学堂在线—Java程序设计—课程笔记（第6章 对象群体的组织）

6.1 Java集合框架介绍

1. Java集合框架：
   对外的接口：表示集合的抽象数据类型；
   接口的实现：指实现集合接口的Java类，是可重用的数据结构；
   对集合运算的算法：是指执行运算的方法，例如在集合上进行查找和排序；
2. 集合框架接口：声明了对各种集合类执行的一般操作；
   Collection——Set——SortedSet
   ——List
   ——Queue
   Map——SortMap
3. Collection接口：实现了一批操作成组对象的方法，实现类AbstractCollection，常用方法：
   查询方法int size()，boolean isEmpty()，boolean contains(Object obj)，boolean containsAll(Collection c)；
   修改方法boolean add(Object obj)，boolean addAll(Collection c)，boolean remove(Object obj)，boolean removeAll(Collection c)，boolean retainAll(Collection c)，void clear()；

6.2 主要接口及常用的实现类

1. Set接口：对equals和hashCode操作有了更强的约定，两Set对象元素相同则相等；
   实现Set接口的类：哈希集合（HashSet），树集合（TreeSet），其他（AbstractSet，ConcurrentSkipListSet，CopyOnWriteArraySet，EnumSet，JobStateReasons，LinkedHashSet）；
2. SortedSet接口：一种特殊的Set，其中的元素是升序排列的，增加了次序相关操作，通常用于存放词汇表之类内容，实现类ConcurrentSkipListSet，TreeSet；
3. List接口：可包含重复元素，有序，每个元素有index值（从0开始）标名表中位置；
   实现类：Vector，ArrayList（一种类似数组的形式进行存储，随机访问速度极快），LinkedList（内部链表实现，适合于在链表中需要频繁插入和删除操作），栈Stack，其他（…List）；
4. Queue接口：FIFO（先进先出），除了Collection基本操作，还有插入、移除和查看；
   实现类：LinkedList（同时实现List），PriorityQueue（按元素值排序的队列），其他（…Queue）;
5. Map接口：用于维护键/值对（key/value pairs），
   不能有重复的关键字，每个关键字最多能够映射到一个值；
   声明时可以带有两个参数Map，其中K表示关键字类型，V表示值类型；
   实现类：HashMap，TreeMap，其他；
6. SortedMap接口：Map的子接口，一种特殊的Map，其中关键字升序排列，通常用于词典和电话目录等；
   声明时可以带有两个类型参数SortedMap；
   实现类：TreeMap，ConcurrentSkipListMap（基于跳表，支持并发）；

6.3 常用算法

1. 集合运算算法：大多数用于操作List对象，min和max可用于任意集合对象；
2. 排序算法sort：
   使List元素按某种次序关系升序排列；
   简单形式：将元素按照自然次序排列，或集合实现了Comparable接口；
   第二种形式需要一个附加的Comparator对象作为参数，用于规定比较规则，可用于实现反序或特殊次序排序；
   算法性能：快（时间复杂度nlog(n)），稳定；
3. 洗牌算法shuffle：
   以随机方式重排List元素，任何次序出现的几率都是相等的；
   实现偶然性游戏时很有用，如洗牌；
4. 常规数据处理算法：
   reverse：将一个List中的元素反向排列；
   fill：用指定的值覆写List中每一个元素，在重新初始化List时有用；
5. copy：接收目标List和源List两个参数，将源中的元素复制到目标进行覆写，目标List必须至少与源一样长，如更长则多余部分内容不受影响；
6. 查找算法binarySearch：
   使用二分法在一个有序List中查找指定元素；
   一种形式是假定List按照自然顺序升序排列，第二种形式需要增加Comparator对象表示比较规则，并假定List是按照这种规则排序的；
   必须能够对List中的元素进行随机访问（检查集合是否实现了RandomAccess接口，是：二分法查找；否：线性查找）；
7. 寻找最值：
   用于任何集合对象；
   min和max算法返回指定集合中最小值和最大值；
   简单形式按照元素自然顺序返回最值，另一种形式需要附加一个Comparator对象作为参数，并按其指定的比较规则返回最值；

