Java数组与容器类分析资料--数组、List和Set、Map等

Java容器分析--数组

    数组是Java语言内置的类型，除此之外，Java有多种保存对象引用的方式。Java类库提供了一套相当完整的容器类，使用这些类的方法可以保存和操纵对象。下面分别进行讨论，在研究Java容器类之前，先了解一下Java数组的基本功能和特性。

1.  数组的基本特性<o:p></o:p>

         数组与其它种类的容器(List/Set/Map)之间的区别在于效率、确定的类型和保存基本类型数据的能力。数组是一种高效的存储和随机访问对象引用序列的方式，使用数组可以快速的访问数组中的元素。但是当创建一个数组对象(注意和对象数组的区别)后，数组的大小也就固定了，当数组空间不足的时候就再创建一个新的数组，把旧的数组中所有的引用复制到新的数组中。<o:p></o:p>

         Java中的数组和容器都需要进行边界检查，如果越界就会得到一个RuntimeException异常。这点和C++中有所不同，C++中vector的操作符[]不会做边界检查，这在速度上会有一定的提高，Java的数组和容器会因为时刻存在的边界检查带来一些性能上的开销。<o:p></o:p>

         Java中通用的容器类不会以具体的类型来处理对象，容器中的对象都是以Object类型处理的，这是Java中所有类的基类。另外，数组可以保存基本类型，而容器不能，它只能保存任意的Java对象。<o:p></o:p>

         一般情况下，考虑到效率与类型检查，应该尽可能考虑使用数组。如果要解决一般化的问题，数组可能会受到一些限制，这时可以使用Java提供的容器类。<o:p> </o:p>

2.  操作数组的实用功能<o:p></o:p>

         在java.util.Arrays类中，有许多static静态方法，提供了操作数组的一些基本功能：<o:p></o:p>

         equals()方法----用于比较两个数组是否相等，相等的条件是两个数组的元素个数必须相等，并且对应位置的元素也相等。<o:p></o:p>

         fill()方法----用以某个值填充整个数组，这个方法有点笨。<o:p></o:p>

         asList()方法----接受任意的数组为参数，将其转变为List容器。<o:p></o:p>

         binarySearch()方法----用于在已经排序的数组中查找元素，需要注意的是必须是已经排序过的数组。当Arrays.binarySearch()找到了查找目标时，该方法将返回一个等于或大于0的值，否则将返回一个负值，表示在该数组目前的排序状态下此目标元素所应该插入的位置。负值的计算公式是“-x<st1:chmetcnv tcsc="0" hasspace="False" sourcevalue="1" numbertype="1" negative="True" w:st="on" unitname="”">-1”</st1:chmetcnv>。x指的是第一个大于查找对象的元素在数组中的位置，如果数组中所有的元素都小于要查找的对象，则x = a.size()。如果数组中包含重复的元素，则无法保证找到的是哪一个元素，如果需要对没有重复元素的数组排序，可以使用TreeSet或者LinkedHashSet。另外，如果使用Comparator排序了某个对象数组，在使用该方法时必须提供同样的Comparator类型的参数。需要注意的是，基本类型数组无法使用Comparator进行排序。<o:p></o:p>

         sort()方法----对数组进行升序排序。<o:p></o:p>

         在Java标准类库中，另有static方法System.arraycopy()用来复制数组，它针对所有类型做了重载。<o:p></o:p>

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3.  数组的排序<o:p></o:p>

         在Java1.0和1.1两个版本中，类库缺少基本的算法操作，包括排序的操作，Java2对此进行了改善。在进行排序的操作时，需要根据对象的实际类型执行比较操作，如果为每种不同的类型各自编写一个不同的排序方法，将会使得代码很难被复用。一般的程序设计目标应是“将保持不变的事物与会发改变的事物相分离”。在这里，不变的是通用的排序算法，变化的是各种对象相互比较的方式。<o:p></o:p>

Java有两种方式来实现比较的功能，一种是实现java.lang.Comparable接口，该接口只有一个compareTo()方法，并以一个Object类为参数，如果当前对象小于参数则返回负值，如果相等返回零，如果当前对象大于参数则返回正值。另一种比较方法是采用策略(strategy)设计模式，将会发生变化的代码封装在它自己的类(策略对象)中，再将策略对象交给保持不变的代码中，后者使用此策略实现它的算法。因此，可以为不同的比较方式生成不同的对象，将它们用在同样的排序程序中。在此情况下，通过定义一个实现了Comparator接口的类而创建了一个策略，这个策略类有compare()和equals()两个方法，一般情况下实现compare()方法即可。<o:p></o:p>

使用上述两种方法即可对任意基本类型的数组进行排序，也可以对任意的对象数组进行排序。再提示一遍，基本类型数组无法使用Comparator进行排序。<o:p></o:p>

Java标准类库中的排序算法针对排序的类型进行了优化——针对基本类型设计了“快速排序”，针对对象设计的“稳定归并排序”。一般不用担心其性能。

Java容器分析--List和Set

容器类可以大大提高编程效率和编程能力，在Java2中，所有的容器都由SUN公司的Joshua Bloch进行了重新设计，丰富了容器类库的功能。<o:p></o:p>

