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Kaka Wan Yifan
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4.集合
计算机基于Java的后端开发入门
字数总计:14.0K

这一章我们讨论集合。
这个名词不仅仅出现在计算机中，在数学中也有。但数学中的集合和计算机中的集合，除了都是"一堆东西在一起"外，没有任何的关系。
(类似的还有计算机中的二叉树和金融中的二叉树，除了都有两个叉之外，没有任何关系。)

集合

在《3.最常用的Java自带的类》，我们讨论了ArrayList，当时我们说：ArrayList是集合的一种，集合是指一种存储空间可变的存储模型，存储的数据容量可以发生改变。

但当时我们只讨论了这些，现在我做更详细的讨论。

首先，是集合的体系结构。
集合可以分为两类，分别是单列和双列、单列又有List和Set两种。
集合类的体系图

  • 注意，Collection、Map、List和Set都是接口。

我们一个一个讨论。

Collection

概述

Collection是单列集合的顶层接口，JDK不提供此接口的任何直接实现，但为该接口的子接口(Set和List)提供了具体实现。

我们举一个例子，来说明Collection的基本使用。
示例代码：

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import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;

public class M {
    public static void main(String[] args) {
        //创建Collection集合的对象
        Collection<String> c = new ArrayList<String>();

        //添加元素：boolean add(E e)
        c.add("hello");
        c.add("world");
        c.add("java");

        //输出集合对象
        System.out.println(c);
    }
}

运行结果：

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[hello, world, java]
  • 这是一种典型的向上转型的多态，从子到父，父类引用指向子类对象。

常用方法

Collection的常用方法有：

方法名 说明
boolean add(E e) 添加元素
boolean remove(Object o) 从集合中移除指定的元素
void clear() 清空集合中的元素
boolean contains(Object o) 判断集合中是否存在指定的元素
boolean isEmpty() 判断集合是否为空
int size() 集合的长度，也就是集合中元素的个数
  • 注意，没有set方法和get方法。没有不是因为不常用，是因为本身就没有。

迭代器遍历

在上一章《3.最常用的Java自带的类》讨论ArrayList的时候，我们说ArrayList有size方法有set和get方法，那么就可以做遍历了。
但是在这里没有set方法和get方法，可以做遍历呢？
也可以。
迭代器

迭代器，集合的专有的遍历方式。
方法如下：

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Iterator<E> iterator = 集合对象.iterator()

我们来看个例子。
示例代码：

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package com.kakawanyifan;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;

public class IteratorDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建Collection集合的对象
        Collection<String> c = new ArrayList<String>();

        //添加元素：boolean add(E e)
        c.add("hello");
        c.add("world");
        c.add("java");

        //Iterator<E> iterator()：返回此集合中元素的迭代器，通过集合的iterator()方法得到
        Iterator<String> it = c.iterator();

        //用while循环改进元素的判断和获取
        while (it.hasNext()) {
            String s = it.next();
            System.out.println(s);
        }
    }
}

运行结果：

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hello
world
java

迭代器源码

it.next()运行一次就输出下次的结果，就像有指针一直记录着已经next多少记录了一样。
实际上，还真是有指针在记。

我们来看源码。

示例代码：

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private class Itr implements Iterator<E> {
    int cursor;       // index of next element to return

    【部分代码略】

    Itr() {}

    public boolean hasNext() {
        return cursor != size;
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public E next() {
        checkForComodification();
        int i = cursor;
        if (i >= size)
            throw new NoSuchElementException();
        Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
        if (i >= elementData.length)
            throw new ConcurrentModificationException();
        cursor = i + 1;
        return (E) elementData[lastRet = i];
    }

    【部分代码略】

}

每调用一次next方法，cursor变量都会加一。

题外话
类似效果的函数，还有Python中读取文件的readline。

示例代码：

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with open(fileName, 'r') as fr:
    while True:
        line = fr.readline()
        # 在文件中，如果遇到一个空白行，readline()并不会返回一个空串
        # 因为每一行的末尾还有一个或多个分隔符，所以"空白行"至少会有一个换行符或者系统使用的其他符号。
        # 只有当真的读到文件末尾时，才会读到空串""。
        if not line:
            break

List

Collection接口有两个子接口，List和Set。我们先讨论List。

概述

List是有序集合，用户可以精确控制列表中每个元素的插入位置，可以通过整数索引访问元素。
(与Set集合不同，List中允许重复的元素。)

特有方法

List继承自Collection，除了Collection有的方法，List中还有一些特有的方法。

方法名 描述
void add(int index,E element) 在此集合中的指定位置插入指定的元素。
E remove(int index) 删除指定索引处的元素，返回被删除的元素。
E set(int index,E element) 修改指定索引处的元素，返回被修改的元素。
E get(int index) 返回指定索引处的元素。

并发修改异常

接下来。我们来看一个很有意思的现象。
并发修改异常

示例代码：

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package com.kakawanyifan;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;

public class IteratorDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合对象
        List<String> list = new ArrayList<String>();

        // 添加元素
        list.add("hello");
        list.add("world");
        list.add("java");

        // 遍历集合，得到每一个元素，看有没有"world"这个元素，如果有，就添加一个"javaee"元素。
        Iterator<String> it = list.iterator();
        while (it.hasNext()) {
            String s = it.next();
            System.out.println(s);
            if (s.equals("world")) {
                list.add("javaee");
            }
        }

    }
}

运行结果：

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hello
world
Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException
	at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:911)
	at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:861)
	at com.kakawanyifan.IteratorDemo.main(IteratorDemo.java:20)

出现异常了。

ArrayList源码分析

我们根据at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:911)，点击ArrayList.java:911，找到这么一段代码。
示例代码：

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final void checkForComodification() {
    if (modCount != expectedModCount)
        throw new ConcurrentModificationException();
}

如果modCount和expectedModCount不相等，就抛出异常。

checkForComodification方法属于ArrayList的一个内部类Itr，在这个Itr中，就定义了int expectedModCount = modCount;。

示例代码：

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private class Itr implements Iterator<E> {
    int cursor;       // index of next element to return
    int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
    int expectedModCount = modCount;

    Itr() {}

    public boolean hasNext() {
        return cursor != size;
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public E next() {
        checkForComodification();
        int i = cursor;
        if (i >= size)
            throw new NoSuchElementException();
        Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
        if (i >= elementData.length)
            throw new ConcurrentModificationException();
        cursor = i + 1;
        return (E) elementData[lastRet = i];
    }

    public void remove() {

        【部分代码略】

    }

    @Override
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public void forEachRemaining(Consumer<? super E> consumer) {

        【部分代码略】

    }

    final void checkForComodification() {
        if (modCount != expectedModCount)
            throw new ConcurrentModificationException();
    }
}

有很多方法都会调用checkForComodification这个方法，但是在这里调用checkForComodification这个方法的就是next方法。next的第一行就是checkForComodification();，这也印证了报错的第二行at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:861)。
expectedModCount属于Itr这个内部类的成员变量，如果代码规范的话，不应该有方法去直接修改内部类的expectedModCount，所以比较有可能是modCount被修改了。或许是add方法的时候，修改了modCount？

右键modCount，Go to，Declaration or Usage，找到modCount的定义，是在AbstractList这个类中被定义的，而且是AbstractList这个类的成员变量。而ArrayList继承了这个类。

来看看add方法。

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public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

再来看看被add方法调用的ensureCapacityInternal方法。

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private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}

再来看看ensureExplicitCapacity方法。

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private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;

    // overflow-conscious code
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        grow(minCapacity);
}

找到原因了！modCount++;！

小结一下，ArrayList的部分源码结构如图所示。
ArrayList

并发修改方案

那么，怎么解决呢？
用for循环遍历，然后用集合对象做对应的操作。

示例代码：

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package com.kakawanyifan;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ForDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建集合对象
        List<String> list = new ArrayList<String>();

