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JAVA 数据结构

Java 集合类型基础

早在 Java 2 中之前，Java 就提供了特设类。比如：Dictionary, Vector, Stack, 和 Properties 这些类用来存储和操作对象组。譬如在 Java 中的数据结构主要包括以下几种接口和类：

  • 枚举（Enumeration）：枚举（Enumeration）接口虽然它本身不属于数据结构,但它在其他数据结构的范畴里应用很广。枚举（The Enumeration）接口定义了一种从数据结构中取回连续元素的方式。例如，枚举定义了一个叫 nextElement 的方法，该方法用来得到一个包含多元素的数据结构的下一个元素。
  • 位集合（BitSet）：位集合类实现了一组可以单独设置和清除的位或标志。该类在处理一组布尔值的时候非常有用，你只需要给每个值赋值一"位"，然后对位进行适当的设置或清除，就可以对布尔值进行操作了。
  • 向量（Vector）：向量（Vector）类和传统数组非常相似，但是 Vector 的大小能根据需要动态的变化。和数组一样，Vector 对象的元素也能通过索引访问。使用 Vector 类最主要的好处就是在创建对象的时候不必给对象指定大小，它的大小会根据需要动态的变化。
  • 栈（Stack）：栈（Stack）实现了一个后进先出（LIFO）的数据结构。你可以把栈理解为对象的垂直分布的栈，当你添加一个新元素时，就将新元素放在其他元素的顶部。当你从栈中取元素的时候，就从栈顶取一个元素。换句话说，最后进栈的元素最先被取出。
  • 字典（Dictionary）：字典（Dictionary）类是一个抽象类，它定义了键映射到值的数据结构。当你想要通过特定的键而不是整数索引来访问数据的时候，这时候应该使用 Dictionary。由于 Dictionary 类是抽象类，所以它只提供了键映射到值的数据结构，而没有提供特定的实现。
  • 哈希表（Hashtable）：Hashtable 类提供了一种在用户定义键结构的基础上来组织数据的手段。例如，在地址列表的哈希表中，你可以根据邮政编码作为键来存储和排序数据，而不是通过人名。哈希表键的具体含义完全取决于哈希表的使用情景和它包含的数据。
  • 属性（Properties）：Properties 继承于 Hashtable.Properties 类表示了一个持久的属性集.属性列表中每个键及其对应值都是一个字符串。Properties 类被许多 Java 类使用。例如，在获取环境变量时它就作为 System.getProperties()方法的返回值。

虽然这些类都非常有用，但是它们缺少一个核心的，统一的主题。由于这个原因，使用 Vector 类的方式和使用 Properties 类的方式有着很大不同。

集合框架

集合框架是一个用来代表和操纵集合的统一架构。所有的集合框架都包含如下内容：

  • 接口 ：是代表集合的抽象数据类型。例如 Collection、List、Set、Map 等。之所以定义多个接口，是为了以不同的方式操作集合对象
  • 实现（类） ：是集合接口的具体实现。从本质上讲，它们是可重复使用的数据结构，例如：ArrayList、LinkedList、HashSet、HashMap。
  • 算法 ：是实现集合接口的对象里的方法执行的一些有用的计算，例如：搜索和排序。这些算法被称为多态，那是因为相同的方法可以在相似的接口上有着不同的实现。

集合框架被设计成要满足以下几个目标。

  • 该框架必须是高性能的。基本集合（动态数组，链表，树，哈希表）的实现也必须是高效的。
  • 该框架允许不同类型的集合，以类似的方式工作，具有高度的互操作性。
  • 对一个集合的扩展和适应必须是简单的。

为此，整个集合框架就围绕一组标准接口而设计。你可以直接使用这些接口的标准实现，诸如：LinkedList，HashSet，和 TreeSet 等，除此之外你也可以通过这些接口实现自己的集合。

Java 集合框架图

从上面的集合框架图可以看到，Java 集合框架主要包括两种类型的容器，一种是集合（Collection），存储一个元素集合，另一种是映射（Map），存储键/值对映射。Collection 接口又有 3 种子类型，List、Set 和 Queue，再下面是一些抽象类，最后是具体实现类，常用的有 ArrayList、LinkedList、HashSet、LinkedHashSet、HashMap、LinkedHashMap 等等。

