Collection集合

集合概述

在前面基础班我们已经学习过并使用过集合ArrayList ,那么集合到底是什么呢?

集合：集合是java中提供的一种容器，可以用来存储多个数据。

集合和数组的区别

数组的长度是固定的。集合的长度是可变的。
数组中存储的是同一类型的元素，可以存储基本数据类型值。集合存储的都是对象。而且对象的类型可以不一致。在开发中一般当对象多的时候，使用集合进行存储。

学习集合的目标

会使用集合存储数据
会遍历集合，把数据取出来
掌握每种集合的特性

学习集合的方式

学习顶层：学习顶层的接口/抽象类共性的方法，所有的子类都可以使用
使用底层：顶层不是抽象类就是接口，无法创建对象使用。我们要使用底层的实现类来创建对象使用。

集合框架

JAVASE提供了满足各种需求的API，在使用这些API前，先了解其继承与接口操作架构，才能了解何时采用哪个类，以及类之间如何彼此合作，从而达到灵活应用。集合按照其存储结构可以分为两大类，分别是单列集合java.util.Collection 和双列集合 java.util.Map。Collection：单列集合类的根接口，用于存储一系列符合某种规则的元素，它有两个重要的子接口，分别是java.util.List 和 java.util.Set 。其中， List 的特点是元素有序、元素可重复丶有索引可以使用普通for循环遍历。 Set 的特点是元素不可重复且没有索引。 List 接口的主要实现类有 java.util.ArrayList 和 java.util.LinkedList ， Set 接口的主要实现类有 java.util.HashSet 和 java.util.TreeSet 。

从上面的描述可以看出JDK中提供了丰富的集合类库，为了便于初学者进行系统地学习，接下来通过一张图来描述整个集合类的继承体系。

其中，橙色框里填写的都是接口类型，而蓝色框里填写的都是具体的实现类。集合本身是一个工具，它存放在java.util包中。在 Collection 接口定义着单列集合框架中最最共性的内容。

Collection 常用功能

Collection是所有单列集合的父接口，因此在Collection中定义了单列集合(List和Set)通用的一些方法，这些方法可用于操作所有的单列集合。方法如下：

public boolean add(E e) ：把给定的对象添加到当前集合中。
public void clear() :清空集合中所有的元素。
public boolean remove(E e) : 把给定的对象在当前集合中删除。
public boolean contains(E e) : 判断当前集合中是否包含给定的对象。
public boolean isEmpty() : 判断当前集合是否为空。
public int size() : 返回集合中元素的个数。
public Object[] toArray() : 把集合中的元素，存储到数组中。

方法演示：

package demo01;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;

/*
    java.util.Collection接口
        所有单列集合的最顶层的接口,里边定义了所有单列集合共性的方法
        任意的单列集合都可以使用Collection接口中的方法
 */
public class Demo01Collection {
    public static void main(String[] args) {
        //创建集合对象,可以使用多态
        Collection<String> coll = new ArrayList<>();
        //打印对象名称，不是内存地址重写了toString方法
        System.out.println(coll);//[ ]

        /*
            public boolean add(E e)：  把给定的对象添加到当前集合中 。
            返回值是一个boolean值,一般都返回true,所以可以不用接收
         */
        boolean b1 = coll.add("张三");
        System.out.println("b1:" + b1);//b1:true
        System.out.println(coll);//[张三]
        coll.add("李四");
        coll.add("李四");
        coll.add("赵六");
        coll.add("田七");
        System.out.println(coll);//[张三, 李四, 李四, 赵六, 田七]

        /*
            public boolean remove(E e): 把给定的对象在当前集合中删除。
            返回值是一个boolean值,集合中存在元素,删除元素,返回true
                                集合中不存在元素,删除失败,返回false
         */
        boolean b2 = coll.remove("赵六");
        System.out.println("b2:" + b2);//b2:true

        boolean b3 = coll.remove("赵四");
        System.out.println("b3:" + b3);//b3:false
        System.out.println(coll);//[张三, 李四, 田七]

        /*
            public boolean contains(E e): 判断当前集合中是否包含给定的对象。
            包含返回true
            不包含返回false
         */
        boolean b4 = coll.contains("李四");
        System.out.println("b4:" + b4);//b4:true

        boolean b5 = coll.contains("赵四");
        System.out.println("b5:" + b5);//b5:false