        //添加元素
        list.add("hello");
        list.add("world");
        list.add("java");

        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            String s = list.get(i);
            System.out.println(s);
            if (s.equals("world")) {
                list.add("javaee");
            }
        }

        //输出集合对象
        System.out.println(list);
    }
}

运行结果：

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hello
world
java
javaee
[hello, world, java, javaee]

列表迭代器

在ArrayList中还有一个内部类：ListIterator。该内部类通过listIterator方法实例化。其特点是可以沿着next和previous两个方向进行遍历，并且提供了add和set方法。

示例代码：

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package com.kakawanyifan;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.ListIterator;

public class ListIteratorDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建集合对象
        List<String> list = new ArrayList<String>();

        //添加元素
        list.add("hello");
        list.add("world");
        list.add("java");

        //获取列表迭代器
        ListIterator<String> lit = list.listIterator();
        while (lit.hasNext()) {
            String s = lit.next();
            System.out.println(s);
            if (s.equals("world")) {
                lit.add("javaee");
            }
        }

        System.out.println("------");

        while (lit.hasPrevious()) {
            String s = lit.previous();
            System.out.println(s);
        }

        System.out.println(list);

    }
}

运行结果：

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hello
world
java
------
java
javaee
world
hello
[hello, world, javaee, java]

特别注意，这时候并发修改并没有引起异常。我们来看看add方法都做了什么。
示例代码：

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public void add(E e) {
    checkForComodification();

    try {
        int i = cursor;
        ArrayList.this.add(i, e);
        cursor = i + 1;
        lastRet = -1;
        expectedModCount = modCount;
    } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
        throw new ConcurrentModificationException();
    }
}
  • 注意：expectedModCount = modCount

增强for循环

还有一种for循环，这种for循环相比之前的for循环更方便。
格式如下：

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for(元素数据类型 变量名 : 数组/集合对象名) {
  循环体;
}

但是，相比之前的for循环，也有不足。我们来看例子。

示例代码：

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package com.kakawanyifan;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ForDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建集合对象
        List<String> list = new ArrayList<String>();

        //添加元素
        list.add("hello");
        list.add("world");
        list.add("java");

        for (String s : list) {
            System.out.println(s);
            if (s.equals("world")) {
                list.add("javaee");
            }
        }

        System.out.println(list);

    }
}

运行结果：

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hello
world
Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException
	at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:911)
	at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:861)
	at com.kakawanyifan.ForDemo.main(ForDemo.java:16)

原因是，这种For循环的内部原理是一个Iterator迭代器。所以，同样有并发修改异常。

LinkedList的特有方法

除了ArrayList，还有一种是LinkeList。顾名思义，基于链表实现的。

关于数组和链表，我们在《算法入门经典(Java与Python描述)：2.数组、链表》有非常详细的讨论，这里不赘述。

数组：查询快、增删慢
链表：查询慢、增删快

ArrayList：基于数组实现，查询快、增删慢
LinkedList：基于链表实现，查询慢、增删快

LinkedList有一些特有的方法。

方法名 说明
public void addFirst(E e) 在该列表开头插入指定的元素
public void addLast(E e) 将指定的元素追加到此列表的末尾
public E getFirst() 返回此列表中的第一个元素
public E getLast() 返回此列表中的最后一个元素
public E removeFirst() 从此列表中删除并返回第一个元素
public E removeLast() 从此列表中删除并返回最后一个元素

等等！
刚刚说了，LinkedList，基于链表实现，怎么LinkedList还专门提供了针对last的操作？链表，last，那我不得一个一个指过去？这还能快吗？

LinkedList源码分析

因为LinkedList有两个成员变量first和last，在add和remove等操作的时候，都会维护这两个成员变量。

示例代码：

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public class LinkedList<E> extends AbstractSequentialList<E> implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable{

    transient Node<E> first;

    transient Node<E> last;

    public boolean add(E e) {
        linkLast(e);
        return true;
    }

    void linkLast(E e) {
        final Node<E> l = last;
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
        last = newNode;
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

    public boolean remove(Object o) {
        if (o == null) {
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (x.item == null) {
                    unlink(x);
                    return true;
                }
            }
        } else {
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (o.equals(x.item)) {
                    unlink(x);
                    return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }

    E unlink(Node<E> x) {
        // assert x != null;
        final E element = x.item;
        final Node<E> next = x.next;
        final Node<E> prev = x.prev;

        if (prev == null) {
            first = next;
        } else {
            prev.next = next;
            x.prev = null;
        }

        if (next == null) {
            last = prev;
        } else {
            next.prev = prev;
            x.next = null;
        }

        x.item = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }
  • 该示例代码来自JDK的源码，在入选本博客的时候，有删改。

Set

Set的特点

第二种单列的Collection是Set。
其特点是：

  • 元素存取无序
  • 没有索引、只能通过迭代器或增强for循环遍历
  • 不能存储重复元素

我们来看个例子。
示例代码：

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package com.kakawanyifan;

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

public class SetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合对象
        Set<String> set = new HashSet<String>();

        // 添加元素
        set.add("hello");
        set.add("world");
        set.add("java");
        // 不包含重复元素的集合
        set.add("world");

        // 遍历
        for(String s : set) {
            System.out.println(s);
        }

        System.out.println(set);
    }
}

运行结果：

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world
java
hello
[world, java, hello]

执行了两次set.add("world");，但只记录一条world。

哈希值

那么HashSet是如何做到数据唯一的呢？这就得从哈希值开始说起了。

哈希值是JDK根据对象的地址或者字符串或者数字算出来的int类型的数值。
在Object类中有一个方法public int hashCode()，该方法返回对象的哈希值。
哈希值的特点：

  1. 同一个对象多次调用hashCode()方法返回的哈希值是相同的。
  2. 默认情况下，不同对象的哈希值是不同的。
  3. 如果重写hashCode()方法，可以实现让不同对象的哈希值相同。
    比如在下面的例子中，"通话"和"重地"拥有相同的哈希值，是因为String类重写了hashCode方法。

示例代码：

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package com.kakawanyifan;
/**
 * 学生类
 */
public class Student {
    private String name;
    private int age;

    public Student(String name,int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }
}
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package com.kakawanyifan;

public class HashDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建学生对象
        Student s1 = new Student("林青霞",30);

        //同一个对象多次调用hashCode()方法返回的哈希值是相同的
        System.out.println(s1.hashCode());
        System.out.println(s1.hashCode());
        System.out.println("--------");

        Student s2 = new Student("林青霞",30);

        //默认情况下，不同对象的哈希值是不相同的
        //通过方法重写，可以实现不同对象的哈希值是相同的
        System.out.println(s2.hashCode());
        System.out.println("--------");

        System.out.println("hello".hashCode());
        System.out.println("world".hashCode());
        System.out.println("java".hashCode());
        System.out.println("world".hashCode());
        System.out.println("--------");

        System.out.println("重地".hashCode());
        System.out.println("通话".hashCode());

        System.out.println("通话".equals("重地"));
    }
}

运行结果：

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460141958
--------
1163157884
--------
99162322
113318802
3254818
113318802
--------
1179395
1179395
false

注意"重地"和"通话"，拥有相同的哈希值。
但是"重地".equals("通话")，返回的是false。我们可以看String类源码的equals方法，并没有利用哈希值，这个我们在上一章《3.最常用的Java自带的类》提到过。

HashSet源码分析

那么，HashSet是怎么保证元素唯一性的呢？
利用哈希值？哈希值一样的就认为是一样的元素？
来，看个反例。

示例代码：

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package com.kakawanyifan;

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

public class SetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        String s1 = "重地";
        String s2 = "通话";

        System.out.println(s1.hashCode());
        System.out.println(s2.hashCode());

        Set<String> set = new HashSet<>();
        set.add(s1);
        set.add(s2);

