开发知识整理----数组和集合框架（2011-06）

一、数组
    Java数组也是一种对象，必须通过new语句来创建。数组可以存放基本类型数据或引用类型的数据。同一个数组中只能存放相同类型的数据。用new语句创建一个数组后，数组中的每个元素都会被自动赋予与其数据类型相同的默认值。如int：0、boolean：false、String：null。创建数组时必须指明数组长度，一旦创建，其长度就不能再改变。

    冒泡排序算法复杂度：O(n^2)
    二叉查找算法复杂度：O(log2 n)  ----n的以2为底数的对数。

1.声明数组变量时不能指定数组长度：

int x[3];//编译出错
int x[] = new int[3];// 合法

2.创建多维数组时，必须按照从低到高的顺序创建每一维数组：

int [][][] b = int [2][][3];//非法
int [][][] b = int [2][3][];//合法

String[][] rooms = new String[3][];
rooms[0]=new String[]{"tom","mike","jack","null"};
rooms[1]=new String[]{"mary","yao","null"};
rooms[2]=new String[]{"null","zhen","null","null"};
//等价于
String[][] rooms = {{"tom","mike","jack","null"},
                    {"mary","yao","null"},
                    {"null","zhen","null","null"}};

二、Java集合

在创建java数组时，必须指明数组的长度，数组一旦创建，其长度就不能被改变。但是在许多场合，我们的一组数据长度不是固定的，为此，JDK类库提供了java集合类供我们使用。（java.util包下）。与java数组不同，java集合中不能存放基本数据类型的数据，而只能存放对象的引用。

(一)java集合主要分为3类：

◆Set(集)：集合中的对象不按特定方式排序，并且没有重复的对象。它的有些实现类能对集合中的对象按照特定方式排序。与数学中的集合概念很相近。

◆List(列表)：集合中的对象按照索引位置排序，可以有重复的对象，允许按照对象在集合中的索引位置检索对象。List与数组有些相似。

◆Map(映射)：集合中的每一个元素包含一对(键对象->值对象)，集合中没有重复键对象，可以有重复的值对象。它的有些实现类能对集合中的键对象进行排序。


(二)java主要集合类的类框图



(三)Collection和Itetator接口

Collection接口中申明了(Set和List)的通用方法：详见JDK文档
boolean add(Object o) 向集合中加入一个对象的引用；

boolean remove(Object o) 从集合中删除一个对象的引用；
Iterator iterator() 返回一个Iterator对象，可用来遍历集合中的元素；

Object[] toArray() 返回一个数组，该数组包含集合中的所有元素； 注：Set接口和List接口都继承自Collection接口，所以它们实现类的对象都拥有上述的方法。而Map接口没有继承Collection接口，所以它的实现类对象没有上述方法。

●重点方法讲解：
Iterator iterator() 和 Object[] toArray() 作用均为获得集合中的所有元素。前者返回一个Iterator对象，后者返回一个包含集合中所有元素的数组。
Iterator接口隐藏了底层集合的数据结构，向客户程序提供了遍历各种类型集合的统一接口，它拥有3个方法：
1. boolean hasNext()： 判断集合中的元素是否遍历完毕，如果没有，则返回 true。
2. E next()：返回下一个元素。
3. void remove()： 从迭代器指向的 collection 中移除迭代器返回的最后一个元素（可选操作）。

(四) Set(集)

Set接口主要实现类：HashSet 和 TreeSet。
HashSet ：按照哈希算法存取集合中的对象，存取速度比较快。有一个主要的子类LinkedHashSet，该子类还实现了链表的数据结构，链表的数据结构能提高插入和删除元素的性能。
TreeSet：实现了SortedSet接口，具有排序功能，支持自然排序和客户化排序。

★专题：object类hashCode() 和 equals()：

一个类重新实现了equals()，必须重写hashcode()；例如：HashSet类是按照哈希算法来存取集合中的对象，具有很好的存取和查找性能。当向集合中加入一个对象时，HashSet会调用对象的hashCode方法来获得哈希码，然后根据这个哈希码计算出对象在集合中的存放位置。

在Object类中定义了hashCode()和equals()方法，Object类的equals()方法按照内存地址比较对象是否相等，因此如果 object1.equals(object2)为true，则表明object1变量和object2变量实际上引用同一个对象，那么object1和 object2的哈希码也肯定相同。

当TreeSet向集合中加入一个对象时，会把它插入到有序的对象序列中，那么TreeSet是如何对对象进行排序的呢？TreeSet支持两种排序方式：自然排序和客户化排序，在默认情况下TreeSet采用自然排序方式。

1.自然排序

在JDK类库中，有一部分类实现了Comparable接口，如Integer，Double和String等。Comparable接口中有一个comparaTo(Object o)方法，它返回整数类型。对于表达式x.comparaTo(y),如果返回值=0，表示相等;>0,表示x>y;<0,表示x<y;

TreeSet调用对象的comparaTo()方法对象比较集合中对象的大小，然后进行升序排列，这种排序方式称为自然排序。

使用自然排序时，只能向TreeSet集合中加入同类型的对象，并且这些对象的类必须实现了Comparable接口。(否则都会抛出ClassCastException异常)示例2

Set<Integer> set=new TreeSet<Integer>();
set.add(new Integer(8));
set.add(new String("9")); //抛出ClassCastException异常；在String类comparaTo(Object o)方法中，首先对参数O进行类型转化:String s=(String)o;若果o实际引用的不是String类型的对象，就会抛出该异常；