        //public boolean isEmpty(): 判断当前集合是否为空。 集合为空返回true,集合不为空返回false
        boolean b6 = coll.isEmpty();
        System.out.println("b6:" + b6);//b6:false

        //public int size(): 返回集合中元素的个数。
        int size = coll.size();
        System.out.println("size:" + size);//size:4

        //public Object[] toArray(): 把集合中的元素，存储到数组中。
        Object[] arr = coll.toArray();
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.print(arr[i]); //张三 李四 李四 田七
        }

        //public void clear() :清空集合中所有的元素。但是不删除集合,集合还存在
        coll.clear();
        System.out.println(coll);//[]
        System.out.println(coll.isEmpty());//true
    }
}

tips:

有关Collection中的方法可不止上面这些，其他方法可以自行查看API学习。

Iterator迭代器

在程序开发中，经常需要遍历集合中的所有元素。针对这种需求，JDK专门提供了一个接口java.util.Iterator 。 Iterator 接口也是Java集合中的一员，但它与 Collection 、 Map 接口有所不同，Collection 接口与 Map 接口主要用于存储元素，而 Iterator 主要用于迭代访问（即遍历） Collection 中的元素，因此 Iterator 对象也被称为迭代器。想要遍历Collection集合，那么就要获取该集合迭代器完成迭代操作， Collection接口中有一个方法,叫iterator(),这个方法返回的就是迭代器的实现类对象。下面介绍一下获取迭代器的方法：

public Iterator iterator() : 获取集合对应的迭代器，用来遍历集合中的元素的。

下面介绍一下迭代的概念：

迭代：即Collection集合元素的通用获取方式。在取元素之前先要判断集合中有没有元素，如果有，就把这个元素取出来，继续在判断，如果还有就再取出出来。一直把集合中的所有元素全部取出。这种取出方式专业术语称为迭代。

Iterator接口的常用方法如下：

public E next() :返回迭代的下一个元素。
public boolean hasNext() :如果仍有元素可以迭代，则返回 true。

迭代器的使用步骤(重点):

使用集合中的方法iterator()获取迭代器的实现类对象,使用Iterator接口接收(多态)
使用Iterator接口中的方法hasNext判断还有没有下一个元素
使用Iterator接口中的方法next取出集合中的下一个元素

接下来我们通过案例学习如何使用Iterator迭代集合中元素：

package demo02;


import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;

/*
    java.util.Iterator接口:迭代器(对集合进行遍历)
    有两个常用的方法
        boolean hasNext() 如果仍有元素可以迭代，则返回 true。
            判断集合中还有没有下一个元素,有就返回true,没有就返回false
        E next() 返回迭代的下一个元素。
            取出集合中的下一个元素
    Iterator迭代器,是一个接口,我们无法直接使用,需要使用Iterator接口的实现类对象,获取实现类的方式比较特殊
    Collection接口中有一个方法,叫iterator(),这个方法返回的就是迭代器的实现类对象
        Iterator<E> iterator() 返回在此 collection 的元素上进行迭代的迭代器。

    迭代器的使用步骤(重点):
        1.使用集合中的方法iterator()获取迭代器的实现类对象,使用Iterator接口接收(多态)
        2.使用Iterator接口中的方法hasNext判断还有没有下一个元素
        3.使用Iterator接口中的方法next取出集合中的下一个元素
 */
public class Demo01Iterator {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个集合对象
        Collection<String> coll = new ArrayList<>();
        //往集合中添加元素
        coll.add("姚明");
        coll.add("科比");
        coll.add("麦迪");
        coll.add("詹姆斯");
        coll.add("艾弗森");

        /*
            1.使用集合中的方法iterator()获取迭代器的实现类对象,使用Iterator接口接收(多态)
            注意:
                Iterator<E>接口也是有泛型的,迭代器的泛型跟着集合走,集合是什么泛型,迭代器就是什么泛型
         */
        //多态  接口            实现类对象
        Iterator<String> it = coll.iterator();

        //2.使用Iterator接口中的方法hasNext判断还有没有下一个元素
        while(it.hasNext()){
            //3.使用Iterator接口中的方法next取出集合中的下一个元素
            String e = it.next();
            System.out.println(e);
        }
        System.out.println("----------------------");
        //for循环的格式 遍历元素
        for(Iterator<String> it2 = coll.iterator();it2.hasNext();){
            String e = it2.next();
            System.out.println(e);
        }