  • Collection 接口：Collection 是最基本的集合接口，一个 Collection 代表一组 Object，即 Collection 的元素, Java 不提供直接继承自 Collection 的类，只提供继承于的子接口(如 List 和 Set)。Collection 接口存储一组不唯一，无序的对象。
  • List 接口：List 接口是一个有序的 Collection，使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置，能够通过索引(元素在 List 中位置，类似于数组的下标)来访问 List 中的元素，第一个元素的索引为 0，而且允许有相同的元素。List 接口存储一组不唯一，有序（插入顺序）的对象。
  • Set：Set 具有与 Collection 完全一样的接口，只是行为上不同，Set 不保存重复的元素。Set 接口存储一组唯一，无序的对象。
  • SortedSet：继承于 Set 保存有序的集合。
  • Map：Map 接口存储一组键值对象，提供 key（键）到 value（值）的映射。
  • Map.Entry：描述在一个 Map 中的一个元素（键/值对）。是一个 Map 的内部类。
  • SortedMap：继承于 Map，使 Key 保持在升序排列。
  • Enumeration：这是一个传统的接口和定义的方法，通过它可以枚举（一次获得一个）对象集合中的元素。这个传统接口已被迭代器取代。

其中，实线边框的是实现类，比如 ArrayList，LinkedList，HashMap 等，折线边框的是抽象类，比如 AbstractCollection，AbstractList，AbstractMap 等，而点线边框的是接口，比如 Collection，Iterator，List 等。发现一个特点，上述所有的集合类，都实现了 Iterator 接口，这是一个用于遍历集合中元素的接口，主要包含 hashNext(),next(),remove() 三种方法。它的一个子接口 LinkedIterator 在它的基础上又添加了三种方法，分别是 add(),previous(),hasPrevious()。也就是说如果是先 Iterator 接口，那么在遍历集合中元素的时候，只能往后遍历，被遍历后的元素不会在遍历到，通常无序集合实现的都是这个接口，比如 HashSet，HashMap；而那些元素有序的集合，实现的一般都是 LinkedIterator 接口，实现这个接口的集合可以双向遍历，既可以通过 next()访问下一个元素，又可以通过 previous()访问前一个元素，比如 ArrayList。

迭代器

通常情况下，你会希望遍历一个集合中的元素。例如，显示集合中的每个元素。一般遍历数组都是采用 for 循环或者增强 for，这两个方法也可以用在集合框架，但是还有一种方法是采用迭代器遍历集合框架，它是一个对象，实现了 Iterator 接口或 ListIterator 接口。

迭代器，使你能够通过循环来得到或删除集合的元素。ListIterator 继承了 Iterator，以允许双向遍历列表和修改元素。

遍历 ArrayList

import java.util.*;
public class Test{
 public static void main(String[] args) {
     List<String> list=new ArrayList<String>();
     list.add("Hello");
     list.add("World");
     list.add("HAHAHAHA");
     //第一种遍历方法使用 For-Each 遍历 List
     for (String str : list) {            //也可以改写 for(int i=0;i<list.size();i++) 这种形式
        System.out.println(str);
     }
     //第二种遍历，把链表变为数组相关的内容进行遍历
     String[] strArray=new String[list.size()];
     list.toArray(strArray);
     for(int i=0;i<strArray.length;i++) //这里也可以改写为  for(String str:strArray) 这种形式
     {
        System.out.println(strArray[i]);
     }
    //第三种遍历 使用迭代器进行相关遍历
     Iterator<String> ite=list.iterator();
     while(ite.hasNext())//判断下一个元素之后有值
     {
         System.out.println(ite.next());
     }
 }
}

