Java容器全面分析（续）
一、Set与Map
Set集合的继承体系：
Map集合的继承体系：
从上面的继承关系我们可以看出来，实现Map接口和Set接口的接口名、类名完全相似。
从上一篇博文的分析我们可以知道，Map集合的key具有一个特征：所有的key不能重复，且key之间没有顺序（TreeMap是有顺序的），如果将Map集合的所有key集中起来，那这些key就组成了一个set集合，则map集合提供了keySet()方法返回所有key组成的集合。这样就实现了Map到Set之间的转换。其实也可以实现Set到Map之间的转换。
下面简单实现一下将Set扩展成Map，自定义个一个SimpleEntry类，
代码如下：
package com.crazyit;
import java.util.HashSet;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;
class SimpleEntry<K, V> implements Map.Entry<K, V>, java.io.Serializable {
private final K key;
private V value;
public SimpleEntry(K key, V value) {
this.key = key;
this.value = value;
}
public SimpleEntry(Map.Entry<? extends K, ? extends V> entry) {
this.key = entry.getKey();
this.value = entry.getValue();
}
public K getKey() {
return key;
}
public V getValue() {
return value;
}
public V setValue(V value) {
V oldValue = this.value;
this.value = value;
return oldValue;
}
public boolean equals(Object o) {
if (o == this) {
return true;
}
if (o.getClass() == SimpleEntry.class) {
SimpleEntry se = (SimpleEntry) o;
return se.getKey().equals(getKey());
}
return false;
}
public int hashCode() {
return key == null ? 0 : key.hashCode();
}
public String toString() {
return key + "=" + value;
}
}
public class Set2Map<K, V> extends HashSet<SimpleEntry<K, V>> {
public void clear() {
super.clear();
}
public boolean containsKey(K key) {
return super.contains(new SimpleEntry<K, V>(key, null));
}
boolean containsValue(Object value) {
for (SimpleEntry<K, V> se : this) {
if (se.getValue().equals(value)) {
return true;
}
}
return false;
}
public V get(Object key) {
for (SimpleEntry<K, V> se : this) {
if (se.getKey().equals(key)) {
return se.getValue();
}
}
return null;
}
public V put(K key, V value) {
add(new SimpleEntry<K, V>(key, value));
return value;
}
public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {
for (K key : m.keySet()) {
add(new SimpleEntry<K, V>(key, m.get(key)));
}
}
public V removeEntry(Object key) {
for (Iterator<SimpleEntry<K, V>> it = this.iterator(); it.hasNext();) {
SimpleEntry<K, V> en = (SimpleEntry<K, V>) it.next();
if (en.getKey().equals(key)) {
V v = en.getValue();
it.remove();
return v;
}
}
return null;
}
public int size() {
return super.size();
}
}
自定义的一个SimpleEntry<K,V>类，当一个Set的所有集合元素都是SimpleEntry<K,V>对象的时候，该Set就变成了一个Map<K,V>集合。接下来，程序以HashSet<SimpleEntry<K,V>>为父类派生了一个子类Set2Map<K,V>，这个扩展类完全可以被当成Map使用，因此上面程序中的Set2Map<K,V>类中也提供了Map集合应该提供的绝大部分方法。
总结：可以通过对Set加以改造，将Set变为Map，这个改造的Map集合在功能上几乎可以和系统提供的Map一样。
二、HashMap与HashSet分析比较：
1、HashMap与HashSet都是采用传统的Hash算法决定集合的存储位置，这样可以保证快速存、取集合元素。
注意：集合虽然说存储Java对象，但实际上不会真正将Java对象放入Set集合中，而只是在Set集合中保留这些对象的引用罢了。
对于HashMap、HashSet及其子类而言，它们采用了Hash算法来决定集合中元素的存储位置
当在创建HashMap的时候，有一个默认的负载因子，其默认值为0.75,，这是时间和空间成本上的一种折衷，增大负载因子就可以减少Hash表所占用的内存空间，但会增加查询数据的时间开销，而查询又是最频繁的操作。减小负载因子会提高数据查询的性能，但是增加Hash表所占用的内存空间。
2、对于HashSet，它是基于HashMap实现的，HashSet底层采用HashMap来保存所有的元素，因此HashSet的实现相对容易一些。
注意：HashSet的绝大部分方法都是通过调用HashMap来实现的，因此HashSet和HashMap两个集合在实现本质上是相同的。