    }
}

注意：

在进行集合元素取出时，如果集合中已经没有元素了，还继续使用迭代器的next方法，将会发生java.util.NoSuchElementException没有集合元素的错误。

迭代器的实现原理

我们在之前案例已经完成了Iterator遍历集合的整个过程。当遍历集合时，首先通过调用t集合的iterator()方法获得迭代器对象，然后使用hashNext()方法判断集合中是否存在下一个元素，如果存在，则调用next()方法将元素取出，否则说明已到达了集合末尾，停止遍历元素。Iterator迭代器对象在遍历集合时，内部采用指针的方式来跟踪集合中的元素，为了让初学者能更好地理解迭代器的工作原理，接下来通过一个图例来演示Iterator对象迭代元素的过程：

在调用Iterator的next方法之前，迭代器的索引位于第一个元素之前，不指向任何元素，当第一次调用迭代器的next方法后，迭代器的索引会向后移动一位，指向第一个元素并将该元素返回，当再次调用next方法时，迭代器的索引会指向第二个元素并将该元素返回，依此类推，直到hasNext方法返回false，表示到达了集合的末尾，终止对元素的遍历。

增强for

增强for循环(也称for each循环)是JDK1.5以后出来的一个高级for循环，专门用来遍历数组和集合的。它的内部原理其实是个Iterator迭代器，所以在遍历的过程中，不能对集合中的元素进行增删操作。public interface Iterable<T>实现这个接口允许对象成为 "foreach" 语句的目标。Collection<E>extends Iterable<E>:所有的单列集合都可以使用增强for

格式：

它用于遍历Collection和数组。通常只进行遍历元素，不要在遍历的过程中对集合元素进行增删操作

代码举例

package demo02;

import java.util.ArrayList;

public class Demo02Foreach {
    public static void main(String[] args) {

        //使用增强for循环遍历集合

        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("aaa");
        list.add("bbb");
        list.add("ccc");
        list.add("ddd");
        for (String s : list) {
            System.out.println(s);
        }

        //使用增强for循环遍历数组
        int[] arr = {1, 2, 3, 4, 5};
        for (int i : arr) {
            System.out.println(i);
        }
    }

}

泛型

由来

在前面学习集合时，我们都知道集合中是可以存放任意对象的，只要把对象存储集合后，那么这时他们都会被提升成Object类型。当我们在取出每一个对象，并且进行相应的操作，这时必须采用类型转换。大家观察下面代码：

package demo03;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;

public class GenericDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList list = new ArrayList();
        list.add("abc");
        list.add(1);

        //使用迭代器遍历list集合,获取迭代器
        Iterator it = list.iterator();
        //使用迭代器中的方法hasNext和next遍历集合
        while (it.hasNext()) {
            //取出元素也是Object类型
            Object obj = it.next();
            System.out.println(obj);

            //想要使用String类特有的方法,length获取字符串的长度;不能使用  多态 Object obj = "abc"; 需要向下转型
            //会抛出ClassCastException类型转换异常,不能把Integer类型转换为String类型
            String s = (String) obj;
            System.out.println(s.length());
        }
    }
}

程序在运行时发生了问题java.lang.ClassCastException。为什么会发生类型转换异常呢？我们来分析下：由于集合中什么类型的元素都可以存储。导致取出时强转引发运行时 ClassCastException。怎么来解决这个问题呢？Collection虽然可以存储各种对象，但实际上通常Collection只存储同一类型对象。例如都是存储字符串对象。因此在JDK5之后，新增了泛型(Generic)语法，让你在设计API时可以指定类或方法支持泛型，这样我们使用API的时候也变得更为简洁，并得到了编译时期的语法检查。

泛型：可以在类或方法中预支地使用未知的类型。

一般在创建对象时，将未知的类型确定具体的类型。当没有指定泛型时，默认类型为Object类型。泛型是数据类型的一部分，我们将类名与泛型合并一起看做数据类型。泛型，用来灵活地将数据类型应用到不同的类、方法、接口当中。将数据类型作为参数进行传递。

使用泛型的好处

将运行时期的ClassCastException，转移到了编译时期变成了编译失败。
避免了类型强转的麻烦。

不使用泛型好处:

集合不使用泛型,默认的类型就是Object类型,可以存储任意类型的数据

定义和使用含有泛型的类

定义格式：

举例：

package demo03;

