上一个结点的链接
            x.prev = null;//使得GC回收
        }

        //如果被删除结点的后面没有结点，说明被删除结点是最后一个结点
        if (next == null) {
            //那么被删除结点的上一个结点变为最后一个结点
            last = prev;
        } else {//被删除结点不是最后一个结点
            //被删除结点的下一个结点的prev执行被删除结点的上一个结点
            next.prev = prev;
            //断开被删除结点与下一个结点的连接
            x.next = null;//使得GC回收
        }
		//把被删除结点的数据也置空，使得GC回收
        x.item = null;
        //元素个数减少
        size--;
        //修改次数增加
        modCount++;
        //返回被删除结点的数据
        return element;
    }

13.6 Set集合

Set接口是Collection的子接口，set接口没有提供额外的方法。但是比Collection接口更加严格了。

Set 集合不允许包含相同的元素，如果试把两个相同的元素加入同一个 Set 集合中，则添加操作失败。

Set集合支持的遍历方式和Collection集合一样：foreach和Iterator。

Set的常用实现类有：HashSet、TreeSet、LinkedHashSet。

13.6.1 HashSet

HashSet 是 Set 接口的典型实现，大多数时候使用 Set 集合时都使用这个实现类。

java.util.HashSet底层的实现其实是一个java.util.HashMap支持，然后HashMap的底层物理实现是一个Hash表。（什么是哈希表，下一节在HashMap小节在细讲，这里先不展开）

HashSet 按 Hash 算法来存储集合中的元素，因此具有很好的存取和查找性能。HashSet 集合判断两个元素相等的标准：两个对象通过 hashCode() 方法比较相等，并且两个对象的 equals() 方法返回值也相等。因此，存储到HashSet的元素要重写hashCode和equals方法。

示例代码：定义一个Employee类，该类包含属性：name, birthday，其中 birthday 为 MyDate类的对象；MyDate为自定义类型，包含年、月、日属性。要求 name和birthday一样的视为同一个员工。

public class Employee {
	private String name;
	private MyDate birthday;
	public Employee(String name, MyDate birthday) {
		super();
		this.name = name;
		this.birthday = birthday;
	}
	public Employee() {
		super();
	}
	public String getName() {
		return name;
	}
	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}
	public MyDate getBirthday() {
		return birthday;
	}
	public void setBirthday(MyDate birthday) {
		this.birthday = birthday;
	}
	@Override
	public int hashCode() {
		final int prime = 31;
		int result = 1;
		result = prime * result + ((birthday == null) ? 0 : birthday.hashCode());
		result = prime * result + ((name == null) ? 0 : name.hashCode());
		return result;
	}
	@Override
	public boolean equals(Object obj) {
		if (this == obj)
			return true;
		if (obj == null)
			return false;
		if (getClass() != obj.getClass())
			return false;
		Employee other = (Employee) obj;
		if (birthday == null) {
			if (other.birthday != null)
				return false;
		} else if (!birthday.equals(other.birthday))
			return false;
		if (name == null) {
			if (other.name != null)
				return false;
		} else if (!name.equals(other.name))
			return false;
		return true;
	}
	@Override
	public String toString() {
		return "姓名：" + name + ", 生日：" + birthday;
	}
}

public class MyDate {
	private int year;
	private int month;
	private int day;
	public MyDate(int year, int month, int day) {
		super();
		this.year = year;
		this.month = month;
		this.day = day;
	}
	public MyDate() {
		super();
	}
	public int getYear() {
		return year;
	}
	public void setYear(int year) {
		this.year = year;
	}
	public int getMonth() {
		return month;
	}
	public void setMonth(int month) {
		this.month = month;
	}
	public int getDay() {
		return day;
	}
	public void setDay(int day) {
		this.day = day;
	}
	@Override
	public int hashCode() {
		final int prime = 31;
		int result = 1;
		result = prime * result + day;
		result = prime * result + month;
		result = prime * result + year;
		return result;
	}
	@Override
	public boolean equals(Object obj) {
		if (this == obj)
			return true;
		if (obj == null)
			return false;
		if (getClass() != obj.getClass())
			return false;
		MyDate other = (MyDate) obj;
		if (day != other.day)
			return false;
		if (month != other.month)
			return false;
		if (year != other.year)
			return false;
		return true;
	}
	@Override
	public String toString() {
		return year + "-" + month + "-" + day;
	}
}

import java.util.HashSet;

public class TestHashSet {
	@SuppressWarnings("all")
	public static void main(String[] args) {
		HashSet<Employee> set = new HashSet<>();
		set.add(new Employee("张三", new MyDate(1990,1,1)));
		//重复元素无法添加，因为MyDate和Employee重写了hashCode和equals方法
		set.add(new Employee("张三", new MyDate(1990,1,1)));
		set.add(new Employee("李四", new MyDate(1992,2,2)));
		
		for (Employee object : set) {
			System.out.println(object);
		}
	}
}

13.6.2 LinkedHashSet

LinkedHashSet是HashSet的子类，它在HashSet的基础上，在结点中增加两个属性before和after维护了结点的前后添加顺序。java.util.LinkedHashSet，它是链表和哈希表组合的一个数据存储结构。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<String> set = new LinkedHashSet<>();
set.add("张三");
set.add("李四");
set.add("王五");
set.add("张三");
		
System.out.println("元素个数：" + set.size());
for (String name : set) {
	System.out.println(name);
}