         Java2容器类类库的用途是“保存对象”，它分为两类：<o:p></o:p>

Collection----一组独立的元素，通常这些元素都服从某种规则。List必须保持元素特定的顺序，而Set不能有重复元素。<o:p></o:p>

Map----一组成对的“键值对”对象，即其元素是成对的对象，最典型的应用就是数据字典，并且还有其它广泛的应用。另外，Map可以返回其所有键组成的Set和其所有值组成的Collection，或其键值对组成的Set，并且还可以像数组一样扩展多维Map，只要让Map中键值对的每个“值”是一个Map即可。

1.迭代器

       迭代器是一种设计模式，它是一个对象，它可以遍历并选择序列中的对象，而开发人员不需要了解该序列的底层结构。迭代器通常被称为“轻量级”对象，因为创建它的代价小。

       Java中的Iterator功能比较简单，并且只能单向移动：

(1)    使用方法iterator()要求容器返回一个Iterator。第一次调用Iterator的next()方法时，它返回序列的第一个元素。

(2)    使用next()获得序列中的下一个元素。

(3)    使用hasNext()检查序列中是否还有元素。

(4)    使用remove()将迭代器新返回的元素删除。

Iterator是Java迭代器最简单的实现，为List设计的ListIterator具有更多的功能，它可以从两个方向遍历List，也可以从List中插入和删除元素。

2.List的功能方法

List(interface): 次序是List最重要的特点；它确保维护元素特定的顺序。List为Collection添加了许多方法，使得能够向List中间插入与移除元素(只推荐LinkedList使用)。一个List可以生成ListIterator，使用它可以从两个方向遍历List，也可以从List中间插入和删除元素。

ArrayList: 由数组实现的List。它允许对元素进行快速随机访问，但是向List中间插入与移除元素的速度很慢。ListIterator只应该用来由后向前遍历ArrayList，而不是用来插入和删除元素，因为这比LinkedList开销要大很多。

LinkedList: 对顺序访问进行了优化，向List中间插入与删除得开销不大，随机访问则相对较慢(可用ArrayList代替)。它具有方法addFirst()、addLast()、getFirst()、getLast()、removeFirst()、removeLast()，这些方法(没有在任何接口或基类中定义过)使得LinkedList可以当作堆栈、队列和双向队列使用。

3.Set的功能方法

Set(interface): 存入Set的每个元素必须是唯一的，因为Set不保存重复元素。加入Set的Object必须定义equals()方法以确保对象的唯一性。Set与Collection有完全一样的接口。Set接口不保证维护元素的次序。

HashSet: 为快速查找而设计的Set。存入HashSet的对象必须定义hashCode()。

TreeSet: 保持次序的Set，底层为树结构。使用它可以从Set中提取有序的序列。

LinkedHashSet: 具有HashSet的查询速度，且内部使用链表维护元素的顺序(插入的次序)。于是在使用迭代器遍历Set时，结果会按元素插入的次序显示。

       HashSet采用散列函数对元素进行排序，这是专门为快速查询而设计的；TreeSet采用红黑树的数据结构进行排序元素；LinkedHashSet内部使用散列以加快查询速度，同时使用链表维护元素的次序，使得看起来元素是以插入的顺序保存的。需要注意的是，生成自己的类时，Set需要维护元素的存储顺序，因此要实现Comparable接口并定义compareTo()方法。

 

Java容器分析--Map

标准的Java类库中包含了几种类型的Map，它们都拥有同样的基本接口Map，但是行为特性各不相同，主要表现在效率、键值对的保存、元素呈现次序、对象的保存周期和判定键是否等价的策略等方面。<o:p></o:p>

1.Map的功能方法<o:p></o:p>

Map(interface): 维护label和value的关联性，使得可以通过label查找value。<o:p></o:p>

HashMap: Map基于散列表的实现，取代了Hashtable。插入和查询label/value的开销是固定的，并且可以通过构造器设置容量和负载因子，以调整容器的性能。<o:p></o:p>

LinkedHashMap: 在HashMap的基础上做了一些改进，在迭代遍历它时，取得label/value的顺序是其插入的次序，或者是最近最少使用(LRU)的次序，速度上比HashMap要慢一点，但在迭代访问时速度会更快，主要原因是它使用了链表维护内部次序。<o:p></o:p>

TreeMap: 查看label或label/value时，元素会被排序，其次序由Comparable或Comparator决定，因此查询所得到的结果是经过排序的。另外，它是唯一带有subMap()方法的Map具体类，即返回一个子树。它也是SortedMap接口的唯一实现，subMap()方法也是从该接口继承的。<o:p></o:p>

WeakHashMap: Weak Key映射，允许释放映射所指向的对象。当映射之外没有引用指向某个label时，此label可以被垃圾收集器回收。<o:p></o:p>

IdentityHashMap: 使用==代替equals()对label进行比较的散列映射。<o:p></o:p>

2.hashCode()<o:p></o:p>

         当使用标准库中的类Integer作为HashMap的label时，程序能够正常运行，但是使用自己创建的类作为HashMap的label时，通常犯一个错误。<o:p></o:p>