/*
    定义一个含有泛型的类,模拟ArrayList集合
    泛型是一个未知的数据类型,当我们不确定什么什么数据类型的时候,可以使用泛型
    泛型可以接收任意的数据类型,可以使用Integer,String,Student...
    创建对象的时候确定泛型的数据类型
 */
public class GenericClass<E> {
    private E name;
    private int age;

    public E getName() {
        return name;
    }

    public void setName(E name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}

使用泛型：即什么时候确定泛型。 在创建对象的时候确定泛型

package demo03;


public class Demo02GenericClass {
    public static void main(String[] args) {
        //不写泛型默认为Object类型，可以添加任何类型的数据
        GenericClass gc = new GenericClass();
        gc.setName("字符串");

        //创建GenericClass对象,泛型使用Integer类型，只能添加泛型指定类型的数据
        GenericClass<Integer> gc2 = new GenericClass<>();
        gc2.setName(1);

        //创建GenericClass对象,泛型使用String类型，
        GenericClass<String> gc3 = new GenericClass<>();
        gc3.setName("小明");

    }
}

含有泛型的方法

定义格式：

举例：

package demo03;

/*
    定义含有泛型的方法:泛型定义在方法的修饰符和返回值类型之间

    格式:
        修饰符 <泛型> 返回值类型 方法名(参数列表(使用泛型)){
            方法体;
        }

    含有泛型的方法,在调用方法的时候确定泛型的数据类型
    传递什么类型的参数,泛型就是什么类型
 */
public class GenericMethod {
    //定义一个含有泛型的方法
    public <M> void method01(M m) {
        System.out.println(m);
    }

    //定义一个含有泛型的静态方法
    public static <S> void method02(S s) {
        System.out.println(s);
    }
}

使用格式：调用方法时，确定泛型的类型

package demo03;

/*
    测试含有泛型的方法
 */
public class Demo03GenericMethod {
    public static void main(String[] args) {
        //创建GenericMethod对象
        GenericMethod gm = new GenericMethod();

        /*
            调用含有泛型的方法method01
            传递什么类型,泛型就是什么类型
         */
        gm.method01(10);
        gm.method01("abc");
        gm.method01(8.8);
        gm.method01(true);

        gm.method02("静态方法,不建议创建对象使用");

        //静态方法,通过类名.方法名(参数)可以直接使用
        GenericMethod.method02("静态方法");
        GenericMethod.method02(1);
    }
}

含有泛型的接口

定义格式：

举例：

package demo03;

/*
    定义含有泛型的接口
 */
public interface GenericInterface<I> {
    public abstract void method(I i);
}

使用格式：定义类时确定泛型的类型

package demo03;


/*
    含有泛型的接口,第一种使用方式:定义接口的实现类,实现接口,指定接口的泛型
    例如：
    public interface Iterator<E> {
        E next();
    }
    Scanner类实现了Iterator接口,并指定接口的泛型为String,所以重写的next方法泛型默认就是String
    public final class Scanner implements Iterator<String>{
        public String next() {}
    }
 */
public class GenericInterfaceImpl1 implements GenericInterface<String>{
    @Override
    public void method(String s) {
        System.out.println(s);
    }
}

2、始终不确定泛型的类型，直到创建对象时，确定泛型的类型

package demo03;


/*
    含有泛型的接口第二种使用方式:接口使用什么泛型,实现类就使用什么泛型,类跟着接口走
    就相当于定义了一个含有泛型的类,创建对象的时候确定泛型的类型
    例如：
    public interface List<E>{
        boolean add(E e);
        E get(int index);
    }
    public class ArrayList<E> implements List<E>{
        public boolean add(E e) {}
        public E get(int index) {}
    }
 */
public class GenericInterfaceImpl2<I> implements GenericInterface<I> {
    @Override
    public void method(I i) {
        System.out.println(i);
    }
}

确定泛型：

package demo03;

/*
    测试含有泛型的接口
 */
public class Demo04GenericInterface {
    public static void main(String[] args) {
        //创建GenericInterfaceImpl1对象
        GenericInterfaceImpl1 gi1 = new GenericInterfaceImpl1();
        gi1.method("字符串");

        //创建GenericInterfaceImpl2对象
        GenericInterfaceImpl2<Integer> gi2 = new GenericInterfaceImpl2<>();
        gi2.method(10);