运行结果：
元素个数：3
张三
李四
王五

13.6.2 TreeSet

底层结构：里面维护了一个TreeMap，都是基于红黑树实现的！

特点：
1、不允许重复
2、实现排序
自然排序或定制排序

如何实现去重的？

如果使用的是自然排序，则通过调用实现的compareTo方法
如果使用的是定制排序，则通过调用比较器的compare方法

如何排序？

方式一：自然排序
让待添加的元素类型实现Comparable接口，并重写compareTo方法

方式二：定制排序
创建Set对象时，指定Comparator比较器接口，并实现compare方法

自然顺序

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。实现 Comparable 的类必须实现 compareTo(Object obj) 方法，两个对象即通过 compareTo(Object obj) 方法的返回值来比较大小。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) 方法比较返回值为0。

代码示例一：按照字符串Unicode编码值排序

@Test
	public void test1(){
		TreeSet<String> set = new TreeSet<>();
		set.add("zhangsan");  //String它实现了java.lang.Comparable接口
		set.add("lisi");
		set.add("wangwu");
		set.add("zhangsan");
				
		System.out.println("元素个数：" + set.size());
		for (String str : set) {
			System.out.println(str);
		}
	}

定制排序

如果放到TreeSet中的元素的自然排序（Comparable）规则不符合当前排序需求时，或者元素的类型没有实现Comparable接口。那么在创建TreeSet时，可以单独指定一个Comparator的对象。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。

代码示例：学生类型未实现Comparable接口，单独指定Comparator比较器，按照学生的学号排序

public class Student{
	private int id;
	private String name;
	public Student(int id, String name) {
		super();
		this.id = id;
		this.name = name;
	}
	public int getId() {
		return id;
	}
	public void setId(int id) {
		this.id = id;
	}
	//......这里省略了name属性的get/set
	@Override
	public String toString() {
		return "Student [id=" + id + ", name=" + name + "]";
	}
}

@Test
	public void test3(){
		TreeSet<Student> set = new TreeSet(new Comparator<Student>(){

			@Override
			public int compare(Student o1, Student o2) {
				return o1.getId() - o2.getId();
			}
			
		});
		set.add(new Student(3,"张三"));
		set.add(new Student(1,"李四"));
		set.add(new Student(2,"王五"));
		set.add(new Student(3,"张三风"));
		
		System.out.println("元素个数：" + set.size());
		for (Student stu : set) {
			System.out.println(stu);
		}
	}

13.7 Map集合

13.7.1 概述

现实生活中，我们常会看到这样的一种集合：IP地址与主机名，身份证号与个人，系统用户名与系统用户对象等，这种一一对应的关系，就叫做映射。Java提供了专门的集合类用来存放这种对象关系的对象，即java.util.Map<K,V>接口。

我们通过查看Map接口描述，发现Map<K,V>接口下的集合与Collection<E>接口下的集合，它们存储数据的形式不同。

Collection中的集合，元素是孤立存在的（理解为单身），向集合中存储元素采用一个个元素的方式存储。
Map中的集合，元素是成对存在的(理解为夫妻)。每个元素由键与值两部分组成，通过键可以找对所对应的值。
Collection中的集合称为单列集合，Map中的集合称为双列集合。
需要注意的是，Map中的集合不能包含重复的键，值可以重复；每个键只能对应一个值（这个值可以是单个值，也可以是个数组或集合值）。

在这里插入图片描述

13.7.2 Map常用方法

1、添加操作

V put(K key,V value)
void putAll(Map<? extends K,? extends V> m)

2、删除

void clear()
V remove(Object key)

3、元素查询的操作

V get(Object key)
boolean containsKey(Object key)
boolean containsValue(Object value)
boolean isEmpty()

4、元视图操作的方法：

Set keySet()
Collection values()
Set<Map.Entry<K,V>> entrySet()

5、其他方法

int size()

public class MapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建 map对象
        HashMap<String, String>  map = new HashMap<String, String>();

        //添加元素到集合
        map.put("黄晓明", "杨颖");
        map.put("文章", "马伊琍");
        map.put("邓超", "孙俪");
        System.out.println(map);

        //String remove(String key)
        System.out.println(map.remove("邓超"));
        System.out.println(map);

        // 想要查看 黄晓明的媳妇 是谁
        System.out.println(map.get("黄晓明"));
        System.out.println(map.get("邓超"));    
    }
}

tips:

使用put方法时，若指定的键(key)在集合中没有，则没有这个键对应的值，返回null，并把指定的键值添加到集合中；

若指定的键(key)在集合中存在，则返回值为集合中键对应的值（该值为替换前的值），并把指定键所对应的值，替换成指定的新值。

13.7.3 Map集合的遍历

Collection集合的遍历：（1）foreach（2）通过Iterator对象遍历

Map的遍历，不能支持foreach，因为Map接口没有继承java.lang.Iterable接口，也没有实现Iterator iterator()方法。只能用如下方式遍历：

（1）分开遍历：

单独遍历所有key
单独遍历所有value

（2）成对遍历：

遍历的是映射关系Map.Entry类型的对象，Map.Entry是Map接口的内部接口。每一种Map内部有自己的Map.Entry的实现类。在Map中存储数据，实际上是将Key---->value的数据存储在Map.Entry接口的实例中，再在Map集合中插入Map.Entry的实例化对象，如图示：

在这里插入图片描述

public class TestMap {
	public static void main(String[] args) {
		HashMap<String,String> map = new HashMap<>();
		map.put("许仙", "白娘子");
		map.put("董永", "七仙女");
		map.put("牛郎", "织女");
		map.put("许仙", "小青");
		
		System.out.println("所有的key:");
		Set<String> keySet = map.keySet();
		for (String key : keySet) {
			System.out.println(key);
		}
		
		System.out.println("所有的value：");
		Collection<String> values = map.values();
		for (String value : values) {
			System.out.println(value);
		}
		