2.客户化排序(常用)

java.util.Comparator<Type>接口提供具体的排序方式，<Type>指定被比较的对象的类型，Comparator有个compare(Type x,Type y)方法，用于比较两个对象的大小。当compare(x,y)的返回值>0时，表示x>y；<0时,x<y；=0时,x=y；

如果希望TreeSet按照Customer对象的name属性进行降序排列，可以先创建一个实现Comparator接口的类CustomerComparator，实现compare(Type x,Type y)方法.在构造TreeSet的实例时,调用了它的TreeSet(Comparator comparator)构造方法，如：

Set<Customer> set=new TreeSet<Customer>(new CustomerComparator);

当TreeSet向集合中加入Customer对象时，会调用CustomerComparator类的compare()方法进行排序。

(五) List(列表)

List接口主要实现类：ArrayList 和 LinkedList 以及 Vector(不提倡使用，被前面2个替代)。
ArrayList：代表长度可变的数组。允许对元素进行快速的随机访问，但是向ArrayList中插入与删除元素的速度较慢。
LinkedList：在实现中采用了链表数据结构。对顺序访问进行了优化，插入数据较快，随机访问相对较慢。随机访问是指检索位于特定索引位置的元素。
补充：List只能对集合中的对象按索引位置排序，如果希望对List中的对象按其他特定的方式排序，可以借助Comparator接口和 Collections类。Collections类是JAVA集合类库中的辅助类，它提供了操纵集合的各种静态方法，其中Sort()方法用于对 List中的对象进行排序。

◆Sort(List list)： 对List中的对象进行自然排序。

◆Sort(List list,Comparator comparator): 对List中的对象进行客户化排序，comparator参数指定了排序方式。

补充：java.util.Arrays类的asList()方法能够把一个Java数组包装为一个List对象，这个List对象代表固定长度的数组。所有对List对象的操纵都会被作用到底层的Java数组。

(六) Map(映射)

重要方法：
（a）Map.entrySet() 返回此映射中包含的映射关系的 Set 视图。Map的entrySet()方法返回一个Set集合，在这个集合中存放了Map.Entry类型的元素，每个Map.Entry对象代表Map中的一对键值。
（b）Map的keySet()方法返回集合中所有键对象的集合。

    Map接口主要实现类:HashMap, Hashtable(已经被HashMap替代) 和 TreeMap。
HashMap：也是按照哈希算法来存取键对象，所以和HashSet一样，要求当两个键对象通过equals()方法比较为true时，这两个键对象的hashCode()方法返回的哈希码也一样。
TreeMap：实现了SortedMap接口，具有排序功能，支持自然排序和客户化排序。如果希望TreeMap对键对象进行客户化排序，就调用它的另一个构造方法TreeMap(Comparator comparator),与TreeSet类似。

（七）HashSet和HashMap的负载因子

HashSet和HashMap都采用哈希算法来存取元素。哈希表中的每一个位置称为桶（bucket）。当发生哈希冲突时，在桶中以链表的形式存放多个元素。
负载因子（load factor）：元素个数/桶数量，负载因子为0时表示空的哈希表。0.5表示半满。轻负载的哈希表具有冲突少、适于插入、查找的优点（但是用Iterator遍历元素较慢）。
HashSet和HashMap允许用户指定负载因子，当哈希表当前负载超过指定负载时，表容量（即桶的数量）成倍增加，且重新分配原有元素的位置。

默认负载因子为0.75，这个默认值很好的权衡了空间和时间的成本。如果负载因子较高，虽然可以减少内存空间需求，但会增加查找数据的时间开销，而查找是最频繁的操作，HashMap的get()和put()都涉及到查询操作，因此负载因子不宜过高。

（八）集合的编译时类型检查（JDK1.5引入泛型）
JDK1.5中引入泛型概览，它有助于把ClassCaseException运行时异常转为编译时类型不匹配错误。

Set<String> set; //指定set中只能存String对象
Set<? extends Object> set;//指定泛型上限，表示接收Object类型及其子类型
Set<? super String> set;//指定泛型下限，表示接收String类型及其父类型

（九）Collections辅助类
对于Java集合，JDK提供一个实用类java.util.Collections，它一部分方法专门用于操作List类型集合，一部分方法专门用于操作所有Collections类型或Map类型集合。

在JDK1.2以后版本的Java集合框架中，Set、List和Map的实现类（如HashSet、ArrayList、HashMap等）都没有采取同步机制。单线程中可以提高操作集合效率，JVM不必因为管理同步锁而产生额外开销，但多线程可能引起并发冲突。解决方法：
（a）在程序中可能导致并发问题的代码块进行同步；
（b）利用Collections的synchronizedXXX()方法获得原始集合的同步版本。

Collection synchronizedCollections = Collections.synchronizedCollection(originalCollection);

（c）如果集合只包含单个元素并不允许被修改，可用Collections的singleXXX()方法来构造这样的集合，这可以避免集合被线程错误的修改。
（d）如果集合的元素不允许被修改，可用Collections的unmodifiableXXX()方法来生成原始的集合视图，让线程只访问集合的视图，这也可避免集合被线程错误修改，而且由于不采用同步措施，可以提高并发性能。

（十）小结

（a）HashSet和HashMap具有较好的性能，是Set和Map首选实现类，只有在需要排序的场合，才考虑用TreeSet和TreeMap。
（b）LinkedList和ArrayList各有优劣，如果经常对集合进行插入和删除操作，可选用LinkedList，如果经常随机访问元素，那么可以用ArrayList。
（c）Java数组随机访问和迭代操作性能最好、LinkedList的插入和删除操作性能最好、ArrayList的随机访问操作性能也较高、Vector各方面性能都不突出，属于历史集合类，不提倡使用。