6.4 数组实用方法，基于动态数组的类型（Vector, ArrayList）

1. Arrays类，java.util.Arrays，常用方法：
   fill(type[] a, type val)给数组填充，简单地把一个数组全部或某段数据填成一个特殊的值；
   equals(type[] a, type[] b)实现两个数组的比较，相等时返回true；
   sort(type[] a)对数组排序；
   binarySearch()对数组元素进行二分法查找；
   asList(T…a)实现数组到ArrayList的转换；
   toString（基本类型或object数组引用）实现数组到string的转换；
2. Vector, ArrayList：
   实现了Collection接口；
   能够存储相同类型（或具有相同的父类或接口）的对象；
   不能存储基本类型（primitive）的数据，要将基本类型数据包裹在包裹类中；
   其容量能够根据空间需要自动扩充；
   增加元素方法的效率较高，除非空间已满（这种情况需先扩容）；
3. Vector：集合框架中的遗留类，旧线程安全集合（不鼓励使用）；
   ArrayList方法是非同步的，效率较高；
   新版本JDK提供了线程安全集合Java.util.concurrent包，映像、有序集、队列；
   任何集合类通过使用同步包装器可以变成线程安全的：List synchArrayList = Collections.synchronisedList(new ArrayList()；
4. ArrayList构造方法：
   ArrayList()构造一个空表，默认容量为10；
   ArrayList(Collection c)用参数集合元素为初始值构造一个表；
   ArrayList(int initialCapacity)构造一个空表，容量为initialCapacity；
5. ArrayList其他方法（参考JavaAPI文档）；

6.5 遍历Collection

1. 遍历实现了Collection接口的集合：
   通过Enumeration及Iterator接口遍历集合；
   增强for循环遍历集合；
   通过聚集操作遍历集合；
2. 通过Enumeration及Iterator接口遍历：
   Enumeration/Iterator能够从集合类对象中提取每一个元素，并提供了用于遍历的方法；
   Java中许多方法（如elements()）都返回Enumeration类型对象，而不返回集合类对象；
   Enumeration接口不能用于ArrayList对象，Iterator接口既可用于ArrayList对象也可用于Vector对象；
3. Iterator接口：
   对Enumeration接口（旧版本）的改进，因此优先选用；
   具有从正在遍历的集合中去除对象的能力；
   具有实例方法：hasNext()是否还有元素，next()取得下一个元素，remove()去除一个元素（从集合中去除最后调用next()返回的元素，而不是从Iterator类中去除）；
4. 用增强for循环遍历for（Type a：集合对象）；
5. 通过聚集操作遍历：聚集操作与lambda表达式一起使用；

6.6 Map接口及其实现

1. Map接口：
   用于存储关键字（key）和值（value）的元素对，其中每个关键字映射到一个值；
   当需要通过关键字实现对值的快速存取时使用；
   抽象方法主要有查询方法、修改方法；
   主要实现类HashTable(1.0)，HashMap(1.2)；
2. Map接口的查询方法：int size()，boolean isEmpty()，boolean containsKey(Object key)，boolean containsValue(Object val)，Object get(Object key)，Collection()，Set keyset()，Set entrySet()；
3. Map接口的修改方法：
   Object put(Object key, Object val)将给定的关键字/值加入Map对象中（key必须唯一，否则会取代已有值）；
   void putAll(Map m)将给定参数Map中所有项加入到接收者Map对象中；
   Object remove(Object key)将关键字为给定参数的项从Map对象中删除；
   void clear()从Map对象中删除所有项；
4. 哈希表（HashTable，HashMap）：散列表，用来存储群体对象的集合类结构；
5. 哈希表存储对象的方式：对象的位置和对象的关键属性k之间有一个特定对应关系f（哈希Hash函数），它使每个对象与一个唯一的存储位置相对应，因而查找时根据关键属性k计算f(k)的值即可得到存储位置；
6. 哈希表概念：
   容量(capacity)，哈希表容量不固定，随对象加入可以自动扩充；
   关键字/键（key），每个存储对象需要有一个关键字key，key可以是对象本身，也可以是对象的一部分（如对象某一个属性）；
   哈希码（hash code），要将对象存储到HashTable，需要将其关键字key映射到一个整型数据，成为key的哈希码；
   哈希函数（hash function），返回对象的哈希码；
   项（item），哈希表中每一项都有两个域（关键字域key及值域value，即存储的对象），key和value都可以是任意的Object类型对象，但不能为空，HashTable所有关键字唯一；
   装填因子（load factor），表中填入的项数/表的容量；
7. 哈希表构造方法：
   HashMap()，默认容量16，默认装填因子0.75；
   HashMap(int initialCapacity)容量initialCapacity，默认装填因子0.75；
   HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)自定义容量和装填因子；
   HashMap(Map m)以参数m为初值构造新的HashMap。