Java集合框架主要接口及实现类详解

目录

Java集合框架主要接口

Java集合框架主要实现类：

1.ArrayList类

2.LinkedList类

3.Vector类

4.HashSet类

5.TreeMap类

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Java集合框架是Java编程语言提供的一组接口，用于处理对象集合。Java集合框架中包括了一系列的接口、实现类和算法，可以方便地操作和管理各种类型的集合数据。

Java集合框架主要包括以下接口：

1. Collection接口：是所有集合接口的根接口，提供了基本的集合操作，如添加、删除、遍历等操作。

2. List接口：是Collection接口的子接口，提供了有序的集合，可以通过索引访问集合中的元素。

3. Set接口：也是Collection接口的子接口，提供了无序的集合，集合中不允许有重复元素。

4. Map接口：是一个映射接口，提供了一种将键映射到值的方式，可以通过键来访问值。

框架体系图：

Java集合框架中的实现类主要有：

1.ArrayList类：实现了List接口，提供了可变长度的数组，可以通过索引访问集合中的元素。

基本使用示例：

List list = new ArrayList(10);  //创建一个ArrayList集合(接口),集合的初始容量为10;若未给集合设置容量,默认容量为10

list.add("张三");  //新增一个元素到集合的最后面
list.add(1,"李四");  //新增一个元素到集合的指定下标(1)

//将一个集合中的所有元素追加到另一个集合的后面
List list2 = new ArrayList();
list2.add("王五");
list2.add("赵六");
list2.add("小七");
list .addAll(list2);  //将list2(集合)中的所有元素追加到list(集合)中;也可多加一个下标,就是将list2(集合)的所有元素添加到list(集合)中的指定下标位置,例如：list.addAll(1,list2);
for (Object name: list   //循环遍历list集合中的所有元素
) {
    System.out.println(name);
}         

控制台：

特点如下：

• 大小可变：ArrayList类可以根据需要自动调整大小。
• 随机访问：ArrayList类支持随机访问，可以像数组一样使用索引来访问元素。
• 速度快：ArrayList类通常比Vector类更快，因为它是多线程，线程是不安全的。
• 可以包含任何类型的对象：ArrayList类可以容纳任何类型的对象，包括基本类型和引用类型。
• 查询效率高：因为有索引可以肆意查询任意元素，但在插入删除方面较慢，因为这两个操作一旦发生，后面所有元素的索引都随之改变，例如删除一个元素，那么此元素后面的所有元素都会自动往前顶一位；插入一个元素，那么此元素后的所有元素都会自动往后推一位

2.LinkedList类：同样实现了List接口，提供了基于链表的集合，可以高效地进行插入和删除操作。

基本使用示例：

LinkedList list = new LinkedList();  //创建一个LinkedList集合(接口)

list.add("a");  //将指定元素(a)追加到此列表(list)的末尾

list.add(1, "b");  //在此列表(list)中的指定下标位置(1)插入指定的元素(b)

LinkedList list2 = new LinkedList();  //创建另一个LinkedList集合
list2.add(123);  //初始一个数据
list.addAll(list2);  //将指定集合(list2)中的所有元素追加到此列表(list)的末尾

LinkedList list3 = new LinkedList();  //创建另一个LinkedList集合
list3.add(456);  //初始一个数据
list.addAll(1, list3);  //将指定集合(list3)中的所有元素插入到此列表(list)中,从指定的下标位置(1)开始

list.addFirst("c");  //新增一个元素到集合的第一个位置

list.addLast("d");  //新增一个元素到集合的最后一个位置

boolean isIn = list.contains("a");  //如果此列表(list)包含指定元素(a),则返回true,反之返回false
System.out.println(isIn);

for (Object info:list  //循环遍历list集合中的所有元素
             ) {
    System.out.println(info);
}

