java集合进阶

集合体系结构
Collection集合
List
数据结构
ArrayList
LinkedList
泛型深入
数据结构树
Set系列集合
HashSet
LinkedHashSet
TreeSet

集合体系结构

• 单列集合:在添加数据时，每次添加一个数据

List系列集合:添加的元素是有序、可重复、有索引
Set系列集合:添加的元素是无序、不重复、无索引
有序:存进去和取出来的顺序是一样的

• 双列集合:在添加数据时，每次添加一对数据

Collection

Collection是单列集合的祖宗接口，它的功能是全部单列集合都可以继承使用的。

迭代器遍历

迭代器不依赖索引
迭代器在Java中的类是Iterator，迭代器是集合专用的遍历方式。

Collection集合获取迭代器

Iterator中常用方法

细节注意:

• 报错NoSuchElementException
• 迭代器遍历完毕，指针不会复位
• 循环中只能用一次next方法
• 迭代器遍历时，不能用集合的方法进行增加或者删除
• 如果我实在要删除:那么可以用迭代器提供的remove方法进行删除。

增强for遍历

所有的单列集合和数组才能用增强for进行遍历。

修改增强for中的变量，不会改变集合中原本的数据

Lambda表达式遍历

List

List集合的特点

• 有序：存和取的元素顺序一致
• 有索引：可以通过索引操作元素
• 可重复：存储的元素可以重复’
• Collection的方法List都继承了
  
  

List集合遍历

• 迭代器遍历：在遍历的过程中需要删除元素，请使用迭代器
• 列表迭代器遍历:在遍历的过程中需要添加元素，请使用列表迭代器
• 增强for遍历
• Lambda表达式遍历
• 普通for遍历

数据结构

计算机存储、组织数据的方式
是指数据相互之间是以什么方式排列在一起的。
数据进入栈模型的过程称为:压/进栈
数据离开栈模型的过程称为:弹/出栈

栈

后进先出，先进后出

队列

先进先出，后进后出
数据从后端进入队列模型的过程称为:入队列
数据从前端离开队列模型的过程称为:出队列

数组

数组是一种查询快，增删慢的模型

• 查询速度快::查询数据通过地址值和索引定位，查询任意数据耗时相同。(元素在内存中是连续存储的)
• 删除效率低:要将原始数据删除，同时后面每个数据前移
• 添加效率极低:添加位置后的每个数据后移，再添加元素。

链表

链表中的结点是独立的对象，在内存中是不连续的，每个结点包含数据值和下一个结点的地址。
链表查询慢，无论查询哪个数据都要从头开始找，

ArrayList

底层原理

• 利用空参创建的集合，在底层创建一个默认长度为0的数组(elementData)
• 添加第一个元素时，底层会创建一个新的长度为10的数组(默认null)
• 存满时，会扩容1.5倍
• 如果一次添加多个元素，1.5倍还放不下，则新创建数组的长度以实际为准
  
  

LinkedList

底层数据结构是双链表，查询慢，增删快，但是如果操作的是首尾元素，速度也是极快的

底层源码

迭代器底层

泛型深入

泛型:是IDK5中引入的特性，可以在编译阶段约束操作的数据类型，并进行检查。
泛型的格式:<数据类型>
注意:
泛型只能支持引用数据类型，
指定泛型的具体类型后，传递数据时，可以传入该类类型或者其子类类型，
如果不写泛型，类型默认是Object

扩展知识点:Java中的泛型是伪泛型

泛型很多地方进行定义

• 类后面–泛型类

使用场景：当一个类中，某个变量的数据类型不确定时，就可以定义带有泛型的类
格式：修饰符 class 类名<类型>{}

此处E可以理解为变量，但是不是用来记录数据的，而是记录数据的类型，可以写成:T、E、K、V等

• 方法上面–泛型方法

方法中形参类型不确定时
方案①:使用类名后面定义的泛型，所有方法都能用
方案②:在方法申明上定义自己的泛型，只有本方法能用
格式：修饰符<类型> 返回值类型 方法名 (类型 变量名) {}

• 接口后面–泛型接口

格式：修饰符 interface 接口名<类型>{
}
使用：
方式1:实现类给出具体类型
方式2:实现类延续泳型，创建对象时再确定

泛型的继承和通配符

• 泛型不具备继承性，但是数据具备继承性

此时，泛型里面写的是什么类型，那么只能传递什么类型的数据
弊端:利用泛型方法有一个小弊端，此时他可以接受任意的数据类型
此时我们就可以使用泛型的通配符:
?也表示不确定的类型，他可以进行类型的限定
? extends E:表示可以传递E或者E所有的子类类型
? super E :表示可以传递E或者E所有的父类类型
应员场景
1.如果我们在定义类、方法、接口的时候，如果类型不确定，就可以定义泛型类、泛型方法、泛型接口。
2.如果类型不确定，但是能知道以后只能传递某个继承体系中的，就可以泛型的通配符

数据结构树

度:每一个节点的子节点数量
二叉树中，任意节点的度<=2
树高:树的总层数
根节点:最顶层的节点

二叉查找树

二叉查找树，又称二叉排序树或者二叉搜索树

• 每一个节点上最多有两个子节点
• 任意节点左子树上的值都小于当前节点
• 任意节点右子树上的值都大于当前节点

添加节点：小的存左边，大的存右边，一样的不存

遍历方式

1. 前序遍历：从根结点开始，然后按照当前结点，左子结点，右子结点的顺序遍历
2. 中序遍历：从最左边的子节点开始，然后按照左子结点，当前结点，右子结点的顺序遍历
3. 后序遍历：从最左边的子节点开始，然后按照左子结点，右子结点，当前结点的顺序遍历
4. 层序遍历：从根节点开始一层一层的遍历