		System.out.println("所有的映射关系");
		Set<Map.Entry<String,String>> entrySet = map.entrySet();
		for (Map.Entry<String,String> entry : entrySet) {
//			System.out.println(entry);
			System.out.println(entry.getKey()+"->"+entry.getValue());
		}
	}
}

13.7.4 Map的实现类们

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。

1、HashMap和Hashtable的区别与联系

HashMap和Hashtable都是哈希表。

HashMap和Hashtable判断两个 key 相等的标准是：两个 key 的hashCode 值相等，并且 equals() 方法也返回 true。因此，为了成功地在哈希表中存储和获取对象，用作键的对象必须实现 hashCode 方法和 equals 方法。

Hashtable是线程安全的，任何非 null 对象都可以用作键或值。

HashMap是线程不安全的，并允许使用 null 值和 null 键。

示例代码：添加员工姓名为key，薪资为value

	public static void main(String[] args) {
		HashMap<String,Double> map = new HashMap<>();
		map.put("张三", 10000.0);
		//key相同，新的value会覆盖原来的value
		//因为String重写了hashCode和equals方法
		map.put("张三", 12000.0);
		map.put("李四", 14000.0);
		//HashMap支持key和value为null值
		String name = null;
		Double salary = null;
		map.put(name, salary);
		
		Set<Entry<String, Double>> entrySet = map.entrySet();
		for (Entry<String, Double> entry : entrySet) {
			System.out.println(entry);
		}
	}

2、LinkedHashMap

LinkedHashMap 是 HashMap 的子类。此实现与 HashMap 的不同之处在于，后者维护着一个运行于所有条目的双重链接列表。此链接列表定义了迭代顺序，该迭代顺序通常就是将键插入到映射中的顺序（插入顺序）。

示例代码：添加员工姓名为key，薪资为value

	public static void main(String[] args) {
		LinkedHashMap<String,Double> map = new LinkedHashMap<>();
		map.put("张三", 10000.0);
		//key相同，新的value会覆盖原来的value
		//因为String重写了hashCode和equals方法
		map.put("张三", 12000.0);
		map.put("李四", 14000.0);
		//HashMap支持key和value为null值
		String name = null;
		Double salary = null;
		map.put(name, salary);
		
		Set<Entry<String, Double>> entrySet = map.entrySet();
		for (Entry<String, Double> entry : entrySet) {
			System.out.println(entry);
		}
	}

3、TreeMap

基于红黑树（Red-Black tree）的 NavigableMap 实现。该映射根据其键的自然顺序进行排序，或者根据创建映射时提供的 Comparator 进行排序，具体取决于使用的构造方法。

代码示例：添加员工姓名为key，薪资为value

package com.atguigu.map;

import java.util.Comparator;
import java.util.Map.Entry;
import java.util.Set;
import java.util.TreeMap;

import org.junit.Test;

public class TestTreeMap {
	@Test
	public void test1() {
		TreeMap<String,Integer> map = new TreeMap<>();
		map.put("Jack", 11000);
		map.put("Alice", 12000);
		map.put("zhangsan", 13000);
		map.put("baitao", 14000);
		map.put("Lucy", 15000);
		
		//String实现了Comparable接口，默认按照Unicode编码值排序
		Set<Entry<String, Integer>> entrySet = map.entrySet();
		for (Entry<String, Integer> entry : entrySet) {
			System.out.println(entry);
		}
	}
	@Test
	public void test2() {
		//指定定制比较器Comparator，按照Unicode编码值排序，但是忽略大小写
		TreeMap<String,Integer> map = new TreeMap<>(new Comparator<String>() {

			@Override
			public int compare(String o1, String o2) {
				return o1.compareToIgnoreCase(o2);
			}
		});
		map.put("Jack", 11000);
		map.put("Alice", 12000);
		map.put("zhangsan", 13000);
		map.put("baitao", 14000);
		map.put("Lucy", 15000);
		
		Set<Entry<String, Integer>> entrySet = map.entrySet();
		for (Entry<String, Integer> entry : entrySet) {
			System.out.println(entry);
		}
	}
}

4、Properties

Properties 类是 Hashtable 的子类，Properties 可保存在流中或从流中加载。属性列表中每个键及其对应值都是一个字符串。

存取数据时，建议使用setProperty(String key,String value)方法和getProperty(String key)方法。

代码示例：

	public static void main(String[] args) {
		Properties properties = System.getProperties();
		String p2 = properties.getProperty("file.encoding");//当前源文件字符编码
		System.out.println(p2);
	}

13.7.5 Set集合与Map集合的关系

Set的内部实现其实是一个Map。即HashSet的内部实现是一个HashMap，TreeSet的内部实现是一个TreeMap，LinkedHashSet的内部实现是一个LinkedHashMap。

部分源代码摘要：

HashSet源码：

    public HashSet() {
        map = new HashMap<>();
    }

    public HashSet(Collection<? extends E> c) {
        map = new HashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
        addAll(c);
    }

    public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
        map = new HashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
    }

    public HashSet(int initialCapacity) {
        map = new HashMap<>(initialCapacity);
    }

	//这个构造器是给子类LinkedHashSet调用的
    HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
        map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
    }

LinkedHashSet源码：

    public LinkedHashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
        super(initialCapacity, loadFactor, true);//调用HashSet的某个构造器
    }

    public LinkedHashSet(int initialCapacity) {
        super(initialCapacity, .75f, true);//调用HashSet的某个构造器
    }

    public LinkedHashSet() {
        super(16, .75f, true);
    }

    public LinkedHashSet(Collection<? extends E> c) {
        super(Math.max(2*c.size(), 11), .75f, true);//调用HashSet的某个构造器
        addAll(c);
    }