        System.out.println(set);
    }
}

运行结果：

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1179395
1179395
[重地, 通话]

居然"重地"和"通话"都被加进去了？
难道和String的equals方法一样？就没有利用哈希值？
没有利用哈希值，那叫什么"HashSet"？
利用的哈希值，但是对于"重地"和"通话"，做了if-else的特殊处理？
不会吧，这么糟糕的代码？

不要猜了！直接看源码！

我们找到HashSet的add方法的源码。

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public boolean add(E e) {
    return map.put(e, PRESENT)==null;
}

发现数据是通过map.put(e, PRESENT)添加的，再来看看map.put(e, PRESENT)的源码。

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public V put(K key, V value) {
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

发现数据是通过putVal(hash(key), key, value, false, true)添加的。此外，还有一个hash(key)方法。我们来看看两个方法的源码

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static final int hash(Object key) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

到这里，其实可以解答我们的疑惑了。利用了哈希值，但不是在哈希值的基础上还做了操作。

最后，再看一下putVal()方法都做了啥。

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final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        n = (tab = resize()).length;
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    else {
        Node<K,V> e; K k;
        if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            e = p;
        else if (p instanceof TreeNode)
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        else {
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                if ((e = p.next) == null) {
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                        treeifyBin(tab, hash);
                    break;
                }
                if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    break;
                p = e;
            }
        }
        if (e != null) { // existing mapping for key
            V oldValue = e.value;
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                e.value = value;
            afterNodeAccess(e);
            return oldValue;
        }
    }
    ++modCount;
    if (++size > threshold)
        resize();
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}

该部分的代码，其逻辑结构如图。
唯一性

提到了HashSet，就不得不提哈希表，描述了元素的存储方法，有"链表法"，有"开放地址法"。
这个我们在《算法入门经典(Java与Python描述)：7.哈希表》中有过专题讨论，这里就不追述了。

LinkedHashSet的概述和特点

除了HashSet，还有LinkedHashSet。

LinkedHashSet的特点：

  • 哈希表和链表实现的Set接口。
  • 元素的存储和取出顺序是一致的。
  • 元素唯一，没有重复的元素。

示例代码：

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package com.kakawanyifan;

import java.util.LinkedHashSet;

public class LinkedHashSetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建集合对象
        LinkedHashSet<String> linkedHashSet = new LinkedHashSet<String>();

        //添加元素
        linkedHashSet.add("hello");
        linkedHashSet.add("world");
        linkedHashSet.add("java");

        linkedHashSet.add("world");

        //遍历集合
        for(String s : linkedHashSet) {
            System.out.println(s);
        }
    }
}

运行结果：

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hello
world
java

TreeSet

TreeSet的特点

在《算法入门经典(Java与Python描述)：7.哈希表》中，我们讨论过TreeMap，特点是所有的key都是排序好的。
与之对应的有TreeSet，特点是：

  • 元素有序，此外可以通过构造方法自定义排序。
    • 构造方法一 TreeSet()：根据其元素的自然排序进行排序
    • 构造方法二 TreeSet(Comparator comparator) ：根据指定的比较器进行排序
  • 没有带索引的方法，所以不能使用普通for循环遍历
  • 不包含重复元素的集合

示例代码：

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import java.util.TreeSet;

public class M {
    public static void main(String[] args) {
        //创建集合对象
        TreeSet<Integer> ts = new TreeSet<Integer>();

        //添加元素
        ts.add(10);
        ts.add(40);
        ts.add(30);
        ts.add(50);
        ts.add(20);

        ts.add(30);

        //遍历集合
        for(Integer i : ts) {
            System.out.println(i);
        }
    }
}

运行结果：

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接下来，我们利用TreeSet的特点，来做一件事情。
按照年龄从小到大排序，年龄相同时，按照姓名的字母顺序排序

自然排序

示例代码：

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package com.kakawanyifan;

public class Student {

    private String name;
    private int age;

    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}
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package com.kakawanyifan;

import java.util.TreeSet;

public class TreeSetDemo {
    public static void main(String[] args) {

        TreeSet<Student> ts = new TreeSet<Student>();

        //创建学生对象
        Student s1 = new Student("x", 29);
        Student s2 = new Student("y", 28);
        Student s3 = new Student("z", 30);
        Student s4 = new Student("za", 33);

        Student s5 = new Student("a", 33);
        Student s6 = new Student("a", 33);

        //把学生添加到集合
        ts.add(s1);
        ts.add(s2);
        ts.add(s3);
        ts.add(s4);
        ts.add(s5);
        ts.add(s6);

        //遍历集合
        for (Student s : ts) {
            System.out.println(s.getName() + "," + s.getAge());
        }

    }
}

运行结果：

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5
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: com.kakawanyifan.Student cannot be cast to java.lang.Comparable
	at java.util.TreeMap.compare(TreeMap.java:1294)
	at java.util.TreeMap.put(TreeMap.java:538)
	at java.util.TreeSet.add(TreeSet.java:255)
	at com.kakawanyifan.TreeSetDemo.main(TreeSetDemo.java:20)

居然报错了？
因为没有实现Comparable接口。

那我们就实现一下Comparable的接口。

示例代码：

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package com.kakawanyifan;

public class Student implements Comparable<Student>{

    private String name;
    private int age;

    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        return 0;
    }
}

运行结果：

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x,29

compareTo(Student o)这个方法默认return 0，我们不修改，试一下。居然之输出了一个？
因为0代表元素是相等的，所以不会添加。

如果是1呢？

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x,29
y,28
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za,33
a,33
a,33

和存储顺序一样？
s1存储不需要比，s2和s1比，返回的是正数，s2比s1大，所以s2在s1后面，所以s3在s2后面。

同理如果是-1

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a,33
a,33
za,33
z,30
y,28
x,29

小结一下，A.compareTo(B)

  • 0代表相等。
  • 正数代表B在后。
  • 负数代表B在前。

所以呢，为了实现目标，我们修改compareTo方法如下即可
示例代码：

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@Override
public int compareTo(Student o) {
    int num = this.getAge() - o.getAge();
    int num2 = num == 0 ? this.getName().compareTo(o.getName()) : num;
    return num2;
}

运行结果：

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y,28
x,29
z,30
a,33
za,33
  • String类中已经有了compareTo方法，直接利用即可。

比较器排序

关于比较器，我们在《算法入门经典(Java与Python描述)：9.堆》也有过讨论，这里我们复习一下。

示例代码：

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package com.kakawanyifan;

import java.util.Comparator;
import java.util.TreeSet;

public class TreeSetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建集合对象
        TreeSet<Student> ts = new TreeSet<Student>(new Comparator<Student>() {
            @Override
            public int compare(Student s1, Student s2) {
                int num = s1.getAge() - s2.getAge();
                int num2 = num == 0 ? s1.getName().compareTo(s2.getName()) : num;
                return num2;
            }
        });

        //创建学生对象
        Student s1 = new Student("x", 29);
        Student s2 = new Student("y", 28);
        Student s3 = new Student("z", 30);
        Student s4 = new Student("za", 33);

        Student s5 = new Student("a", 33);
        Student s6 = new Student("a", 33);

        //把学生添加到集合
        ts.add(s1);
        ts.add(s2);
        ts.add(s3);
        ts.add(s4);
        ts.add(s5);
        ts.add(s6);

        //遍历集合
        for (Student s : ts) {
            System.out.println(s.getName() + "," + s.getAge());
        }
    }
}

运行结果：

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y,28
x,29
z,30
a,33
za,33

拼音排序

拼音排序有两种方法：

  1. 基于java.util.Locale.CHINA，该方法存在准确率的问题，主要是对于多音字不够准确。
    示例代码：

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    package com.kakawanyifan;

    import java.text.Collator;
    import java.util.Arrays;
    import java.util.Locale;

    public class main {
        public static void main(String[] args)  {
            Collator cmp = Collator.getInstance(Locale.CHINA);
            String[] arr = { "张三", "李四", "王五"};
            Arrays.sort(arr, cmp);
            System.out.println(Arrays.toString(arr));

