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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.Collection和java.util.Map两大接口。

下图描绘了 Java 集合的框架：

Tips： 图表最下方的ArrayList、LinkedList、HashSet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List是Collection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的泛型检查，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：