TreeSet源码：

    public TreeSet() {
        this(new TreeMap<E,Object>());
    }

    public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) {
        this(new TreeMap<>(comparator));
    }

    public TreeSet(Collection<? extends E> c) {
        this();
        addAll(c);
    }

    public TreeSet(SortedSet<E> s) {
        this(s.comparator());
        addAll(s);
    }

但是，咱们存到Set中只有一个元素，又是怎么变成(key,value)的呢？

以HashSet中的源码为例：

private static final Object PRESENT = new Object();
public boolean add(E e) {
    return map.put(e, PRESENT)==null;
}
public Iterator<E> iterator() {
    return map.keySet().iterator();
}

原来是，把添加到Set中的元素作为内部实现map的key，然后用一个常量对象PRESENT对象，作为value。

这是因为Set的元素不可重复和Map的key不可重复有相同特点。Map有一个方法keySet()可以返回所有key。

13.7.6 HashMap源码分析

存储到HashMap中的映射关系(key,value)，其中的key的hashCode值和equals方法非常重要。

1、hashCode值

hash算法是一种可以从任何数据中提取出其“指纹”的数据摘要算法，它将任意大小的数据映射到一个固定大小的序列上，这个序列被称为hash code、数据摘要或者指纹。比较出名的hash算法有MD5、SHA。hash是具有唯一性且不可逆的，唯一性是指相同的“对象”产生的hash code永远是一样的。

在这里插入图片描述

2、Hash表的物理结构

HashMap和Hashtable是散列表，其中维护了一个长度为2的幂次方的Entry类型的数组table，数组的每一个元素被称为一个桶(bucket)，你添加的映射关系(key,value)最终都被封装为一个Map.Entry类型的对象，放到了某个table[index]桶中。使用数组的目的是查询和添加的效率高，可以根据索引直接定位到某个table[index]。

（1）数组元素类型：Map.Entry

JDK1.7：

映射关系被封装为HashMap.Entry类型，而这个类型实现了Map.Entry接口。

观察HashMap.Entry类型是个结点类型，即table[index]下的映射关系可能串起来一个链表。因此我们把table[index]称为“桶bucket"。

public class HashMap<K,V>{
    transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE;
    static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
            final K key;
            V value;
            Entry<K,V> next;
            int hash;
            //...省略
    }
    //...
}

在这里插入图片描述

JDK1.8：

映射关系被封装为HashMap.Node类型或HashMap.TreeNode类型，它俩都直接或间接的实现了Map.Entry接口。

存储到table数组的可能是Node结点对象，也可能是TreeNode结点对象，它们也是Map.Entry接口的实现类。即table[index]下的映射关系可能串起来一个链表或一棵红黑树（自平衡的二叉树）。

public class HashMap<K,V>{
    transient Node<K,V>[] table;
    static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
            final int hash;
            final K key;
            V value;
            Node<K,V> next;
            //...省略
    }
    static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
        TreeNode<K,V> parent;  // red-black tree links
        TreeNode<K,V> left;
        TreeNode<K,V> right;
        TreeNode<K,V> prev;
        boolean red;//是红结点还是黑结点
        //...省略
    }
    //....
}

public class LinkedHashMap<K,V>{
	static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
        Entry<K,V> before, after;
        Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
            super(hash, key, value, next);
        }
    }
    //...
}

在这里插入图片描述

（2）数组的长度始终是2的n次幂

table数组的默认初始化长度：

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;

如果你手动指定的table长度不是2的n次幂，会通过如下方法给你纠正为2的n次幂

JDK1.7：

HashMap处理容量方法：

    private static int roundUpToPowerOf2(int number) {
        // assert number >= 0 : "number must be non-negative";
        return number >= MAXIMUM_CAPACITY
                ? MAXIMUM_CAPACITY
                : (number > 1) ? Integer.highestOneBit((number - 1) << 1) : 1;
    }

Integer包装类：

    public static int highestOneBit(int i) {
        // HD, Figure 3-1
        i |= (i >>  1);
        i |= (i >>  2);
        i |= (i >>  4);
        i |= (i >>  8);
        i |= (i >> 16);
        return i - (i >>> 1);
    }

JDK1.8：

    static final int tableSizeFor(int cap) {
        int n = cap - 1;
        n |= n >>> 1;
        n |= n >>> 2;
        n |= n >>> 4;
        n |= n >>> 8;
        n |= n >>> 16;
        return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
    }

如果数组不够了，扩容了怎么办？扩容了还是2的n次幂，因为每次数组扩容为原来的2倍

JDK1.7：

    void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
            resize(2 * table.length);//扩容为原来的2倍
            hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
            bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
        }
        createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
    }

JDK1.8：

    final Node<K,V>[] resize() {
        Node<K,V>[] oldTab = table;
        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;//oldCap原来的容量
        int oldThr = threshold;
        int newCap, newThr = 0;
        if (oldCap > 0) {
            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
                threshold = Integer.MAX_VALUE;
                return oldTab;
            }//newCap = oldCap << 1  新容量=旧容量扩容为原来的2倍
            else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                     oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
                newThr = oldThr << 1; // double threshold
        }
   		//......此处省略其他代码
		}

那么为什么要保持table数组一直是2的n次幂呢？

（3）那么HashMap是如何决定某个映射关系存在哪个桶的呢？

因为hash值是一个整数，而数组的长度也是一个整数，有两种思路：

①hash 值 % table.length会得到一个[0,table.length-1]范围的值，正好是下标范围，但是用%运算，不能保证均匀存放，可能会导致某些table[index]桶中的元素太多，而另一些太少，因此不合适。

②hash 值 & (table.length-1)，因为table.length是2的幂次方，因此table.length-1是一个二进制低位全是1的数，所以&操作完，也会得到一个[0,table.length-1]范围的值。