如果向HashSet中添加一个已经存在的元素，新添加的集合元素不会覆盖已有的集合元素。
下面我们看一个精彩的程序：
package com.crazyit;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
public class HashSetTest {
public static void main(String[] args) {
Set<Name> s = new HashSet<Name>();
s.add(new Name("li", "tianpeng"));
System.out.println(s.contains(new Name("li", "tianpeng")));
}
}
class Name {
private String first;
private String last;
public Name(String first, String last) {
this.first = first;
this.last = last;
}
}
下面是结果截图：
打印出来的结果竟然是“false”，我们命名已经添加了一个new Name("abc","123")对象。
这是因为HashSet判断两个对象相等的标准除了要通过equals()方法比较返回true之外，还要两个对象的hashCode()返回值相等，而上面的程序没有没有重写Name类的hashCode()方法，两个Name对象的返回值并不相等，因此HashSet会把它们当成2个对象来处理。
下面重写了hashCode()方法：
package com.crazyit;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
public class HashSetTest {
public static void main(String[] args) {
Set<Name> s = new HashSet<Name>();
s.add(new Name("li", "tianpeng"));
System.out.println(s.contains(new Name("li", "tianpeng")));
}
}
class Name {
private String first;
private String last;
public Name(String first, String last) {
this.first = first;
this.last = last;
}
public int hashCode() {
return first.hashCode();
}
public boolean equals(Object o) {
if (this == o)
return true;
if (o.getClass() == Name.class) {
Name n = (Name) o;
return n.first.equals(first);
}
return false;
}
}
运行结果截图如下：
三、TreeMap与TreeSet比较分析：
1、TreeSet底层采用一个NavigableMap来保存TreeSet集合的元素，但是，由于NavigableMap只是一个接口，因此底层仍然使用TreeMap来包含集合中所有元素。
注意：TreeSet里绝大部分方法都是直接调用TreeMap的方法来实现的。
2、TreeMap则采用一种“红黑树”的排序二叉树来保存Map中的每一个元素，每个元素被当成“红黑树”的一个节点对待。
每次添加一个新元素时，此新元素作为“红黑树”的根节点被添加到已有的红黑树中。这样利用红黑树可以快速地插入与删除还有查找。
下面是TreeMap的应用程序：
package com.crazyit;
import java.util.TreeMap;
public class TreeMapTest {
public static void main(String[] args) {
TreeMap<String, Double> map = new TreeMap<String, Double>();
map.put("ccc", 89.0);
map.put("zzz", 89.0);
map.put("aaa", 89.0);
map.put("bbb", 89.0);
System.out.println(map);
}
}
运行结果如下：
关于红黑树的介绍：以后我们会慢慢提到。
总结：Treemap本质上就是一个“红黑树”，而TreeMap上的每一个元素就是该红黑树上的节点。
四、Map和List比较分析：
1、Map的values()方法，Map集合是一个关联数组，Map可以根据key来获取对应的value，所以这些value可以组成一个List集合。但是Map的values()方法并未返回一个List集合。
可以从下面的代码中看出：
package com.crazyit;
import java.util.HashMap;
import java.util.TreeMap;
public class MapValueTest {
public static void main(String[] args) {
HashMap<String, Double> scores = new HashMap<String, Double>();
scores.put("语文", 89.0);
scores.put("数学", 83.0);
scores.put("英文", 84.0);
System.out.println(scores.values());
System.out.println(scores.values().getClass());
TreeMap<String, Double> health = new TreeMap<String, Double>();
health.put("身高", 173.0);
health.put("体重", 171.0);
System.out.println(health.values());
System.out.println(health.values().getClass());
}
}
运行结果如下：
可以看出来Map中values()方法返回的值的集合不是List对象。
2、TreeMap：与HashMap优点类似，TreeMap的values()方法返回同样的Values对象，但是此处的Values类是TreeMap的私有内部类，因为TreeMap是用“红黑树”实现的，所以此时Values类当然要考虑红黑树的一些特性。
总结：HashMap和TreeMap中的values()方法并未把Map中的value重新组合成一个包含元素的集合对象，这样可以大大降低系统的开销。
五、Map和List的分析比较：