        GenericInterfaceImpl2<Double> gi3 = new GenericInterfaceImpl2<>();
        gi3.method(8.8);
    }
}

泛型通配符

当使用泛型类或者接口时，传递的数据中，泛型类型不确定，可以通过通配符<?>表示。但是一旦使用泛型的通配符后，只能使用Object类中的共性方法，集合中元素自身方法无法使用。

通配符基本使用

泛型的通配符:不知道使用什么类型来接收的时候,此时可以使用?,?表示未知通配符。此时只能接受数据,不能往该集合中存储数据。

举例：

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Collection<Integer> list1 = new ArrayList<Integer>();
        getElement(list1);
        Collection<String> list2 = new ArrayList<String>();
        getElement(list2);
    }

    public static void getElement(Collection<?> coll) {
    } //？代表可以接收任意类型
}

注意：

泛型不存在继承关系

通配符高级使用----受限泛型

之前设置泛型的时候，实际上是可以任意设置的，只要是类就可以设置。但是在JAVA的泛型中可以指定一个泛型的上限和下限。

泛型的上限：

格式： 类型名称 <? extends 类 > 对象名称
意义： 只能接收该类型及其子类

泛型的下限：

格式： 类型名称 <? super 类 > 对象名称
意义： 只能接收该类型及其父类型

集合综合案例

案例介绍

按照斗地主的规则，完成洗牌发牌的动作。具体规则：使用54张牌打乱顺序,三个玩家参与游戏，三人交替摸牌，每人17张牌，最后三张留作底牌。

案例分析

准备牌：

牌可以设计为一个ArrayList,每个字符串为一张牌。每张牌由花色数字两部分组成，我们可以使用花色集合与数字集合嵌套迭代完成每张牌的组装。牌由Collections类的shufflfflffle方法进行随机排序。

发牌

将每个人以及底牌设计为ArrayList,将最后3张牌直接存放于底牌，剩余牌通过对3取模依次发牌。

看牌

直接打印每个集合。

代码实现

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        //1.准备牌
        //定义一个存储54张牌的ArrayList集合,泛型使用String
        ArrayList<String> poker = new ArrayList<>();
        //定义两个数组,一个数组存储牌的花色,一个数组存储牌的序号
        String[] colors = {"♠", "♥", "♣", "♦"};
        String[] numbers = {"2", "A", "K", "Q", "J", "10", "9", "8", "7", "6", "5", "4", "3"};
        //先把大王和小王存储到poker集合中
        poker.add("大王");
        poker.add("小王");
        //循环嵌套遍历两个数组,组装52张牌
        for (String number : numbers) {
            for (String color : colors) {
                //System.out.println(color+number);
                //把组装好的牌存储到poker集合中
                poker.add(color + number);
            }
        }
        //System.out.println(poker);

        /*
            2.洗牌
            使用集合的工具类Collections中的方法
            static void shuffle(List<?> list) 使用默认随机源对指定列表进行置换。
         */
        Collections.shuffle(poker);
        //System.out.println(poker);

        /*
            3.发牌
         */
        //定义4个集合,存储玩家的牌和底牌
        ArrayList<String> player01 = new ArrayList<>();
        ArrayList<String> player02 = new ArrayList<>();
        ArrayList<String> player03 = new ArrayList<>();
        ArrayList<String> diPai = new ArrayList<>();

        /*
            遍历poker集合,获取每一张牌
            使用poker集合的索引%3给3个玩家轮流发牌
            剩余3张牌给底牌
            注意:
                先判断底牌(i>=51),否则牌就发没了
         */
        for (int i = 0; i < poker.size(); i++) {
            //获取每一张牌
            String p = poker.get(i);
            //轮流发牌
            if (i >= 51) {
                //给底牌发牌
                diPai.add(p);
            } else if (i % 3 == 0) {
                //给玩家1发牌
                player01.add(p);
            } else if (i % 3 == 1) {
                //给玩家2发牌
                player02.add(p);
            } else if (i % 3 == 2) {
                //给玩家3发牌
                player03.add(p);
            }
        }

        //4.看牌
        System.out.println("刘德华:" + player01);
        System.out.println("周润发:" + player02);
        System.out.println("周星驰:" + player03);
        System.out.println("底牌:" + diPai);
    }
}

代码执行后的结果