平衡二叉树

规则:任意节点左右子树高度差不超过1

触发时机:当添加一个节点之后，该树不再是一颗平衡二叉树
旋转机制：

• 左旋：
  确定支点:从添加的节点开始，不断的往父节点找不平衡的节点
  
  步骤：
         1.以不平衡的点作为支点
         2.把支点左旋降级，变成左子节点
         3.晋升原来的右子节点
  
  步骤：
         1.以不平衡的点作为支点
         2.将根节点的右侧往左拉
         3.原先的右子节点变成新的父节点，并把多余的左子节点出让，给已经降级的根节点当右子节点

• 右旋
  

步骤：
       1.以不平衡的点作为支点
       2.把支点右旋降级，变成右子节点
       3.晋升原来的左子节点

步骤：
       1.以不平衡的点作为支点
       2.将根节点的左侧往右拉
       3.原先的左子节点变成新的父节点，并把多余的右子节点出让，给已经降级的根节点当左子节点

旋转的情况

• 左左:当根节点左子树的左子树有节点插入，导致二又树不平衡,一次右旋
• 左右:当根节点左子树的右子树有节点插入，导致二叉树不平衡,先局部左旋，在整体右旋
• 右右:当根节点右子树的右子树有节点插入，导致二叉树不平衡,一次左旋
• 右左:当根节点右子树的左子树有节点插入，导致二叉树不平衡,先局部右旋，再整体左旋

红黑树

• 红黑树是一种自平衡的二叉查找树，是计算机科学中用到的一种数据结构。
• 它是一种特殊的二叉查找树，红黑树的每一个节点上都有存储位表示节点的颜色
• 一个节点可以是红或者黑;红黑树不是高度平衡的，它的平衡是通过"红黑规则"进行实现的
• 
  

红黑规则

1. 每一个节点或是红色的，或者是黑色的
2. 根节点必须是黑色
3. 如果一个节点没有子节点或者父节点，则该节点相应的指针属性值为Nil，这些Nil视为叶节点，每个叶节点(Nil)是黑色的
4. 如果某一个节点是红色，那么它的子节点必须是黑色(不能出现两个红色节点相连的情况)
5. 对每一个节点，从该节点到其所有后代叶节点的简单路径上，均包含相同数目的黑色节点

添加节点的规则

默认颜色:添加节点默认是红色的(效率高)

Set系列集合

1. 无序:存取顺序不一致
2. 不重复:可以去除重复
3. 无索引:没有带索引的方法，所以不能使用普通for循环遍历，也不能通过索引来获取元素

HashSet(无序、不重复、无索引)

Hashset集合底层采取哈希表存储数据
哈希表是一种对于增删改查数据性能都较好的结构

哈希表组成
数组+链表+红黑树

哈希值
对象的整数表现形式
添加数据不是从0索引开始添加的而是通过下面这个公式计算出应存储的位置

• 根据hashcode方法算出来的int类型的整数
• 该方法定义在0bject类，所有对象都可以调用，默认使用地址值进行计算
• 一般情况下，会重写hashcode方法，利用对象内部的属性值计算哈希值

哈希值特点

• 如果没有重写上hashcode方法，不同对象计算出的哈希值是不同的
• 如果已经重写hashcode方法，不同的对象只要属性值相同，计算出的哈希值就是一样的
• 在小部分情况下，不同的属性值或者不同的地址值计算出来的哈希值也有可能一样。(哈希碰撞)

底层原理

当数组存了16*0.75=12元素后，会扩容为原先的两倍
JDK8以后，当链表长度超过8而且数组长度大于等于64时自动转换为红黑树
如果集合中存储的是自定义对象，必须要重写hashcode和equals方法
重写hashcode是为了我们根据属性值计算哈希值
重写equals方法是为了比较的时候比较的对象内部的属性值

LinkedHashSet(有序、不重复、无索引)

底层原理
存储和取出的这里的有序指的是保证的元素顺序一致
原理:底层数据结构是依然哈希表，只是每个元素又额外的多了一个双链表的机制记录存储的顺序。

TreeSet(可排序、不重复、无索引)

可排序:按照元素的默认规则(有小到大)排序。
Treeset集合底层是基于红黑树的数据结构实现排序的，增删改查性能都较好

集合默认规则

对于数值类型:Integer，Double，默认按照从小到大的顺序进行排序
对于字符、字符串类型:按照字符在ASCII码表中的数字升序进行排序

比较方式

方式一:默认排序/自然排序:Javabean类实现Comparable接口指定比较规则

方式二:比较器排序:创建Treeset对象时候，传递比较器Comparator指定规则

同时存在以方式二为准

总结:
1.如果想要集合中的元素可重复用ArrayList集合，基于数组的。(用的最多）
2.2.如果想要集合中的元素可重复，而且当前的增删操作明显多于查询用 ，LinkedList集合，基于链表的。
3.如果想对集合中的元素去重用HashSet集合，基于哈希表的。(用的最多)
4.如果想对集合中的元素去重，而且保证存取顺序用LinkedHashSet集合，基于哈希表和双链表，效率低于HashSet
5.如果想对集合中的元素进行排序，用TreeSet集合，基于红黑树。后续也可以用List集合实现排序。