在这里插入图片描述

JDK1.7：

    static int indexFor(int h, int length) {
        // assert Integer.bitCount(length) == 1 : "length must be a non-zero power of 2";
        return h & (length-1); //此处h就是hash
    }

JDK1.8：

    final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)  // i = (n - 1) & hash
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        //....省略大量代码
}

（4）hash是hashCode的再运算

不管是JDK1.7还是JDK1.8中，都不是直接用key的hashCode值直接与table.length-1计算求下标的，而是先对key的hashCode值进行了一个运算，JDK1.7和JDK1.8关于hash()的实现代码不一样，但是不管怎么样都是为了提高hash code值与 (table.length-1)的按位与完的结果，尽量的均匀分布。

JDK1.7：

    final int hash(Object k) {
        int h = hashSeed;
        if (0 != h && k instanceof String) {
            return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);
        }

        h ^= k.hashCode();
        h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
        return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
    }

JDK1.8：

	static final int hash(Object key) {
        int h;
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }

虽然算法不同，但是思路都是将hashCode值的高位二进制与低位二进制值进行了异或，然高位二进制参与到index的计算中。

为什么要hashCode值的二进制的高位参与到index计算呢？

因为一个HashMap的table数组一般不会特别大，至少在不断扩容之前，那么table.length-1的大部分高位都是0，直接用hashCode和table.length-1进行&运算的话，就会导致总是只有最低的几位是有效的，那么就算你的hashCode()实现的再好也难以避免发生碰撞，这时让高位参与进来的意义就体现出来了。它对hashcode的低位添加了随机性并且混合了高位的部分特征，显著减少了碰撞冲突的发生。

（5）解决[index]冲突问题

虽然从设计hashCode()到上面HashMap的hash()函数，都尽量减少冲突，但是仍然存在两个不同的对象返回的hashCode值相同，或者hashCode值就算不同，通过hash()函数计算后，得到的index也会存在大量的相同，因此key分布完全均匀的情况是不存在的。那么发生碰撞冲突时怎么办？

JDK1.8之间使用：数组+链表的结构。

JDK1.8之后使用：数组+链表/红黑树的结构。

即hash相同或hash&(table.lengt-1)的值相同，那么就存入同一个“桶”table[index]中，使用链表或红黑树连接起来。

在这里插入图片描述

（6）为什么JDK1.8会出现红黑树和链表共存呢？

因为当冲突比较严重时，table[index]下面的链表就会很长，那么会导致查找效率大大降低，而如果此时选用二叉树可以大大提高查询效率。

但是二叉树的结构又过于复杂，如果结点个数比较少的时候，那么选择链表反而更简单。

所以会出现红黑树和链表共存。

（7）什么时候树化？什么时候反树化？

static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;//树化阈值
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;//反树化阈值
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;//最小树化容量

当某table[index]下的链表的结点个数达到8，并且table.length>=64，那么如果新Entry对象还添加到该table[index]中，那么就会将table[index]的链表进行树化。
当某table[index]下的红黑树结点个数少于6个，此时，
- 如果继续删除table[index]下树结点，一直删除到2个以下时就会变回链表。
- 如果继续添加映射关系到当前map中，如果添加导致了map的table重新resize，那么只要table[index]下的树结点仍然<=6个，那么会变回链表

class MyKey{
	int num;

	public MyKey(int num) {
		super();
		this.num = num;
	}

	@Override
	public int hashCode() {
		if(num<=20){
			return 1;
		}else{
			final int prime = 31;
			int result = 1;
			result = prime * result + num;
			return result;			
		}
	}

	@Override
	public boolean equals(Object obj) {
		if (this == obj)
			return true;
		if (obj == null)
			return false;
		if (getClass() != obj.getClass())
			return false;
		MyKey other = (MyKey) obj;
		if (num != other.num)
			return false;
		return true;
	}
	
}
public class TestHashMap {
	
	@Test
	public void test1(){
		//这里为了演示的效果，我们造一个特殊的类，这个类的hashCode（）方法返回固定值1
		//因为这样就可以造成冲突问题，使得它们都存到table[1]中
		HashMap<MyKey, String> map = new HashMap<>();
		for (int i = 1; i <= 11; i++) {
			map.put(new MyKey(i), "value"+i);//树化演示
		}
    }
   @Test
	public void test2(){
		HashMap<MyKey, String> map = new HashMap<>();
		for (int i = 1; i <= 11; i++) {
			map.put(new MyKey(i), "value"+i);
		}
        for (int i = 1; i <=11; i++) {
			map.remove(new MyKey(i));//反树化演示
		}
    }
    @Test
	public void test3(){
		HashMap<MyKey, String> map = new HashMap<>();
		for (int i = 1; i <= 11; i++) {
			map.put(new MyKey(i), "value"+i);
		}

		for (int i = 1; i <=5; i++) {
			map.remove(new MyKey(i));
		}//table[1]下剩余6个结点
		
		for (int i = 21; i <= 100; i++) {
			map.put(new MyKey(i), "value"+i);//添加到扩容时，反树化
		}
	}

3、JDK1.7的put方法源码分析

（1）几个关键的常量和变量值的作用：

初始化容量：

int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;//16

①默认负载因子

static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

②阈值：扩容的临界值

int threshold;

threshold = table.length * loadFactor;

③负载因子

final float loadFactor;