三种方法都是用来遍历 ArrayList 集合，第三种方法是采用迭代器的方法，该方法可以不用担心在遍历的过程中会超出集合的长度。

遍历 Map

import java.util.*;
public class Test{
     public static void main(String[] args) {
      Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
      map.put("1", "value1");
      map.put("2", "value2");
      map.put("3", "value3");
      // 第一种：普遍使用，二次取值
      System.out.println("通过Map.keySet遍历key和value：");
      for (String key : map.keySet()) {
       System.out.println("key= "+ key + " and value= " + map.get(key));
      }
      // 第二种
      System.out.println("通过Map.entrySet使用iterator遍历key和value：");
      Iterator<Map.Entry<String, String>> it = map.entrySet().iterator();
      while (it.hasNext()) {
       Map.Entry<String, String> entry = it.next();
       System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue());
      }
      // 第三种：推荐，尤其是容量大时
      System.out.println("通过Map.entrySet遍历key和value");
      for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
       System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue());
      }
      //第四种
      System.out.println("通过Map.values()遍历所有的value，但不能遍历key");
      for (String v : map.values()) {
       System.out.println("value= " + v);
      }
     }
}

如果遍历 hashMap() 时 entrySet() 方法是将 key 和 value 全部取出来,所以性能开销是可以预计的, 而 keySet() 方法进行遍历的时候是根据取出的 key 值去查询对应的 value 值, 所以如果 key 值是比较简单的结构(如 1,2,3...)的话性能消耗上是比 entrySet() 方法低, 但随着 key 值得复杂度提高 entrySet() 的优势就会显露出来。

综合比较在只遍历 key 的时候使用 keySet(), 在只遍历 value 的是使用 values() 方法, 在遍历 key-value 的时候使用 entrySet() 是比较合理的选择。如果遍历 TreeMap 的时候, 不同于 HashMap 在遍历 ThreeMap 的 key-value 时候务必使用 entrySet() 它要远远高于其他两个的性能, 同样只遍历 key 的时候使用 keySet(), 在只遍历 value 的是使用 values() 方法对于 TreeMap 也同样适用。

Comparator

TreeSet 和 TreeMap 的按照排序顺序来存储元素. 然而，这是通过比较器来精确定义按照什么样的排序顺序。这个接口可以让我们以不同的方式来排序一个集合。

Comparator<Developer> byName = new Comparator<Developer>() {
    @Override
    public int compare(Developer o1, Developer o2) {
        return o1.getName().compareTo(o2.getName());
    }
};
Comparator<Developer> byName =
    (Developer o1, Developer o2)->o1.getName().compareTo(o2.getName());
List<Developer> listDevs = getDevelopers();
//sort by age
Collections.sort(listDevs, new Comparator<Developer>() {
    @Override
    public int compare(Developer o1, Developer o2) {
        return o1.getAge() - o2.getAge();
    }
});

public class NewClass2 implements Comparator<Point> {
  public int compare(Point p1, Point p2) {
    if (p1.getY() < p2.getY()) return -1;
    if (p1.getY() > p2.getY()) return 1;
    return 0;
  }
}

List 与 Array 转换

List 接口提供了 toArray() 方法来返回包含列表元素的 Object 数组：

List<String> list = Arrays.asList("C", "C++", "Java");
Collections.singletonList("test");
Object[] array = list.toArray();
System.out.println(Arrays.toString(array));Copy to clipboardErrorCopied

不过该函数并不了解元素的类型，可以通过 toArray(T[] a) 来返回指定类型的数组：

List<String> list = Arrays.asList("C", "C++", "Java");
String[] array = list.toArray(new String[list.size()]);
System.out.println(Arrays.toString(array));
// 我们还可以传入空数组来让 JVM 自动分配内存
List<String> list = Arrays.asList("C", "C++", "Java");
String[] array = list.toArray(new String[0]);
System.out.println(Arrays.toString(array));Copy to clipboardErrorCopied

在 Java 8 中我们可以使用 Stream API 来将列表转化为数组：

List<String> list = Arrays.asList("C", "C++", "Java");
String[] array = list.stream().toArray(String[]::new);
System.out.println(Arrays.toString(array));
List<String> list = Arrays.asList("C", "C++", "Java");
String[] array = list.stream().toArray(n -> new String[n]);
System.out.println(Arrays.toString(array));Copy to clipboardErrorCopied

可以使用 asList 等方法将数组转化为列表：

ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<String>(Arrays.asList(arrays));
List<String> list = Arrays.asList(arrays);
List<String> list2 = new ArrayList<String>(arrays.length);
Collections.addAll(list2, arrays);Copy to clipboardErrorCopied