            String[] arr2 = { "上海", "重庆"};
            Arrays.sort(arr2, cmp);
            System.out.println(Arrays.toString(arr2));
        }
    }

    运行结果：

    1
    2
    [李四, 王五, 张三]
    [上海, 重庆]

  2. 基于第三方的com.ibm.icu.util.ULocale.SIMPLIFIED_CHINESE，该方法更准确。
    示例代码：

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    package com.kakawanyifan;

    import com.ibm.icu.text.Collator;
    import com.ibm.icu.util.ULocale;

    import java.util.Arrays;

    public class main {
        public static void main(String[] args)  {
            Collator cmp = Collator.getInstance(ULocale.SIMPLIFIED_CHINESE);
            String[] arr = { "张三", "李四", "王五"};
            Arrays.sort(arr, cmp);
            System.out.println(Arrays.toString(arr));

            String[] arr2 = { "上海", "重庆"};
            Arrays.sort(arr2, cmp);
            System.out.println(Arrays.toString(arr2));
        }
    }

    运行结果：

    1
    2
    [李四, 王五, 张三]
    [重庆, 上海]

    附，方法二的包：

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    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>com.ibm.icu</groupId>
            <artifactId>icu4j</artifactId>
            <version>71.1</version>
        </dependency>
    </dependencies>

元素的内容被改变，不会重排

其实希望元素内容被改变还重排，更像我们的一厢情愿。
元素内容被改变，还要重排？
这个TreeSet的确不好做，如果一定要做，有两个思路。

  • 元素内容被改变了，去触发TreeSet重排
  • TreeSet有一个很巧妙的办法主动监控

同时，还需要考虑性能问题，以及安全问题。(比如，重排期间被读取。)
总之，不好做，是我们的一厢情愿。

现象

假设存在一批数据，如下：

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[{
    "cnt": 1,
    "name": "标签一",
}, {
    "cnt": 2,
    "name": "标签二"
}, {
    "cnt": 3,
    "name": "标签三"
}, {
    "cnt": 4,
    "name": "标签一"
}]

现在需要对这一批数据进行合并，相同name的合为一个，其cnt进行相加。并按照cnt从大到小进行排序。
即，如下形式：

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[{
    "cnt": 5,
    "name": "标签一",
}, {
    "cnt": 3,
    "name": "标签三"
}, {
    "cnt": 2,
    "name": "标签二"
}]

因为需要从大到小排序，这里考虑TreeSet，这个自带排序。
但是在TreeSet中如果元素内容被改变，不会重排。

示例代码：

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package com.kakawanyifan;

public class Label implements Comparable<Label> {
    private String name;
    private Integer cnt;
    
    public Label(String name, Integer cnt) {
        super();
        this.name = name;
        this.cnt = cnt;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public Integer getCnt() {
        return cnt;
    }

    public void setCnt(Integer cnt) {
        this.cnt = cnt;
    }

    @Override
    public int compareTo(Label o) {
        return o.cnt - cnt;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Label [name=" + name + ", cnt=" + cnt + "]";
    }
    
}
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package com.kakawanyifan;

import java.util.Set;
import java.util.TreeSet;

import com.alibaba.fastjson.JSONArray;
import com.alibaba.fastjson.JSONObject;

public class TreeSetDemo {
    
    public static void main(String[] args) {
        Set<Label> labelSet = new TreeSet<Label>();
        
        String input = "[{\"cnt\":1,\"name\":\"标签一\",},{\"cnt\":2,\"name\":\"标签二\"},{\"cnt\":3,\"name\":\"标签三\"},{\"cnt\":4,\"name\":\"标签一\"}]";
        JSONArray ja = JSONArray.parseArray(input);
        for (int i = 0; i < ja.size(); i++) {
            JSONObject jo = ja.getJSONObject(i);
            String name = jo.getString("name");
            Integer cnt = jo.getInteger("cnt");
            
            boolean contain = false;
            Label conLabel = null;
            for(Label tempLabel : labelSet) {
                if (tempLabel.getName().equals(name)) {
                    conLabel = tempLabel;
                    contain = true;
                    break;
                }
            }
            
            if (contain) {
                conLabel.setCnt(conLabel.getCnt() + cnt);
            }else {
                Label newLabel = new Label(name, cnt);
                labelSet.add(newLabel);
            }
        }
        System.out.println(labelSet.toString());
    }
}

运行结果：

1
[Label [name=标签三, cnt=3], Label [name=标签二, cnt=2], Label [name=标签一, cnt=5]]

解释说明：

  • name为标签一的Label被放在第三个位置，因为后期其cnt被修改了，但是并不会重排。

解决

可以让其先去除再加入，以此触发重排。但是这样代码的确不雅。

示例代码：

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【部分代码略】
            
if (contain) {
    labelSet.remove(conLabel);
    conLabel.setCnt(conLabel.getCnt() + cnt);
    labelSet.add(conLabel);
}else {
    Label newLabel = new Label(name, cnt);
    labelSet.add(newLabel);
}

【部分代码略】

运行结果：

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[Label [name=标签一, cnt=5], Label [name=标签三, cnt=3], Label [name=标签二, cnt=2]]

或者先用List，最后统一加入到Set中。

示例代码：

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package com.kakawanyifan;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Set;
import java.util.TreeSet;

import com.alibaba.fastjson.JSONArray;
import com.alibaba.fastjson.JSONObject;

public class TreeSetDemo {
    
    public static void main(String[] args) {
        Set<Label> labelSet = new TreeSet<Label>();
        List<Label> labelList = new ArrayList<Label>();
        
        String input = "[{\"cnt\":1,\"name\":\"标签一\",},{\"cnt\":2,\"name\":\"标签二\"},{\"cnt\":3,\"name\":\"标签三\"},{\"cnt\":4,\"name\":\"标签一\"}]";
        JSONArray ja = JSONArray.parseArray(input);
        for (int i = 0; i < ja.size(); i++) {
            JSONObject jo = ja.getJSONObject(i);
            String name = jo.getString("name");
            Integer cnt = jo.getInteger("cnt");
            
            boolean contain = false;
            Label conLabel = null;
            for(Label tempLabel : labelList) {
                if (tempLabel.getName().equals(name)) {
                    conLabel = tempLabel;
                    contain = true;
                    break;
                }
            }
            
            if (contain) {
                conLabel.setCnt(conLabel.getCnt() + cnt);
            }else {
                Label newLabel = new Label(name, cnt);
                labelList.add(newLabel);
            }
        }
        
        for (Label label:labelList) {
            labelSet.add(label);
        }
        
        System.out.println(labelSet.toString());
    }
}

运行结果：

1
[Label [name=标签一, cnt=5], Label [name=标签三, cnt=3], Label [name=标签二, cnt=2]]

compareTo方法的注意

现象

我们修改一下输入，添加两个{"cnt": 1,"name": "标签三"}，如下：

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[{
    "cnt": 1,
    "name": "标签一",
}, {
    "cnt": 2,
    "name": "标签二"
}, {
    "cnt": 3,
    "name": "标签三"
}, {
    "cnt": 4,
    "name": "标签一"
}, {
    "cnt": 1,
    "name": "标签三"
}, {
    "cnt": 1,
    "name": "标签三"
}]

这时候"标签一"和"标签三"的cnt，都是5了。

示例代码：

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package com.kakawanyifan;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Set;
import java.util.TreeSet;

import com.alibaba.fastjson.JSONArray;
import com.alibaba.fastjson.JSONObject;

public class TreeSetDemo {
    
    public static void main(String[] args) {
        Set<Label> labelSet = new TreeSet<Label>();
        List<Label> labelList = new ArrayList<Label>();
        