负载因子的值大小有什么关系？

如果太大，threshold就会很大，那么如果冲突比较严重的话，就会导致table[index]下面的结点个数很多，影响效率。

如果太小，threshold就会很小，那么数组扩容的频率就会提高，数组的使用率也会降低，那么会造成空间的浪费。

    public HashMap() {
    	//DEFAULT_INITIAL_CAPACITY：默认初始容量16
    	//DEFAULT_LOAD_FACTOR：默认加载因子0.75
        this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
    }
    public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
        //校验initialCapacity合法性
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
        //校验initialCapacity合法性                                       initialCapacity);
        if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
        //校验loadFactor合法性
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                                               loadFactor);
		//加载因子，初始化为0.75
        this.loadFactor = loadFactor;
        // threshold 初始为初始容量                                  
        threshold = initialCapacity;
        init();
    }

public V put(K key, V value) {
        //如果table数组是空的，那么先创建数组
        if (table == EMPTY_TABLE) {
            //threshold一开始是初始容量的值
            inflateTable(threshold);
        }
        //如果key是null，单独处理
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);
        
        //对key的hashCode进行干扰，算出一个hash值
        int hash = hash(key);
        
        //计算新的映射关系应该存到table[i]位置，
        //i = hash & table.length-1，可以保证i在[0,table.length-1]范围内
        int i = indexFor(hash, table.length);
        
        //检查table[i]下面有没有key与我新的映射关系的key重复，如果重复替换value
        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
            Object k;
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;
            }
        }

        modCount++;
        //添加新的映射关系
        addEntry(hash, key, value, i);
        return null;
    }
    private void inflateTable(int toSize) {
        // Find a power of 2 >= toSize
        int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize);//容量是等于toSize值的最接近的2的n次方
		//计算阈值 = 容量 * 加载因子
        threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
        //创建Entry[]数组，长度为capacity
        table = new Entry[capacity];
        initHashSeedAsNeeded(capacity);
    }
	//如果key是null，直接存入[0]的位置
    private V putForNullKey(V value) {
        //判断是否有重复的key，如果有重复的，就替换value
        for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
            if (e.key == null) {
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;
            }
        }
        modCount++;
        //把新的映射关系存入[0]的位置，而且key的hash值用0表示
        addEntry(0, null, value, 0);
        return null;
    }
    void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        //判断是否需要库容
        //扩容：（1）size达到阈值（2）table[i]正好非空
        if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
            //table扩容为原来的2倍，并且扩容后，会重新调整所有映射关系的存储位置
            resize(2 * table.length);
            //新的映射关系的hash和index也会重新计算
            hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
            bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
        }
		//存入table中
        createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
    }
    void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
        //原来table[i]下面的映射关系作为新的映射关系next
        table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
        size++;//个数增加
    }

1、put(key,value)

（1）当第一次添加映射关系时，数组初始化为一个长度为16的**HashMap $E n t r y * * 的数组，这个 H a s h M a p$ Entry类型是实现了java.util.Map.Entry接口

（2）特殊考虑：如果key为null，index直接是[0],hash也是0

（3）如果key不为null，在计算index之前，会对key的hashCode()值，做一个hash(key)再次哈希的运算，这样可以使得Entry对象更加散列的存储到table中

（4）计算index = table.length-1 & hash;

（5）如果table[index]下面，已经有映射关系的key与我要添加的新的映射关系的key相同了，会用新的value替换旧的value。

（6）如果没有相同的，会把新的映射关系添加到链表的头，原来table[index]下面的Entry对象连接到新的映射关系的next中。

（7）添加之前先判断if(size >= threshold && table[index]!=null)如果该条件为true，会扩容

if(size >= threshold  &&  table[index]!=null){

	①会扩容

	②会重新计算key的hash

	③会重新计算index

}

在这里插入图片描述

2、get(key)

（1）计算key的hash值，用这个方法hash(key)

（2）找index = table.length-1 & hash;

（3）如果table[index]不为空，那么就挨个比较哪个Entry的key与它相同，就返回它的value

3、remove(key)

（1）计算key的hash值，用这个方法hash(key)

（2）找index = table.length-1 & hash;

（3）如果table[index]不为空，那么就挨个比较哪个Entry的key与它相同，就删除它，把它前面的Entry的next的值修改为被删除Entry的next

4、JDK1.8的put方法源码分析

几个常量和变量：
（1）DEFAULT_INITIAL_CAPACITY：默认的初始容量 16
（2）MAXIMUM_CAPACITY：最大容量  1 << 30
（3）DEFAULT_LOAD_FACTOR：默认加载因子 0.75
（4）TREEIFY_THRESHOLD：默认树化阈值8，当链表的长度达到这个值后，要考虑树化
（5）UNTREEIFY_THRESHOLD：默认反树化阈值6，当树中的结点的个数达到这个阈值后，要考虑变为链表
（6）MIN_TREEIFY_CAPACITY：最小树化容量64
		当单个的链表的结点个数达到8，并且table的长度达到64，才会树化。
		当单个的链表的结点个数达到8，但是table的长度未达到64，会先扩容
（7）Node<K,V>[] table：数组
（8）size：记录有效映射关系的对数，也是Entry对象的个数
（9）int threshold：阈值，当size达到阈值时，考虑扩容
（10）double loadFactor：加载因子，影响扩容的频率

    public HashMap() {
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; 
        // all other fields defaulted，其他字段都是默认值
    }

    public V put(K key, V value) {
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }
	//目的：干扰hashCode值
    static final int hash(Object key) {
        int h;
		//如果key是null，hash是0
		//如果key非null，用key的hashCode值 与 key的hashCode值高16进行异或
		//		即就是用key的hashCode值高16位与低16位进行了异或的干扰运算
		
		/*
		index = hash & table.length-1
		如果用key的原始的hashCode值  与 table.length-1 进行按位与，那么基本上高16没机会用上。
		这样就会增加冲突的概率，为了降低冲突的概率，把高16位加入到hash信息中。
		*/
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }
    final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) {
        Node<K,V>[] tab; //数组
		Node<K,V> p; //一个结点
		int n, i;//n是数组的长度   i是下标
		