List 与 Map

Map 转化为 List

Map<String, String> map = new HashMap<>();
// Convert all Map keys to a List
List<String> result = new ArrayList(map.keySet());
// Convert all Map values to a List
List<String> result2 = new ArrayList(map.values());
// Java 8, Convert all Map keys to a List
List<String> result3 = map.keySet().stream()
    .collect(Collectors.toList());
// Java 8, Convert all Map values  to a List
List<String> result4 = map.values().stream()
    .collect(Collectors.toList());
// Java 8, seem a bit long, but you can enjoy the Stream features like filter and etc.
List<String> result5 = map.values().stream()
    .filter(x -> !"apple".equalsIgnoreCase(x))
    .collect(Collectors.toList());
// Java 8, split a map into 2 List, it works!
// refer example 3 belowCopy to clipboardErrorCopied

我们也可以在转化过程中引入流变换操作：

// split a map into 2 List
List<Integer> resultSortedKey = new ArrayList<>();
List<String> resultValues = map.entrySet().stream()
        //sort a Map by key and stored in resultSortedKey
        .sorted(Map.Entry.<Integer, String>comparingByKey().reversed())
        .peek(e -> resultSortedKey.add(e.getKey()))
        .map(x -> x.getValue())
        // filter banana and return it to resultValues
        .filter(x -> !"banana".equalsIgnoreCase(x))
        .collect(Collectors.toList());
resultSortedKey.forEach(System.out::println);
resultValues.forEach(System.out::println);Copy to clipboardErrorCopied

List 转化为 Map

可以使用 Collectors.toMap 来将某个列表转化为 Map：

// key = id, value - websites
Map<Integer, String> result1 = list.stream().collect(
        Collectors.toMap(Hosting::getId, Hosting::getName));
System.out.println("Result 1 : " + result1);
// key = name, value - websites
Map<String, Long> result2 = list.stream().collect(
        Collectors.toMap(Hosting::getName, Hosting::getWebsites));
System.out.println("Result 2 : " + result2);
// Same with result1, just different syntax
// key = id, value = name
Map<Integer, String> result3 = list.stream().collect(
        Collectors.toMap(x -> x.getId(), x -> x.getName()));
System.out.println("Result 3 : " + result3);Copy to clipboardErrorCopied

对于可能的键值重复，可以传入第三个 mergeFunction 参数来进行处理：

Map<String, Long> result1 = list.stream().collect(
        Collectors.toMap(Hosting::getName, Hosting::getWebsites,
                (oldValue, newValue) -> oldValue
        )
);Copy to clipboardErrorCopied

如果需要对列表进行排序等操作，则可以使用中间操作符：

Map result1 = list.stream()
        .sorted(Comparator.comparingLong(Hosting::getWebsites).reversed())
        .collect(
                Collectors.toMap(
                        Hosting::getName, Hosting::getWebsites, // key = name, value = websites
                        (oldValue, newValue) -> oldValue,       // if same key, take the old key
                        LinkedHashMap::new                      // returns a LinkedHashMap, keep order
                ));Copy to clipboardErrorCopied
下一节：在 Grade 中，我们常见的几个关键术语有 Project、Plugin 以及 Task。和 Maven 一样，Gradle 只是提供了构建项目的一个框架，真正起作用的是 Plugin。Gradle 在默认情况下为我们提供了许多常用的 Plugin，其中包括有构建 Java 项目的 Plugin，还有 War，Ear 等。与 Maven 不同的是，Gradle 不提供内建的项目生命周期管理，只是 Java Plugin 向 Project 中添加了许多 Task，这些 Task 依次执行，为我们营造了一种如同 Maven 般项目构建周期。换言之，Project 为 Task 提供了执行上下文，所有的 Plugin 要么向 Project 中添加用于配置的 Property，要么向 Project 中添加不同的 Task。一个 Task 表示一个逻辑上较为独立的执行过程，比如编译 Java 源代码，拷贝文件，打包 Jar 文件，甚至可以是执行一个系统命令或者调用 Ant。另外，一个 Task 可以读取和设置 Project 的 Property 以完成特定的操作。
作品《Java 开发基础与工程实践 - Java 集合类型基础》由 王下邀月熊 发布于 匠果，转载请注明出处及链接地址： http://www.jiangguo.net/c/rd1/l6y.html