控制台：

特点如下：

• 链结点：LinkedList中每个元素都是一个链结点对象，每个链结点对象包括该元素的值和前后两个链结点的引用。
• 随机访问：由于LinkedList没有像数组一样的索引，因此不能像ArrayList那样进行随机访问。
• 插入和删除效率快：LinkedList在进行插入和删除操作时，只需要修改前后链结点的引用即可，因此这些操作比ArrayList快。
• 内存占用少：由于LinkedList的实现方式，每个元素只需要存储它的值和前后两个链结点的引用，因此内存占用比ArrayList少。

3.Vector类：是一个动态数组，它可以在运行时自动调整大小。它类似于数组，但它的大小是可变的，而不是固定的。

基本使用示例：

Vector vector = new Vector(10, 3);  //创建Vector集合容量为10,容量增量的空向量为3

vector.add("张三");  //新增一个指定元素到Vector的末尾
vector.add(1, "李四");  //新增一个指定元素到Vector的指定下标位置
vector.addElement(6);

System.out.print("第一个元素：" + vector.get(1));

System.out.println("返回克隆：" + vector.clone());  //返回此向量的克隆

Object[] ojb = new Object[5];
vector.copyInto(ojb);  //将集合中的所有元素复制到指定数组(ojb)中
for (Object info:ojb
     ) {
    System.out.println(info);
}

控制台：

特点如下：

• Vector是一个可以自动增长和缩小的动态数组，它能够存储任意数据类型的对象。

• Vector是单线程，所以线程是安全的，在多线程环境下，可以通过synchronized关键字来保证Vector中的操作是原子性的。

• Vector实现了List接口，因此它可以使用List中定义的方法，如：add()、remove()、get()等。

• Vector中的元素可以通过索引来访问和修改，索引的范围从0到size()-1。

• Vector中的元素可以重复，也可以为null值。

• Vector在添加或删除元素时，如果容量不足会自动增长容量，以保证元素能够全部存储。

• Vector还提供了一些其他的方法，如：capacity()、ensureCapacity()、setSize()等。

4.HashSet类：实现了Set接口，提供了无序的集合，不允许有重复元素。

基本使用示例：

Map list = new HashMap();  //创建一个Map集合(接口),键指定为Integer类型,值指定为String类型

//在集合中新增三个键值对
list.put(1, "张三");
list.put(2, "李四");
list.put(3, "王五");

//获取一个键的值
System.out.println(list.get(1));

Set set = list.keySet();  //获取所有的键并存储到集合(Set)中
for (Object info:set
     ) {
    System.out.println("键：" + info + "\t\t值：" + list.get(info));
}

控制台：

特点如下：

• HashSet实现了Set接口，因此它不能包含重复的元素；HashSet也是一个无序的集合，并不能保证元素的顺序。

• HashSet使用哈希表来存储元素，因此它可以快速地进行添加、删除、查找等操作。

• HashSet不是线程安全的，如果多个线程同时操作同一个HashSet实例，可能会导致意想不到的结果。

• HashSet可以包含null元素，但只能包含一个null元素。

5.TreeMap类：实现了Map接口，提供了一种基于红黑树的映射，可以通过键来访问值，键是有序的。

基本使用示例：

TreeMap map = new TreeMap<>(Comparator.reverseOrder());
map.put(3, "val");
map.put(2, "val");
map.put(1, "val");
map.put(5, "val");
map.put(4, "val");
System.out.println(map);

控制台：

 

特点如下：

• TreeMap是一个有序的集合，它根据键的自然顺序进行排序，或按照构造函数中提供的Comparator进行排序。

• TreeMap中不允许存储重复的键。如果试图添加已经存在的键，它将会覆盖之前的值。

• TreeMap实现了SortedMap接口，因此它可以使用SortedMap中定义的方法，如：firstKey()、lastKey()、subMap()等。

• TreeMap使用红黑树来存储元素，因此它可以快速地进行添加、删除、查找等操作，时间复杂度为O(log n)。

• TreeMap不是线程安全的，如果多个线程同时操作同一个TreeMap实例，可能会导致意想不到的结果。

• TreeMap可以包含null键，但不可以包含null值。

在Java集合框架中还包括了一些算法，如排序算法和查找算法。

Java集合框架提供了非常强大的功能，可以方便地进行各种集合操作，大大提高了Java程序的开发效率。