		//tab和table等价
		//如果table是空的
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0){
            n = (tab = resize()).length;
            /*
			tab = resize();
			n = tab.length;*/
			/*
			如果table是空的，resize()完成了①创建了一个长度为16的数组②threshold = 12
			n = 16
			*/
        }
		//i = (n - 1) & hash ，下标 = 数组长度-1 & hash
		//p = tab[i] 第1个结点
		//if(p==null) 条件满足的话说明 table[i]还没有元素
		if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null){
			//把新的映射关系直接放入table[i]
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
			//newNode（）方法就创建了一个Node类型的新结点，新结点的next是null
        }else {
            Node<K,V> e; 
			K k;
			//p是table[i]中第一个结点
			//if(table[i]的第一个结点与新的映射关系的key重复)
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))){
                e = p;//用e记录这个table[i]的第一个结点
			}else if (p instanceof TreeNode){//如果table[i]第一个结点是一个树结点
                //单独处理树结点
                //如果树结点中，有key重复的，就返回那个重复的结点用e接收，即e!=null
                //如果树结点中，没有key重复的，就把新结点放到树中，并且返回null，即e=null
				e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            }else {
				//table[i]的第一个结点不是树结点，也与新的映射关系的key不重复
				//binCount记录了table[i]下面的结点的个数
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
					//如果p的下一个结点是空的，说明当前的p是最后一个结点
                    if ((e = p.next) == null) {
						//把新的结点连接到table[i]的最后
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
						
						//如果binCount>=8-1，达到7个时
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1){ // -1 for 1st
                            //要么扩容，要么树化
							treeifyBin(tab, hash);
						}
                        break;
                    }
					//如果key重复了，就跳出for循环，此时e结点记录的就是那个key重复的结点
            if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))){
                        break;
					}
                    p = e;//下一次循环，e=p.next，就类似于e=e.next，往链表下移动
                }
            }
			//如果这个e不是null，说明有key重复，就考虑替换原来的value
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null){
                    e.value = value;
				}
                afterNodeAccess(e);//什么也没干
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
		
		//元素个数增加
		//size达到阈值
        if (++size > threshold){
            resize();//一旦扩容，重新调整所有映射关系的位置
		}
        afterNodeInsertion(evict);//什么也没干
        return null;
    }	
	
   final Node<K,V>[] resize() {
        Node<K,V>[] oldTab = table;//oldTab原来的table
		//oldCap：原来数组的长度
        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
		
		//oldThr：原来的阈值
        int oldThr = threshold;//最开始threshold是0
		
		//newCap，新容量
		//newThr：新阈值
        int newCap, newThr = 0;
        if (oldCap > 0) {//说明原来不是空数组
            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {//是否达到数组最大限制
                threshold = Integer.MAX_VALUE;
                return oldTab;
            }else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                     oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY){
				//newCap = 旧的容量*2 ，新容量<最大数组容量限制
				//新容量：32,64，...
				//oldCap >= 初始容量16
				//新阈值重新算 = 24，48 ....
                newThr = oldThr << 1; // double threshold
			}
        }else if (oldThr > 0){ // initial capacity was placed in threshold
            newCap = oldThr;
        }else {               // zero initial threshold signifies using defaults
            newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;//新容量是默认初始化容量16
			//新阈值= 默认的加载因子 * 默认的初始化容量 = 0.75*16 = 12
            newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
        }
        if (newThr == 0) {
            float ft = (float)newCap * loadFactor;
            newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                      (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
        }
        threshold = newThr;//阈值赋值为新阈值12，24.。。。
		
		//创建了一个新数组，长度为newCap，16，32,64.。。
        @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
            Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
        table = newTab;
		
		
        if (oldTab != null) {//原来不是空数组
			//把原来的table中映射关系，倒腾到新的table中
            for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
                Node<K,V> e;
                if ((e = oldTab[j]) != null) {//e是table下面的结点
                    oldTab[j] = null;//把旧的table[j]位置清空
                    if (e.next == null)//如果是最后一个结点
                        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;//重新计算e的在新table中的存储位置，然后放入
                    else if (e instanceof TreeNode)//如果e是树结点
						//把原来的树拆解，放到新的table
                        ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                    else { // preserve order
                        Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                        Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                        Node<K,V> next;
						/*
						把原来table[i]下面的整个链表，重新挪到了新的table中
						*/
                        do {
                            next = e.next;
                            if ((e.hash & oldCap) == 0) {
                                if (loTail == null)
                                    loHead = e;
                                else
                                    loTail.next = e;
                                loTail = e;
                            }
                            else {
                                if (hiTail == null)
                                    hiHead = e;
                                else
                                    hiTail.next = e;
                                hiTail = e;
                            }
                        } while ((e = next) != null);
                        if (loTail != null) {
                            loTail.next = null;
                            newTab[j] = loHead;
                        }
                        if (hiTail != null) {
                            hiTail.next = null;
                            newTab[j + oldCap] = hiHead;
                        }
                    }
                }
            }
        }
        return newTab;
    }	
	
    Node<K,V> newNode(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
		//创建一个新结点
	   return new Node<>(hash, key, value, next);
    }

    final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
        int n, index; 
		Node<K,V> e;
		//MIN_TREEIFY_CAPACITY：最小树化容量64
		//如果table是空的，或者  table的长度没有达到64
        if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
            resize();//先扩容
        else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
			//用e记录table[index]的结点的地址
            TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
			/*
			do...while，把table[index]链表的Node结点变为TreeNode类型的结点
			*/
            do {
                TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null);
                if (tl == null)
                    hd = p;//hd记录根结点
                else {
                    p.prev = tl;
                    tl.next = p;
                }
                tl = p;
            } while ((e = e.next) != null);
			
