//转载自菜鸟教程

Java 数据结构

Java工具包提供了强大的数据结构。在Java中的数据结构主要包括以下几种接口和类：

  • 枚举（Enumeration）
  • 位集合（BitSet）
  • 向量（Vector）
  • 栈（Stack）
  • 字典（Dictionary）
  • 哈希表（Hashtable）
  • 属性（Properties）

以上这些类是传统遗留的，在Java2中引入了一种新的框架-集合框架(Collection)，我们后面再讨论。

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。

关于枚举接口的更多信息，请参见枚举（Enumeration）。

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。

关于该类的更多信息，请参见位集合（BitSet）。

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。

关于该类的更多信息，请参见向量(Vector)

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。

关于该类的更多信息，请参见栈（Stack）。

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。

关于该类的更多信息，请参见字典（ Dictionary）。

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。

关于该类的更多信息，请参见哈希表（HashTable）。

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。

关于该类的更多信息，请参见属性（Properties）。

Java 集合框架

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。

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。

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。接口允许集合独立操纵其代表的细节。在面向对象的语言，接口通常形成一个层次。
  • 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。
  • 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。

除了集合，该框架也定义了几个Map接口和类。Map里存储的是键/值对。尽管Map不是collections，但是它们完全整合在集合中。

集合框架体系如图所示

Java 集合框架提供了一套性能优良，使用方便的接口和类，java集合框架位于java.util包中， 所以当使用集合框架的时候需要进行导包。

集合接口

集合框架定义了一些接口。本节提供了每个接口的概述：

序号接口描述
1Collection 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)。

2List 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。

3Set

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。

4SortedSet
继承于Set保存有序的集合。
5Map
将唯一的键映射到值。
6Map.Entry
描述在一个Map中的一个元素（键/值对）。是一个Map的内部类。
7SortedMap
继承于Map，使Key保持在升序排列。
8Enumeration
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。

Set和List的区别

  • 1. Set 接口实例存储的是无序的，不重复的数据。List 接口实例存储的是有序的，可以重复的元素。

  • 2. Set检索效率低下，删除和插入效率高，插入和删除不会引起元素位置改变 <实现类有HashSet,TreeSet>。

  • 3. List和数组类似，可以动态增长，根据实际存储的数据的长度自动增长List的长度。查找元素效率高，插入删除效率低，因为会引起其他元素位置改变 <实现类有ArrayList,LinkedList,Vector> 。

集合实现类（集合类）

Java提供了一套实现了Collection接口的标准集合类。其中一些是具体类，这些类可以直接拿来使用，而另外一些是抽象类，提供了接口的部分实现。

标准集合类汇总于下表：

序号类描述
1AbstractCollection 
实现了大部分的集合接口。
2AbstractList 
继承于AbstractCollection 并且实现了大部分List接口。
3AbstractSequentialList 
继承于 AbstractList ，提供了对数据元素的链式访问而不是随机访问。
4LinkedList

该类实现了List接口，允许有null（空）元素。主要用于创建链表数据结构，该类没有同步方法，如果多个线程同时访问一个List，则必须自己实现访问同步，解决方法就是在创建List时候构造一个同步的List。例如：

Listlist=Collections.synchronizedList(newLinkedList(...));

LinkedList 查找效率低。

5ArrayList

该类也是实现了List的接口，实现了可变大小的数组，随机访问和遍历元素时，提供更好的性能。该类也是非同步的,在多线程的情况下不要使用。ArrayList 增长当前长度的50%，插入删除效率低。

6AbstractSet 
继承于AbstractCollection 并且实现了大部分Set接口。
7HashSet

该类实现了Set接口，不允许出现重复元素，不保证集合中元素的顺序，允许包含值为null的元素，但最多只能一个。

8LinkedHashSet
具有可预知迭代顺序的 Set 接口的哈希表和链接列表实现。
9TreeSet

该类实现了Set接口，可以实现排序等功能。

10AbstractMap 
实现了大部分的Map接口。
11HashMap 
HashMap 是一个散列表，它存储的内容是键值对(key-value)映射。
该类实现了Map接口，根据键的HashCode值存储数据，具有很快的访问速度，最多允许一条记录的键为null，不支持线程同步。
12TreeMap 
继承了AbstractMap，并且使用一颗树。
13WeakHashMap 
继承AbstractMap类，使用弱密钥的哈希表。
14LinkedHashMap 
继承于HashMap，使用元素的自然顺序对元素进行排序.
15IdentityHashMap 
继承AbstractMap类，比较文档时使用引用相等。

在前面的教程中已经讨论通过java.util包中定义的类，如下所示：

序号类描述
1Vector 

该类和ArrayList非常相似，但是该类是同步的，可以用在多线程的情况，该类允许设置默认的增长长度，默认扩容方式为原来的2倍。

2Stack 
栈是Vector的一个子类，它实现了一个标准的后进先出的栈。
3Dictionary 
Dictionary 类是一个抽象类，用来存储键/值对，作用和Map类相似。
4Hashtable 