        String input = "[{\"cnt\":1,\"name\":\"标签一\",},{\"cnt\":2,\"name\":\"标签二\"},{\"cnt\":3,\"name\":\"标签三\"},{\"cnt\":4,\"name\":\"标签一\"},{\"cnt\":1,\"name\":\"标签三\"},{\"cnt\":1,\"name\":\"标签三\"}]";
        JSONArray ja = JSONArray.parseArray(input);
        for (int i = 0; i < ja.size(); i++) {
            JSONObject jo = ja.getJSONObject(i);
            String name = jo.getString("name");
            Integer cnt = jo.getInteger("cnt");
            
            boolean contain = false;
            Label conLabel = null;
            for(Label tempLabel : labelList) {
                if (tempLabel.getName().equals(name)) {
                    conLabel = tempLabel;
                    contain = true;
                    break;
                }
            }
            
            if (contain) {
                conLabel.setCnt(conLabel.getCnt() + cnt);
            }else {
                Label newLabel = new Label(name, cnt);
                labelList.add(newLabel);
            }
        }
        
        for (Label label:labelList) {
            labelSet.add(label);
        }
        
        System.out.println(labelSet.toString());
    }
}

运行结果：

1
[Label [name=标签一, cnt=5], Label [name=标签二, cnt=2]]

解释说明：

  • 标签三没了？

原因分析

会是需要重写equals和hashCode方法吗？
不会！

所有的类都会继承自java.lang.Object。

  • java.lang.Object的hashCode值是根据内存地址换算出来的一个值。
  • java.lang.Object的equals方法是判断两个对象是否严格相等(object1 == object2)，有时候，我们需要的不是一种严格意义上的相等，而是一种业务上的对象相等。在这种情况下，就需要重写equals方法。

但在这里，{name=标签三, cnt=5}，{name=标签一, cnt=5}的hashCode必定不相等，equals也必定为false

解决

修改label类的compareTo方法，即可解决问题。
示例代码：

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【部分代码略】

@Override
public int compareTo(Label o) {
    if (o.cnt - cnt > 0) {
        return 1;
    }else {
        return -1;
    }
}

【部分代码略】

运行结果：

1
[Label [name=标签三, cnt=5], Label [name=标签一, cnt=5], Label [name=标签二, cnt=2]]

解释说明：

  • 返回1，那么当前的值会排在被比较者后面。
  • 返回0，那么当前的值【不会被加入到 TreeSet 中】，因为当前的值【被认为和现有的某一个值相等】。
  • 返回-1，会被添加到被比较者的前边。

Collections

在讨论了Collection的两个子接口List和Set之后，我们来讨论一个工具类，Collections。

  • 注意是Collections，不是Collection，多了一个s

Collections的常用方法：

方法名 说明
public static void sort(List list) 将指定的列表按升序排序
public static void reverse(List<?> list) 反转指定列表中元素的顺序
public static void shuffle(List<?> list) 使用默认的随机源随机排列指定的列表

示例代码：

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package com.kakawanyifan;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.List;

public class CollectionsDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建集合对象
        List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();

        //添加元素
        list.add(30);
        list.add(20);
        list.add(50);
        list.add(10);
        list.add(40);

        Collections.sort(list);
        System.out.println(list);

        Collections.reverse(list);
        System.out.println(list);

        Collections.shuffle(list);
        System.out.println(list);
    }
}

运行结果：

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[10, 20, 30, 40, 50]
[50, 40, 30, 20, 10]
[10, 30, 40, 20, 50]

Collections中同样可以利用比较器。
示例代码：

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package com.kakawanyifan;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Comparator;
import java.util.List;

public class CollectionsDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建ArrayList集合对象
        List<Student> array = new ArrayList<Student>();

        //创建学生对象
        Student s1 = new Student("x", 29);
        Student s2 = new Student("y", 28);
        Student s3 = new Student("z", 30);
        Student s4 = new Student("za", 33);

        Student s5 = new Student("a", 33);
        Student s6 = new Student("a", 33);

        //把学生添加到集合
        array.add(s1);
        array.add(s2);
        array.add(s3);
        array.add(s4);
        array.add(s5);
        // array.add(s6);

        //使用Collections对ArrayList集合排序
        //sort(List<T> list, Comparator<? super T> c)
        Collections.sort(array, new Comparator<Student>() {
            @Override
            public int compare(Student s1, Student s2) {
                //按照年龄从小到大排序，年龄相同时，按照姓名的字母顺序排序
                int num = s1.getAge() - s2.getAge();
                int num2 = num == 0 ? s1.getName().compareTo(s2.getName()) : num;
                return num2;
            }
        });

        //遍历集合
        for (Student s : array) {
            System.out.println(s.getName() + "," + s.getAge());
        }
    }
}

运行结果：

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y,28
x,29
z,30
a,33
za,33

Map

接下来，我们讨论集合的双列，Map。

概述和特点

Map是一个接口

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interface Map<K,V>
  • K：键的类型
  • V：值的类型

描述的是键值对映射关系，一个键对应一个值，键不能重复，值可以重复。

示例代码：

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package com.kakawanyifan;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class MapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建集合对象
        Map<String,String> map = new HashMap<String,String>();

        // V put(K key, V value) 将指定的值与该映射中的指定键相关联
        map.put("001","林青霞");
        map.put("002","张曼玉");
        map.put("003","王祖贤");

        System.out.println(map);

        map.put("003","柳岩");

        //输出集合对象
        System.out.println(map);
    }
}

运行结果：

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{001=林青霞, 002=张曼玉, 003=王祖贤}
{001=林青霞, 002=张曼玉, 003=柳岩}
  • map.put("003","柳岩")覆盖了map.put("003","王祖贤")。

Map的常用方法

方法名 说明
V put(K key,V value) 添加元素。
V get(Object key) 获取元素。
V remove(Object key) 根据键删除键值对元素。
void clear() 移除所有的键值对元素。
boolean containsKey(Object key) 判断集合是否包含指定的键。
boolean containsValue(Object value) 判断集合是否包含指定的值。
boolean isEmpty() 判断集合是否为空。
int size() 集合的长度，也就是集合中键值对的个数。

示例代码：

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package com.kakawanyifan;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class MapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建集合对象
        Map<String,String> map = new HashMap<String,String>();

        //V put(K key,V value)：添加元素
        map.put("张无忌","赵敏");
        map.put("郭靖","黄蓉");
        map.put("杨过","小龙女");

        System.out.println(map);

        //V remove(Object key)：根据键删除键值对元素
        System.out.println(map.remove("郭靖"));
        System.out.println(map.remove("郭襄"));

        //void clear()：移除所有的键值对元素
        map.clear();

        //boolean containsKey(Object key)：判断集合是否包含指定的键
        System.out.println(map.containsKey("郭靖"));
        System.out.println(map.containsKey("郭襄"));

        //boolean isEmpty()：判断集合是否为空
        System.out.println(map.isEmpty());

        //int size()：集合的长度，也就是集合中键值对的个数
        System.out.println(map.size());

        //输出集合对象
        System.out.println(map);
    }
}

运行结果：

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{杨过=小龙女, 郭靖=黄蓉, 张无忌=赵敏}
黄蓉
null
false
false
true
0
{}

Map的获取方法

方法名 说明
V get(Object key) 根据键获取值。
Set keySet() 获取所有键的集合。
Collection values() 获取所有值的集合。
Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() 获取所有键值对对象的集合。

我们可以获取所有的键，可以根据键获取值。
我们还可以获取所有的键值对对象的集合。
另外，如果我们只想要值的话，可以直接获取值的集合。

所以，我们有三种遍历方式。

示例代码：

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package com.kakawanyifan;

import java.util.Collection;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Set;

public class MapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建集合对象
        Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();

