【用Java学习数据结构系列】探索Java集合框架的无尽秘密pro

简介: 【用Java学习数据结构系列】探索Java集合框架的无尽秘密pro

看到这句话的时候证明:此刻你我都在努力

加油陌生人 2.png

前言


与C语言学习数据结构不同,Java在数据结构的学习和使用上我们必须要了解一下Java的集合框架。

Java中的顺序表,链表,栈,队列,二叉树等,Java都是已经写好的了,其中队列是一个接口。

那么既然Java已经实现了这些数据结构,那么我们只需要认识和会使用这些接口和类就好,那么想认识这些数据结构之前,我们必须要先了解一下Java的集合框架。

什么是集合框架


集合框架是用于表示和操作集合的统一体系结构。所有集合框架都包含以下内容:


接口: 这些是表示集合的抽象数据类型。接口允许独立于其表示的细节来操作集合。在面向对象的语言中,接口通常形成一个层次结构。


实现: 这些是集合接口的具体实现。从本质上讲,它们是可重用的数据结构。


算法: 这些是对实现集合接口的对象执行有用计算(如搜索和排序)的方法。这些算法被称为多态算法:也就是说,相同的方法可以用于适当集合接口的许多不同实现。从本质上讲,算法是可重用的功能。


每个接口都要要实现的方法,当然上图中显示的都是集合框架中的接口。可能有人会问没见到要学习的顺序表和链表之类的东西啊。往下看:


ArrayList(顺序表)


LinkedList(链表)


Vector


Stack(栈)


CopyOnWriteArrayList


这五个类都是实现了这个框架中的List接口。也就是说List中的方法在这些个类中都会是实现。

其中

Java 集合框架的优点

Java 集合框架具有以下优点:


减少编程工作量: 通过提供有用的数据结构和算法,集合框架使您可以专注于程序的重要部分,而不是专注于使其运行所需的低级"管道"。通过促进不相关的

API 之间的互操作性,爪哇岛

集合框架使您无需编写适配器对象或转换代码来连接 API。


提高程序速度和质量: 此集合框架提供了有用数据结构和算法的高性能、高质量实现。每个接口的各种实现都是可以互换的,因此可以通过切换集合实现来轻松调整程序。因为您摆脱了编写自己的数据结构的苦差事,所以您将有更多时间投入到提高程序的质量和性能上。


允许在不相关的 API 之间实现互操作性: 集合接口是 API

来回传递集合的白话。如果我的网络管理 API

提供了节点名称的集合,并且您的 GUI

工具包需要列标题的集合,那么我们的 API

将无缝互操作,即使它们是独立编写的。


减少学习和使用新 API 的工作量: 许多 API

自然而然地在输入上获取集合,并将它们作为输出提供。过去,每个这样的

API 都有一个小的子 API,专门用于操作其集合。这些临时集合子 API

之间几乎没有一致性,因此您必须从头开始学习每个子

API,并且在使用它们时很容易出错。随着标准集合接口的出现,问题消失了。


减少设计新 API

的工作量: 这是前一个优势的另一面。设计人员和实现者不必在每次创建依赖于集合的

API 时都重新发明轮子;相反,他们可以使用标准集合接口。


促进软件重用: 符合标准集合接口的新数据结构本质上是可重用的。对实现这些接口的对象进行操作的新算法也是如此。


上面是官方文档的介绍,看不太懂很正常,毕竟我们还没学到那个程度,包括我也不是完全理解的。最后奉上比特的一张集合框架的接口和类的关系图

认识Collection


Java中的Collectionjava.util包下的一个根接口,它是Java集合框架的基础。Collection接口定义了所有单列集合(即只包含单一类型元素的集合)的基本操作。以下是Collection接口的一些详细解析:


基本概念

  • 单列集合Collection接口代表的集合只包含单一类型的元素。
  • 不可变性Collection接口本身是不可变的,即一旦集合被创建,其类型就不能改变。


子接口

Collection接口有两个主要的子接口:

List:代表有序的集合,允许重复元素。如ArrayList、LinkedList等。


Set:代表不允许重复元素的集合,无特定顺序。如HashSet、TreeSet等。


Queue: 队列通常(但不一定)以

FIFO(先进先出)方式对元素进行排序。例外情况包括优先级队列,它根据提供的比较器或元素的自然顺序对元素进行排序。无论使用何种排序,队列的头部都是通过调用

or 来删除的元素。在 FIFO

队列中,所有新元素都插入到队列的尾部。其他类型的队列可能使用不同的放置规则。每个实现都必须指定其排序属性

常用方法


Collection接口定义了以下一些基本操作:


add(E e):添加一个元素到集合中。


remove(Object o):从集合中移除一个元素。


contains(Object o):检查集合是否包含指定的元素。


size():返回集合中元素的数量。


isEmpty():检查集合是否为空。


toArray():返回包含集合中所有元素的数组。


iterator():返回一个迭代器,用于遍历集合中的元素。

迭代器(Iterator) {#迭代器iterator)}

Collection接口通过iterator()方法提供了一种遍历集合元素的方式。迭代器是一个对象,它允许程序逐个访问集合中的每个元素,而不需要关心集合的具体实现细节。


子接口的扩展方法

ListSet接口除了继承Collection的方法外,还提供了一些额外的方法来支持它们特定的行为:

  • List接口提供了插入、替换和访问特定位置元素的方法。
  • Set接口通常不提供对元素的直接访问,而是通过迭代器或Collection的通用方法来操作。


泛型

从Java

5开始,Collection及其子接口支持泛型,这意味着你可以指定集合中元素的类型,从而提高代码的类型安全性和重用性。


线程安全性

大多数Collection实现不是线程安全的。如果需要线程安全的集合,可以使用Collections.synchronizedCollection()方法包装一个集合,或者使用并发集合类,如ConcurrentHashMap的键集合。


选择适当的实现

选择适当的Collection实现对于性能至关重要。例如:

  • 使用ArrayList如果需要快速随机访问集合中的元素。
  • 使用LinkedList如果需要频繁地在集合中插入或删除元素。
  • 使用HashSet如果不需要保证元素的顺序,并且希望快速查找元素。


性能考虑

不同的Collection实现在不同操作下的性能表现不同。例如,ArrayList在随机访问方面表现更好,而LinkedList在插入和删除方面更高效。

Collection接口是Java集合框架的核心,提供了一种统一的方式来操作集合,无论它们的具体实现是什么。了解和合理使用Collection及其子接口可以大大提高Java程序的性能和可维护性。

好了通过这篇文章呢,相信你对集合框架有了一个基本的了解,其中更加深奥的知识需要你们更加努力的探索哦。

喜欢的话点个关注唔,之后会为大家继续更新这个系列。

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