            //如果table[index]下面不是空
            if ((tab[index] = hd) != null)
                hd.treeify(tab);//将table[index]下面的链表进行树化
        }
    }

1、添加过程

（1）当第一次添加映射关系时，数组初始化为一个长度为16的**HashMap $N o d e * * 的数组，这个 H a s h M a p$ Node类型是实现了java.util.Map.Entry接口

（2）在计算index之前，会对key的hashCode()值，做一个hash(key)再次哈希的运算，这样可以使得Entry对象更加散列的存储到table中

JDK1.8关于hash(key)方法的实现比JDK1.7要简洁。 key.hashCode() ^ key.Code()>>>16;

（3）计算index = table.length-1 & hash;

（4）如果table[index]下面，已经有映射关系的key与我要添加的新的映射关系的key相同了，会用新的value替换旧的value。

（5）如果没有相同的，

①table[index]链表的长度没有达到8个，会把新的映射关系添加到链表的尾

②table[index]链表的长度达到8个，但是table.length没有达到64，会先对table进行扩容，然后再添加

③table[index]链表的长度达到8个，并且table.length达到64，会先把该分支进行树化，结点的类型变为TreeNode，然后把链表转为一棵红黑树

④table[index]本来就已经是红黑树了，那么直接连接到树中，可能还会考虑考虑左旋右旋以保证树的平衡问题

（6）添加完成后判断if(size > threshold ){

	①会扩容

	②会重新计算key的hash

	③会重新计算index

}

在这里插入图片描述

2、remove(key)

（1）计算key的hash值，用这个方法hash(key)

（2）找index = table.length-1 & hash;

（3）如果table[index]不为空，那么就挨个比较哪个Entry的key与它相同，就删除它，把它前面的Entry的next的值修改为被删除Entry的next

（4）如果table[index]下面原来是红黑树，结点删除后，个数小于等于6，会把红黑树变为链表

5、关于映射关系的key是否可以修改？

映射关系存储到HashMap中会存储key的hash值，这样就不用在每次查找时重新计算每一个Entry或Node（TreeNode）的hash值了，因此如果已经put到Map中的映射关系，再修改key的属性，而这个属性又参与hashcode值的计算，那么会导致匹配不上。

这个规则也同样适用于LinkedHashMap、HashSet、LinkedHashSet、Hashtable等所有散列存储结构的集合。

JDK1.7：

public class HashMap<K,V>{
    transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE;
    static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
            final K key;
            V value;
            Entry<K,V> next;
            int hash; //记录Entry映射关系的key的hash(key.hashCode())值
            //...省略
    }
    //...
}

JDK1.8：

public class HashMap<K,V>{
    transient Node<K,V>[] table;
    static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
            final int hash;//记录Node映射关系的key的hash(key.hashCode())值
            final K key;
            V value;
            Node<K,V> next;
            //...省略
    }
    //....
}

示例代码：

import java.util.HashMap;

public class TestHashMap {
	public static void main(String[] args) {
		HashMap<ID,String> map = new HashMap<>();
		ID i1 = new ID(1);
		ID i2 = new ID(2);
		ID i3 = new ID(3);
		
		map.put(i1, "haha");
		map.put(i2, "hehe");
		map.put(i3, "xixi");
		
		System.out.println(map.get(i1));//haha
		i1.setId(10);
		System.out.println(map.get(i1));//null
	}
}
class ID{
	private int id;

	public ID(int id) {
		super();
		this.id = id;
	}

	@Override
	public int hashCode() {
		final int prime = 31;
		int result = 1;
		result = prime * result + id;
		return result;
	}

	@Override
	public boolean equals(Object obj) {
		if (this == obj)
			return true;
		if (obj == null)
			return false;
		if (getClass() != obj.getClass())
			return false;
		ID other = (ID) obj;
		if (id != other.id)
			return false;
		return true;
	}

	public int getId() {
		return id;
	}

	public void setId(int id) {
		this.id = id;
	}
	
}

所以实际开发中，经常选用String，Integer等作为key，因为它们都是不可变对象。

13.8 集合框架

在这里插入图片描述

13.9 Collections工具类

参考操作数组的工具类：Arrays。

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：

public static <T extends Object & Comparable<? super T>> T max(Collection<? extends T> coll)在coll集合中找出最大的元素，集合中的对象必须是T或T的子类对象，而且支持自然排序
public static T max(Collection<? extends T> coll,Comparator<? super T> comp)在coll集合中找出最大的元素，集合中的对象必须是T或T的子类对象，按照比较器comp找出最大者
public static void reverse(List<?> list)反转指定列表List中元素的顺序。
public static void shuffle(List<?> list) List 集合元素进行随机排序，类似洗牌
public static <T extends Comparable<? super T>> void sort(List list)根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素按升序排序
public static void sort(List list,Comparator<? super T> c)根据指定的 Comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序
public static void swap(List<?> list,int i,int j)将指定 list 集合中的 i 处元素和 j 处元素进行交换
public static int frequency(Collection<?> c,Object o)返回指定集合中指定元素的出现次数
public static void copy(List<? super T> dest,List<? extends T> src)将src中的内容复制到dest中
public static boolean replaceAll(List list，T oldVal，T newVal)：使用新值替换 List 对象的所有旧值

梧桐林.

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java之Collection

主要内容Collection集合迭代器增强forList集合Set集合学习目标能够说出集合与数组的区别说出Collection集合的常用功能能够使用迭代器对集合进行取元素能够说出集合的使用细节能够使用集合存储自定义类型能够使用foreach循环遍历集合能够说出List集合和Set集合的区别能够说出List集合各种实现类的区别能够说出Set集合各种实现类的区别能够说出Collection和Map集合的区别说出Map集合的常用功能能够遍历Map集
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