Map与Set的底层结构很相似，从用法也有一些相似的地方：
（1）Map接口提供了get(K key)方法允许Map对象根据key取得value
（2）List接口提供了get(int index)方法允许List对象根据元素索引取得value
可以把List看成所有key都是int类型的Map，也可以把Map看成key可以是任何类型的List。
六、ArrayList和LinkedList分析比较：
在List集合的实现类中，主要有3种：ArrayList、Vector和LinkedList。其中Vector还有一个Stack子类，此Stack子类仅在Vector父类的基础上增加了5个方法，这5个方法就将一个Vector扩展成了Stack，实际从本质上来讲，Stack仍然是一个Vector，它只是比Vector多了5个方法罢了。
但实际上，Java不推荐使用Stack类，而使推荐使用Deque实现类，Java提供了一个Deque接口，并为该接口提供了一个ArrayDeque实现类，在无需保证线程安全的情况下，程序完全可以使用ArrayDeque来代替Stack类。
Deque接口代表双端队列这种数据结构，它既有队列FIFO的性质，也有栈FILO的性质。
1、Vector与ArrayList区别：
（1）从序列化机制来看，ArrayList的实现比Vector实现更安全
（2）但Vector是ArrayList的线程安全版本，Vector和ArrayList的绝大部分方法都是相同的，只是Vector的方法增加了synchronized关键字
注意：在多线程条件下使用List集合，而且需要保证List集合的线程安全，仍然可以不使用Vector，考虑将ArrayList包装成线程安全的集合类。Java提供了一个Collections工具类，通过该工具类synchronizedList方法可以将一个普通的ArrayList包装成线程安全的ArrayList。
2、ArrayList和LinkedList区别：
（1）ArrayList是一种顺序存储的线性表
（2）LinkedList是一种链式存储的线性表，其本质就是一个双向链表，因为它不仅实现了List接口，而且实现了Deque接口。
总结：ArrayList取数的性能优越，LinkedList插入、删除的性能优越。
七、Iterator迭代器：
下面看关于迭代器的几个代码：
package com.crazyit;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
public class ArrayListRemove {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("111");
list.add("222");
list.add("333");
Iterator<String> it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
String ele = it.next();
if (ele.equals("222"))
list.remove(ele);
}
}
}
此时并没有产生异常，
下面再看一个代码：
package com.crazyit;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
public class ArrayListRemove {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("111");
list.add("222");
list.add("333");
Iterator<String> it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
String ele = it.next();
if (ele.equals("333"))
list.remove(ele);
}
}
}
此时会产生如下异常：
package com.crazyit;
import java.util.Iterator;
import java.util.TreeSet;
public class ArrayListRemove {
public static void main(String[] args) {
TreeSet<String> set = new TreeSet<String>();
set.add("111");
set.add("222");
set.add("333");
Iterator<String> it = set.iterator();
while (it.hasNext()) {
String ele = it.next();
if (ele.equals("333"))
set.remove(ele);
}
}
}
此时并不会产生异常，
再看下面的代码：
package com.crazyit;
import java.util.Iterator;
import java.util.TreeSet;
public class ArrayListRemove {
public static void main(String[] args) {
TreeSet<String> set = new TreeSet<String>();
set.add("111");
set.add("222");
set.add("333");
Iterator<String> it = set.iterator();
while (it.hasNext()) {
String ele = it.next();
if (ele.equals("222"))
set.remove(ele);
}
}
}
此时产生如下异常：
总结：
（1）实际上，对于ArrayList、Vector、LinkedList等List集合而言，如果正在遍历倒数第2个集合元素，使用List集合的remove()方法删除集合的任意一个元素并不会发生异常，当正在遍历其他元素时删除其他元素就会发生相关异常。
（2）对于TreeSet、HashSet等Set集合而言，当使用Iterator遍历它们时，如果正在遍历最后一个集合元素时，使用Set集合的remove()方法删除结婚的元素并不会引发异常，但是如果在遍历其他集合元素时删除其他元素，就会引发相关异常。
因为对于List集合，如果在遍历最后第2个元素时执行删除操作，则List调用Iterator对应的hashNext()方法判断已经没有下一个元素了，则不会取next()了。
而对于Set集合，在遍历最后一个元素时，此时遍历操作已经完成，删除Set中元素不会产生任何影响。
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