        //添加元素
        map.put("张无忌", "赵敏");
        map.put("郭靖", "黄蓉");
        map.put("杨过", "小龙女");

        //V get(Object key):根据键获取值
        System.out.println(map.get("张无忌"));
        System.out.println(map.get("张三丰"));
        System.out.println("------");

        //Set<K> keySet():获取所有键的集合
        Set<String> keySet = map.keySet();
        for(String key : keySet) {
            System.out.println(key + "," + map.get(key));
        }
        System.out.println("------");


        //Collection<V> values():获取所有值的集合
        Collection<String> values = map.values();
        for(String value : values) {
            System.out.println(value);
        }
        System.out.println("------");

        //获取所有键值对对象的集合
        Set<Map.Entry<String, String>> entrySet = map.entrySet();
        //遍历键值对对象的集合，得到每一个键值对对象
        for (Map.Entry<String, String> me : entrySet) {
            //根据键值对对象获取键和值
            String key = me.getKey();
            String value = me.getValue();
            System.out.println(key + "," + value);
        }
    }
}

运行结果：

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赵敏
null
------
杨过,小龙女
郭靖,黄蓉
张无忌,赵敏
------
小龙女
黄蓉
赵敏
------
杨过,小龙女
郭靖,黄蓉
张无忌,赵敏

HashMap的源码分析

现象

现在，我们来做一件事情，以学生作为键，以分数作为值。

示例代码：

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package com.kakawanyifan;

import java.util.HashMap;
import java.util.Set;

public class HashMapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建HashMap集合对象
        HashMap<Student, Integer> hm = new HashMap<Student, Integer>();

        //创建学生对象
        Student s1 = new Student("林青霞", 30);
        Student s2 = new Student("张曼玉", 35);
        Student s3 = new Student("王祖贤", 33);
        Student s4 = new Student("王祖贤", 33);

        //把学生添加到集合
        hm.put(s1, 99);
        hm.put(s2, 98);
        hm.put(s3, 87);
        hm.put(s4, 90);

        //遍历集合
        Set<Student> keySet = hm.keySet();
        for (Student key : keySet) {
            int value = hm.get(key);
            System.out.println(key.getName() + "," + key.getAge() + "," + value);
        }
    }
}

运行结果：

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王祖贤,33,87
张曼玉,35,98
林青霞,30,99
王祖贤,33,90

出BUG了！

我们用的是HashMap啊，怎么出现了重复的键？两个王祖贤,33？

到底怎么回事？

源码分析

我们来看看这个put方法到底做了什么。

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public V put(K key, V value) {
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

先来看看hash方法。

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static final int hash(Object key) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

哦，利用了hashCode，所以我们的Student类继承自Object类，我们要重写Student类的hashCode方法。

再来看看putVal方法。

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final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
               boolean evict) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        n = (tab = resize()).length;
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    else {
        Node<K,V> e; K k;
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            e = p;
        else if (p instanceof TreeNode)
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        else {
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                if ((e = p.next) == null) {
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                        treeifyBin(tab, hash);
                    break;
                }
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    break;
                p = e;
            }
        }
        if (e != null) { // existing mapping for key
            V oldValue = e.value;
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                e.value = value;
            afterNodeAccess(e);
            return oldValue;
        }
    }
    ++modCount;
    if (++size > threshold)
        resize();
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}

还利用了equals方法，我们还要重写Student类的equals方法。

即，需要重写Student类的hashCode方法和equals方法。

示例代码：

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package com.kakawanyifan;

import java.util.Objects;

/**
 * 学生类
 */
public class Student {
    private String name;
    private int age;

    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;

        Student student = (Student) o;

        if (age != student.age) return false;
        return Objects.equals(name, student.name);
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        int result = name != null ? name.hashCode() : 0;
        result = 31 * result + age;
        return result;
    }
}

为什么是31？
因为31在JVM中是一个神奇的数字。
任何数n*31都可以被jvm优化为(n<<5)-n，移位和减法的操作效率比乘法的操作效率高很多。

关于Map，两个知识点。

  1. “TreeMap”，这个我们在《算法入门经典(Java与Python描述)：7.哈希表》中有过讨论，不赘述。
  2. “Properties”，这个我们会在下一章《5.IO流》中进行讨论。

集合嵌套

ArrayList嵌套HashMap

示例代码：

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package com.kakawanyifan;

import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.Set;

public class ArrayListIncludeHashMapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建ArrayList集合
        ArrayList<HashMap<String, String>> array = new ArrayList<HashMap<String, String>>();

        //创建HashMap集合，并添加键值对元素
        HashMap<String, String> hm1 = new HashMap<String, String>();
        hm1.put("孙策", "大乔");
        hm1.put("周瑜", "小乔");
        //把HashMap作为元素添加到ArrayList集合
        array.add(hm1);

        HashMap<String, String> hm2 = new HashMap<String, String>();
        hm2.put("郭靖", "黄蓉");
        hm2.put("杨过", "小龙女");
        //把HashMap作为元素添加到ArrayList集合
        array.add(hm2);

        HashMap<String, String> hm3 = new HashMap<String, String>();
        hm3.put("令狐冲", "任盈盈");
        hm3.put("林平之", "岳灵珊");
        //把HashMap作为元素添加到ArrayList集合
        array.add(hm3);

        //遍历ArrayList集合
        for (HashMap<String, String> hm : array) {
            Set<String> keySet = hm.keySet();
            for (String key : keySet) {
                String value = hm.get(key);
                System.out.println(key + "," + value);
            }
        }
    }
}

运行结果：

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孙策,大乔
周瑜,小乔
杨过,小龙女
郭靖,黄蓉
令狐冲,任盈盈
林平之,岳灵珊

HashMap嵌套ArrayList

示例代码：

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package com.kakawanyifan;

import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.Set;

public class ArrayListIncludeHashMapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建HashMap集合
        HashMap<String, ArrayList<String>> hm = new HashMap<String, ArrayList<String>>();

        //创建ArrayList集合，并添加元素
        ArrayList<String> sgyy = new ArrayList<String>();
        sgyy.add("诸葛亮");
        sgyy.add("赵云");
        //把ArrayList作为元素添加到HashMap集合
        hm.put("三国演义",sgyy);

        ArrayList<String> xyj = new ArrayList<String>();
        xyj.add("唐僧");
        xyj.add("孙悟空");
        //把ArrayList作为元素添加到HashMap集合
        hm.put("西游记",xyj);

        ArrayList<String> shz = new ArrayList<String>();
        shz.add("武松");
        shz.add("鲁智深");
        //把ArrayList作为元素添加到HashMap集合
        hm.put("水浒传",shz);

        //遍历HashMap集合
        Set<String> keySet = hm.keySet();
        for(String key : keySet) {
            System.out.println(key);
            ArrayList<String> value = hm.get(key);
            for(String s : value) {
                System.out.println("\t" + s);
            }
        }
    }
}

运行结果：

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水浒传
	武松
	鲁智深
三国演义
	诸葛亮
	赵云
西游记
	唐僧
	孙悟空

泛型

最后一个话题，泛型。
在《3.最常用的Java自带的类》这么一章，讨论ArrayList的时候，我们提到了泛型。

1
ArrayList<String> array = new ArrayList<String>();

这里有一个<>，里面写着String。这个含义是说这个ArrayList的元素的数据类型是String。
除了String，还可以是其他各种各样的引用类型，比如ArryList<Student>，表示每一个元素的数据类型都是Student。
这就是泛型的使用，用于约束集合中存储元素的数据类型。