Hashtable 是 Dictionary(字典) 类的子类，位于 java.util 包中。

5Properties 
Properties 继承于 Hashtable，表示一个持久的属性集，属性列表中每个键及其对应值都是一个字符串。
6BitSet
一个Bitset类创建一种特殊类型的数组来保存位值。BitSet中数组大小会随需要增加。

一个Bitset类创建一种特殊类型的数组来保存位值。BitSet中数组大小会随需要增加。

集合算法

集合框架定义了几种算法，可用于集合和映射。这些算法被定义为集合类的静态方法。

在尝试比较不兼容的类型时，一些方法能够抛出 ClassCastException异常。当试图修改一个不可修改的集合时，抛出UnsupportedOperationException异常。

集合定义三个静态的变量：EMPTY_SET，EMPTY_LIST，EMPTY_MAP的。这些变量都不可改变。

序号算法描述
1Collection Algorithms
这里是一个列表中的所有算法实现。

如何使用迭代器

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。

序号迭代器方法描述
1使用 Java Iterator
这里通过实例列出Iterator和listIterator接口提供的所有方法。

遍历 ArrayList

实例

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foreach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 foreach(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 ( ) ) ; } } }

解析：

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

实例

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 ) ; } } }

如何使用比较器

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。

序号比较器方法描述
1使用 Java Comparator
这里通过实例列出Comparator接口提供的所有方法

总结

Java集合框架为程序员提供了预先包装的数据结构和算法来操纵他们。

集合是一个对象，可容纳其他对象的引用。集合接口声明对每一种类型的集合可以执行的操作。

集合框架的类和接口均在java.util包中。

任何对象加入集合类后，自动转变为Object类型，所以在取出的时候，需要进行强制类型转换。

Java 泛型

Java 泛型（generics）是 JDK 5 中引入的一个新特性, 泛型提供了编译时类型安全检测机制，该机制允许程序员在编译时检测到非法的类型。

泛型的本质是参数化类型，也就是说所操作的数据类型被指定为一个参数。

假定我们有这样一个需求：写一个排序方法，能够对整型数组、字符串数组甚至其他任何类型的数组进行排序，该如何实现？

答案是可以使用 Java 泛型。

使用 Java 泛型的概念，我们可以写一个泛型方法来对一个对象数组排序。然后，调用该泛型方法来对整型数组、浮点数数组、字符串数组等进行排序。

泛型方法

你可以写一个泛型方法，该方法在调用时可以接收不同类型的参数。根据传递给泛型方法的参数类型，编译器适当地处理每一个方法调用。

下面是定义泛型方法的规则：

  • 所有泛型方法声明都有一个类型参数声明部分（由尖括号分隔），该类型参数声明部分在方法返回类型之前（在下面例子中的<E>）。
  • 每一个类型参数声明部分包含一个或多个类型参数，参数间用逗号隔开。一个泛型参数，也被称为一个类型变量，是用于指定一个泛型类型名称的标识符。
  • 类型参数能被用来声明返回值类型，并且能作为泛型方法得到的实际参数类型的占位符。
  • 泛型方法体的声明和其他方法一样。注意类型参数只能代表引用型类型，不能是原始类型（像int,double,char的等）。

实例

下面的例子演示了如何使用泛型方法打印不同字符串的元素：

实例

public class GenericMethodTest { // 泛型方法 printArray public static < E > void printArray ( E [ ] inputArray ) { // 输出数组元素 for ( E element : inputArray ) { System . out . printf ( " %s " , element ) ; } System . out . println ( ) ; } public static void main ( String args [ ] ) { // 创建不同类型数组： Integer, Double 和 Character Integer [ ] intArray = { 1 , 2 , 3 , 4 , 5 } ; Double [ ] doubleArray = { 1 .1 , 2 .2 , 3 .3 , 4 .4 } ; Character [ ] charArray = { ' H ' , ' E ' , ' L ' , ' L ' , ' O ' } ; System . out . println ( " 整型数组元素为: " ) ; printArray ( intArray ) ; // 传递一个整型数组 System . out . println ( " \n 双精度型数组元素为: " ) ; printArray ( doubleArray ) ; // 传递一个双精度型数组 System . out . println ( " \n 字符型数组元素为: " ) ; printArray ( charArray ) ; // 传递一个字符型数组 } }

编译以上代码，运行结果如下所示：

整型数组元素为:
1 2 3 4 5 

双精度型数组元素为:
1.1 2.2 3.3 4.4 

字符型数组元素为:
H E L L O

有界的类型参数:

可能有时候，你会想限制那些被允许传递到一个类型参数的类型种类范围。例如，一个操作数字的方法可能只希望接受Number或者Number子类的实例。这就是有界类型参数的目的。

要声明一个有界的类型参数，首先列出类型参数的名称，后跟extends关键字，最后紧跟它的上界。

实例

下面的例子演示了"extends"如何使用在一般意义上的意思"extends"（类）或者"implements"（接口）。该例子中的泛型方法返回三个可比较对象的最大值。

实例

public class MaximumTest { // 比较三个值并返回最大值 public static < T extends Comparable < T >> T maximum ( T x , T y , T z ) { T max = x ; // 假设x是初始最大值 if ( y . compareTo ( max ) > 0 ) { max = y ; // y 更大 } if ( z . compareTo ( max ) > 0 ) { max = z ; // 现在 z 更大 } return max ; // 返回最大对象 } public static void main ( String args [ ] ) { System . out . printf ( " %d, %d 和 %d 中最大的数为 %d \n \n " , 3 , 4 , 5 , maximum ( 3 , 4 , 5 ) ) ; System . out . printf ( " %.1f, %.1f 和 %.1f 中最大的数为 %.1f \n \n " , 6 .6 , 8 .8 , 7 .7 , maximum ( 6 .6 , 8 .8 , 7 .7 ) ) ; System . out . printf ( " %s, %s 和 %s 中最大的数为 %s \n " , " pear " , " apple " , " orange " , maximum ( " pear " , " apple " , " orange " ) ) ; } }

编译以上代码，运行结果如下所示：

3, 4 和 5 中最大的数为 5

6.6, 8.8 和 7.7 中最大的数为 8.8

pear, apple 和 orange 中最大的数为 pear

泛型类

泛型类的声明和非泛型类的声明类似，除了在类名后面添加了类型参数声明部分。

和泛型方法一样，泛型类的类型参数声明部分也包含一个或多个类型参数，参数间用逗号隔开。一个泛型参数，也被称为一个类型变量，是用于指定一个泛型类型名称的标识符。因为他们接受一个或多个参数，这些类被称为参数化的类或参数化的类型。

实例

如下实例演示了我们如何定义一个泛型类:

实例

public class Box < T > { private T t ; public void add ( T t ) { this . t = t ; } public T get ( ) { return t ; } public static void main ( String [ ] args ) { Box < Integer > integerBox = new Box < Integer > ( ) ; Box < String > stringBox = new Box < String > ( ) ; integerBox . add ( new Integer ( 10 ) ) ; stringBox . add ( new String ( " 菜鸟教程 " ) ) ; System . out . printf ( " 整型值为 :%d \n \n " , integerBox . get ( ) ) ; System . out . printf ( " 字符串为 :%s \n " , stringBox . get ( ) ) ; } }

编译以上代码，运行结果如下所示：

整型值为 :10

字符串为 :菜鸟教程

类型通配符

1、类型通配符一般是使用?代替具体的类型参数。例如 List<?> 在逻辑上是List<String>,List<Integer> 等所有List<具体类型实参>的父类。

实例

import java . util .*; public class GenericTest { public static void main ( String [ ] args ) { List < String > name = new ArrayList < String > ( ) ; List < Integer > age = new ArrayList < Integer > ( ) ; List < Number > number = new ArrayList < Number > ( ) ; name . add ( " icon " ) ; age . add ( 18 ) ; number . add ( 314 ) ; getData ( name ) ; getData ( age ) ; getData ( number ) ; } public static void getData ( List <?> data ) { System . out . println ( " data : " + data . get ( 0 ) ) ; } }

输出结果为：

data :icon
data :18
data :314

解析： 因为getData()方法的参数是List类型的，所以name，age，number都可以作为这个方法的实参，这就是通配符的作用

2、类型通配符上限通过形如List来定义，如此定义就是通配符泛型值接受Number及其下层子类类型。

实例

import java . util .*; public class GenericTest { public static void main ( String [ ] args ) { List < String > name = new ArrayList < String > ( ) ; List < Integer > age = new ArrayList < Integer > ( ) ; List < Number > number = new ArrayList < Number > ( ) ; name . add ( " icon " ) ; age . add ( 18 ) ; number . add ( 314 ) ; // getUperNumber(name);//1 getUperNumber ( age ) ; // 2 getUperNumber ( number ) ; // 3 } public static void getData ( List <?> data ) { System . out . println ( " data : " + data . get ( 0 ) ) ; } public static void getUperNumber ( List <? extends Number > data ) { System . out . println ( " data : " + data . get ( 0 ) ) ; } }

输出结果：

data :18
data :314

解析： 在(//1)处会出现错误，因为getUperNumber()方法中的参数已经限定了参数泛型上限为Number，所以泛型为String是不在这个范围之内，所以会报错

3、类型通配符下限通过形如 List<? super Number>来定义，表示类型只能接受Number及其三层父类类型，如Objec类型的实例。


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