在本章，我们其实也大量用到了泛型。
现在我们系统的讨论一下泛型。

泛型概述

根据之前的讨论，我们知道泛型的本质是一个参数化类型，也就是说所操作的数据类型被指定为一个参数。

根据参数的个数，泛型的定义有两种格式，两种定义格式，其实我们都已经用过了。

第一种是格式是：

1
<类型>

这种格式，我们在Collection中用过。

第二种格式是

1
<类型1,类型2...>

这种格式，我们在Map中用过。

泛型类

泛型类初步

泛型类的定义格式

1
修饰符 class 类名<类型> {  }

泛型类的使用格式

1
类名<具体的数据类型> 对象名 = new 类名<具体的数据类型>();

在JDK8及之后，后面的<>中的具体的数据类型可以省略不写。

1
类名<具体的数据类型> 对象名 = new 类名<>();

示例代码：

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package com.kakawanyifan;

public class Generic<T> {
    private T t;

    public T getT() {
        return t;
    }

    public void setT(T t) {
        this.t = t;
    }
}
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package com.kakawanyifan;

public class GenericDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Generic<String> g1 = new Generic<String>();
        g1.setT("林青霞");
        System.out.println(g1.getT());

        Generic<Integer> g2 = new Generic<Integer>();
        g2.setT(30);
        System.out.println(g2.getT());

        Generic<Boolean> g3 = new Generic<Boolean>();
        g3.setT(true);
        System.out.println(g3.getT());
    }
}

运行结果：

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林青霞
30
true

特别的，如果实例化了泛型，但是又没有指定数据类型呢？
那么就是Object。
没有指定数据类型

泛型标识

在刚刚的例子中，泛型类的类型参数是T，这里的T也被称为称为泛型标识。
泛型标识有如下几种，以及墨守成规的是惯例。

  • E，含义是Element，在集合中使用，因为集合中存放的是元素。
  • T，含义是Type，表示类。
  • K，含义是Key，表示键，指的是Map中的key。
  • V，含义是Value，表示值，值得是Map种的Value。
  • N，含义是Number，表示数值类型。
  • ？，表示不确定的类。
  • S、U、V，也是类，在多个泛型的时候，以示区分。

泛型类的继承

泛型类也有其继承方法。
根据子类是不是泛型类分为两种。

子类是泛型类

子类是泛型类，子类和父类的泛型标识要一致。

1
class Zi<T> extends Fu<T>
  • Zi和Fu的<>内的内容要一致。

示例代码：

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package com.kakawanyifan;

public class Fu<E> {
    private E e;

    public E getE() {
        return e;
    }

    public void setE(E e) {
        this.e = e;
    }
}
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package com.kakawanyifan;

public class Zi<T> extends Fu<T>{
    private T t;

    public T getT() {
        return t;
    }

    public void setT(T t) {
        this.t = t;
    }
}

子类不是泛型类

子类不是泛型类，父类要明确泛型的数据类型。

1
class Zi extends Fu<Integer>

示例代码：

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package com.kakawanyifan;

public class Zi extends Fu<Integer>{

    @Override
    public Integer getE() {
        return super.getE();
    }

    @Override
    public void setE(Integer integer) {
        super.setE(integer);
    }
}

泛型接口

泛型接口定义格式

1
修饰符 interface 接口名<类型> {  }

与继承类似，根据泛型接口的实现类是不是泛型类，在接口实现上分为两种情况。

  1. 实现类也是泛型类，实现类和接口的泛型标识要一致。
  2. 实现类不是泛型类，接口要明确数据类型。

示例代码：

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package com.kakawanyifan;

public interface Generic<T> {
    void show(T t);
}
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package com.kakawanyifan;

public class GenericImpl<T> implements Generic<T> {
    @Override
    public void show(T t) {
        System.out.println(t);
    }
}
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package com.kakawanyifan;

public class GenericDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Generic<String> g1 = new GenericImpl<String>();
        g1.show("林青霞");

        Generic<Integer> g2 = new GenericImpl<Integer>();
        g2.show(30);
    }
}

运行结果：

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林青霞
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泛型方法

泛型方法的定义格式

1
修饰符 <类型> 返回值类型 方法名(类型 变量名) {  }
  • <类型>这一部分是泛型方法和其他方法主要区别，只有有这一部分的方法才能被称为泛型方法。
    所以，在上文泛型类的成员方法，不可以被称为泛型方法。

示例代码：

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package com.kakawanyifan;

public class GenericDemo {

    private static <T> void show(T t) {
        System.out.println(t);
    }

    public static void main(String[] args) {
        show("林青霞");
        show(30);
        show(true);
        show(12.34);
    }
}

运行结果：

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林青霞
30
true
12.34

类型通配符

类型通配符的分类:

  1. <?>
    例如List<?>：表示元素类型未知的List，它的元素可以匹配任何的类型。
  2. <? extends 类型>
    例如List<? extends Number>：表示的类型是Number或者其子类型。
  3. <? super 类型>
    例如：List<? super Number>：它表示的类型是Number或者其父类型。

示例代码：

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package com.kakawanyifan;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class GenericDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //类型通配符：<?>
        List<?> list1 = new ArrayList<Object>();
        List<?> list2 = new ArrayList<Number>();
        List<?> list3 = new ArrayList<Integer>();
        System.out.println("--------");

        // 类型通配符上限：<? extends 类型>
        // List<? extends Number> list4 = new ArrayList<Object>();
        List<? extends Number> list5 = new ArrayList<Number>();
        List<? extends Number> list6 = new ArrayList<Integer>();
        System.out.println("--------");

        // 类型通配符下限：<? super 类型>
        List<? super Number> list7 = new ArrayList<Object>();
        List<? super Number> list8 = new ArrayList<Number>();
        // List<? super Number> list9 = new ArrayList<Integer>();
    }
}

泛型的特点

泛型的特点有：

  1. 泛型的类型参数只能是引用数据类型，不能是基本数据类型。
  2. 泛型的类型在逻辑上可以看成是多个不同的类型，但实际上都是相同类型。

第二个特点或许不好理解，我们来看一个例子。

示例代码：

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package com.kakawanyifan;

public class GenericDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Generic<String> g1 = new Generic<String>();
        System.out.println(g1.getClass());

        Generic<Integer> g2 = new Generic<Integer>();
        System.out.println(g2.getClass());

        Generic<Boolean> g3 = new Generic<Boolean>();
        System.out.println(g3.getClass());
    }
}

运行结果：

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class com.kakawanyifan.Generic
class com.kakawanyifan.Generic
class com.kakawanyifan.Generic

那么，现在问题来了，其实都是同一种类型吧，那是怎么做到又能支持"String"，又能支持"Integer"的呢？
这就涉及到了泛型的原理，类型擦除。

泛型原理：类型擦除

泛型是Java 1.5版本才引进的概念，在这之前是没有泛型的，但是泛型代码能够很好地和之前版本的代码兼容。那是因为，泛型信息只存在于代码编译阶段，在进入JVM之前，与泛型相关的信息会被擦除掉，我们称之为：类型擦除。

类型擦除有四种。

  1. 无限制类型擦除
  2. 有限制类型擦除
  3. 擦除方法中类型定义的参数
  4. 桥接方法

我们分别讨论。

无限制类型擦除

无限制类型擦除，在编译的时候，把范型擦除为Object类型。

无限制类型擦除

我们可以通过反射看看，到底是不是这样。

(关于反射，我们在《9.类的加载与反射》有做专题讨论。)

示例代码：

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package com.kakawanyifan;

public class Erasure<T> {

    private T t;

    public T getT() {
        return t;
    }

    public void setT(T t) {
        this.t = t;
    }
}
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package com.kakawanyifan;

import java.lang.reflect.Field;

public class ErasureDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Erasure<Integer> erasure = new Erasure<>();
        // 利用反射获取字节码文件的对象
        Class<? extends Erasure> clz = erasure.getClass();
        // 获取所有的成员变量
        Field[] declaredFields = clz.getDeclaredFields();
        for (Field declareField:declaredFields) {
            // 打印成员变量的名称和类型
            System.out.println(declareField.getName() + " : " + declareField.getType().getName());
        }
    }
}

运行结果：

1
t : java.lang.Object

成员变量的名字依旧是t，但是类型已经成为了java.lang.Object，符合我们上文的描述，证明完毕。

也是因为这个原因，在反射中还有一个神奇的现象，越过泛型检查，我们会在《9.类的加载与反射》讨论反射的时候讨论。

有限制类型擦除

有限制类型擦除，把类型擦除为其extend的类型。

有限制类型擦除

证明过程略。

擦除方法中类型定义的参数

擦除方法中类型定义的参数，该种擦除同样存在有限和无限两种情况。
擦除方法中类型定义的参数

我们利用反射来看一下。

示例代码：

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package com.kakawanyifan;

import java.util.List;

public class Erasure<T extends Number> {

    private T t;

    public T getT() {
        return t;
    }

    public void setT(T t) {
        this.t = t;
    }

    /**
     * 泛型方法
     * @param t
     * @param <T>
     * @return
     */
    public <T extends List> T rtn (T t){
        return t;
    }
}
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package com.kakawanyifan;

import java.lang.reflect.Method;

public class ErasureDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Erasure<Integer> erasure = new Erasure<>();
        // 利用反射获取字节码文件的对象
        Class<? extends Erasure> clz = erasure.getClass();
        // 获取所有的成员方法
        Method[] declaredMethods = clz.getDeclaredMethods();
        for (Method declaredMethod:declaredMethods) {
            // 打印成员方法的名称和返回类型
            System.out.println(declaredMethod.getName() + " : " + declaredMethod.getReturnType().getName());
        }
    }
}

运行结果：

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setT : void
rtn : java.util.List
getT : java.lang.Number

确实存在一个方法，方法名是rtn，返回类型是java.util.List，符合我们上文的描述，证明完毕。

桥接方法

最后一种是桥接方法，这种主要存在与接口的实现类中。其特点是利用一个桥接方法，保持接口和类的联系。

桥接方法

我们利用反射来看一下。

示例代码：

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package com.kakawanyifan;

public interface Info<T> {
    T info(T t);
}
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package com.kakawanyifan;

public class InfoImpl implements Info<Integer> {

    @Override
    public Integer info(Integer integer) {
        return integer;
    }
}
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package com.kakawanyifan;

import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Parameter;

public class InfoImplDemo {
    public static void main(String[] args) {
        InfoImpl infoImpl = new InfoImpl();
        // 利用反射获取字节码文件的对象
        Class<? extends InfoImpl> clz = infoImpl.getClass();
        // 获取所有的成员方法
        Method[] declaredMethods = clz.getDeclaredMethods();
        for (Method declaredMethod:declaredMethods) {
            // 打印成员方法的名称和返回类型
            System.out.println(declaredMethod.getName() + " : " + declaredMethod.getReturnType().getName());
            Parameter[] parameters = declaredMethod.getParameters();
            for (Parameter parameter:parameters) {
                System.out.println(parameter.getType().getName());
            }
            System.out.println();
        }
    }
}

运行结果：

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info : java.lang.Integer
java.lang.Integer

info : java.lang.Object
java.lang.Object

确实存在两个方法，其中一个是原始的逻辑处理，另一个是桥接方法。符合我们上文的描述，证明完毕。证明完毕。

可变参数

可变参数即参数个数可变，用作方法的形参出现，指该方法参数个数就是可变的。

可变参数定义格式

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修饰符 返回值类型 方法名(数据类型... 变量名) {  }

可变参数的注意事项

  1. 这里的变量其实是一个数组
  2. 如果一个方法有多个参数，包含可变参数，可变参数要放在最后。

我们来看个具体的例子。

示例代码：

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package com.kakawanyifan;

public class ArgsDemo {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(sum(0));
        System.out.println(sum(0, 1));
        System.out.println(sum(0, 1, 2));
        System.out.println(sum(0, 1, 2, 3));
        System.out.println(sum(0, 1, 2, 3, 4));
        System.out.println(sum(0, 1, 2, 3, 4, 5));
        System.out.println(sum(0, 1, 2, 3, 4, 5, 6));
        System.out.println(sum(0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7));
        System.out.println(sum(0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8));
        System.out.println(sum(0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8,9));
    }

    public static int sum(int... a) {
        int sum = 0;
        for(int i : a) {
            sum += i;
        }
        return sum;
    }
}

运行结果：

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Arrays源码分析

这不是我们第一次分析Arrays的源码，在《3.最常用的Java自带的类》这一章我们也分析过Arrays的源码，当时我们以Arrays的源码为例，说设计工具类时候，非常建议的两个准则。

  1. 构造方法用private，防止外界创建对象。
  2. 成员方法用public static，为了使用类名访问成员方法。

这次，我们来看Arrays的一个似乎不是特别好的地方。

asList的注意

在Arrays类的asList方法中，我们可以看到可变参数，还可以看到泛型。

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public static <T> List<T> asList(T... a) {
    return new ArrayList<>(a);
}
  • 修饰符之后紧跟着的<T>，说明这是一个泛型方法。
  • T...，说明这是一个可变参数方法。

我们来看个例子。
示例代码：

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package com.kakawanyifan;

import java.util.Arrays;
import java.util.List;

public class ArgsDemo {

    public static void main(String[] args) {
        List<String> a = Arrays.asList("a", "b", "c");
        System.out.println(a);
        a.set(0, "d");
        System.out.println(a);
        a.add("e");
        System.out.println(a);
    }
}

运行结果：

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[a, b, c]
[d, b, c]
Exception in thread "main" java.lang.UnsupportedOperationException
	at java.util.AbstractList.add(AbstractList.java:148)
	at java.util.AbstractList.add(AbstractList.java:108)
	at com.kakawanyifan.ArgsDemo.main(ArgsDemo.java:13)

可以修改，但是不能新增？不支持的操作？

看看asList方法的源代码。

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public static <T> List<T> asList(T... a) {
    return new ArrayList<>(a);
}

调用的是ArrayList的构造方法，再来看看ArrayList的构造方法。

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private static class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements RandomAccess, java.io.Serializable
{
    private static final long serialVersionUID = -2764017481108945198L;
    private final E[] a;

    ArrayList(E[] array) {
        a = Objects.requireNonNull(array);
    }

    【部分代码略】

}

注意看！a居然是用final修饰的。在《2.面向对象》，讨论继承的访问权限的时候，我们讨论过。“fianl修饰类：该类不能被继承（不能有子类，但是可以有父类）”

此外，我们还讨论了
只要是final修饰的变量，就是不能再次进行赋值了，但是对于修饰的是基本数据类型的变量还是引用数据类型的变量，还有区别：

  • fianl修饰基本数据类型变量：final修饰指的是基本类型的数据值不能发生改变。
  • final修饰引用数据类型变量：final修饰指的是引用类型的地址值不能发生改变，但是地址里面的内容是可以发生改变的。

这样就可以解释，为什么我们不可以增加删除，但是可以修改了。

解决方法

那么，我们怎么把一个数组转为ArrayList，同时还能对其进行增删操作呢？
两种方法。

  1. 遍历数组，然后一个一个加进去。
  2. 利用Collections工具类的addAll()方法。

第一种方法不举例子，第二种方法，我们举个例子。
示例代码：

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package com.kakawanyifan;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.List;

public class ExceptionDemo {
    public static void main(String[] args) {
        String[] array = {"a", "b", "c"};
        List<String> arrayList = new ArrayList<>();
        Collections.addAll(arrayList,array);
        System.out.println(arrayList);
        arrayList.set(0,"d");
        System.out.println(arrayList);
        arrayList.add("e");
        System.out.println(arrayList);

    }
}

运行结果：

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[a, b, c]
[d, b, c]
[d, b, c, e]
文章作者: Kaka Wan Yifan
文章链接: https://kakawanyifan.com/10804
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