一、List集合

我们掌握了Collection接口的使用后，再来看看Collection接口中的子类，他们都具备那些特性呢？

接下来，我们一起学习Collection中的常用几个子类（java.util.List集合、java.util.Set集合）。

1.1 List接口介绍

java.util.List 接口继承自 Collection 接口，是单列集合的一个重要分支，习惯性地会将实现了List 接口的对象称为List集合。在 List 集合中允许出现重复的元素，所有的元素是以一种线性方式进行存储的，在程序中可以通过索引来访问集合中的指定元素。另外，List集合还有一个特点就是元素有序，即元素的存入顺序和取出顺序一致。

总结List接口特点：

1. 它是一个元素存取有序的集合。例如，存元素的顺序是11、22、33。那么集合中，元素的存储就是按照11、22、33的顺序完成的）。
2. 它是一个带有索引的集合，通过索引就可以精确的操作集合中的元素（与数组的索引是一个道理）。
3. 集合中可以有重复的元素，通过元素的equals方法，来比较是否为重复的元素。

tips：前面已经学习过List接口的子类java.util.ArrayList类，该类中的方法都是来自List中定义。

1.2 List接口中常用方法

List作为Collection集合的子接口，不但继承了Collection接口中的全部方法，而且还增加了一些根据元素索引来操作集合的特有方法，如下：

• public void add(int index, E element): 将指定的元素，添加到该集合中的指定位置上。
• public E get(int index):返回集合中指定位置的元素。
• public E remove(int index): 移除列表中指定位置的元素, 返回的是被移除的元素。
• public E set(int index, E element):用指定元素替换集合中指定位置的元素,返回值的更新前的元素。

List集合特有的方法都是跟索引相关。

public class Demo01List {
   
    public static void main(String[] args) {
   
        //创建一个List集合对象,多态
        List<String> list = new ArrayList<>();
        //使用add方法往集合中添加元素
        list.add("a");
        list.add("b");
        list.add("c");
        list.add("d");
        list.add("a");
        //打印集合
        System.out.println(list);//[a, b, c, d, a] 不是地址重写了toString

        //public void add(int index, E element): 将指定的元素，添加到该集合中的指定位置上。
        //在c和d之间添加一个itheima
        list.add(3,"itheima");//[a, b, c, itheima, d, a]
        System.out.println(list);

        //public E remove(int index): 移除列表中指定位置的元素, 返回的是被移除的元素。
        //移除元素
        String removeE = list.remove(2);
        System.out.println("被移除的元素:"+removeE);//被移除的元素:c
        System.out.println(list);//[a, b, itheima, d, a]

        //public E set(int index, E element):用指定元素替换集合中指定位置的元素,返回值的更新前的元素。
        //把最后一个a,替换为A
        String setE = list.set(4, "A");
        System.out.println("被替换的元素:"+setE);//被替换的元素:a
        System.out.println(list);//[a, b, itheima, d, A]

        //List集合遍历有3种方式
        //使用普通的for循环
        for(int i=0; i<list.size(); i++){
   
            //public E get(int index):返回集合中指定位置的元素。
            String s = list.get(i);
            System.out.println(s);
        }
        System.out.println("-----------------");
        //使用迭代器
        Iterator<String> it = list.iterator();
        while(it.hasNext()){
   
            String s = it.next();
            System.out.println(s);
        }
        System.out.println("-----------------");
        //使用增强for
        for (String s : list) {
   
            System.out.println(s);
        }

        String r = list.get(5);//IndexOutOfBoundsException: Index 5 out-of-bounds for length 5
        System.out.println(r);

    }
}

注意:
   操作索引的时候,一定要防止索引越界异常

1. IndexOutOfBoundsException：索引越界异常，一般集合会报
2. ArrayIndexOutOfBoundsException：数组索引越界异常
3. StringIndexOutOfBoundsException：字符串索引越界异常

二、List的子类

2.1 ArrayList集合

java.util.ArrayList 集合数据存储的结构是数组结构。元素增删慢，查找快，由于日常开发中使用最多的功能为查询数据、遍历数据，所以ArrayList是最常用的集合。

许多程序员开发时非常随意地使用 ArrayList 完成任何需求，并不严谨，这种用法是不提倡的。

2.2 LinkedList集合

java.util.LinkedList集合数据存储的结构是链表结构。方便元素添加、删除的集合。

LinkedList是一个双向链表，那么双向链表是什么样子的呢，我们用个图了解下

实际开发中对一个集合元素的添加与删除经常涉及到首尾操作，而 LinkedList 提供了大量首尾操作的方法。这些方法我们作为了解即可：

• public void addFirst(E e): 将指定元素插入此列表的开头。
• public void addLast(E e): 将指定元素添加到此列表的结尾。
• public E getFirst(): 返回此列表的第一个元素。
• public E getLast(): 返回此列表的最后一个元素。
• public E removeFirst(): 移除并返回此列表的第一个元素。
• public E removeLast(): 移除并返回此列表的最后一个元素。
• public E pop(): 从此列表所表示的堆栈处弹出一个元素。
• public void push(E e): 将元素推入此列表所表示的堆栈。
• public boolean isEmpty()：如果列表不包含元素，则返回true。

LinkedList 是 List 的子类，List中的方法 LinkedList 都是可以使用，这里就不做详细介绍，我们只需要了解 LinkedList 的特有方法即可。在开发时，LinkedList集合也可以作为堆栈，队列的结构使用。（了解即可）

总结LinkedList集合的特点:

1. 底层是一个链表结构: 查询慢，增删快
2. 里边包含了大量操作首尾元素的方法

注意：使用LinkedList集合特有的方法,不能使用多态

方法演示：

public class Demo02LinkedList {
   
    public static void main(String[] args) {
   
        show03();
    }

    /* - public E removeFirst():移除并返回此列表的第一个元素。 - public E removeLast():移除并返回此列表的最后一个元素。 - public E pop():从此列表所表示的堆栈处弹出一个元素。此方法相当于 removeFirst */
    private static void show03() {
   
        //创建LinkedList集合对象
        LinkedList<String> linked = new LinkedList<>();
        //使用add方法往集合中添加元素
        linked.add("a");
        linked.add("b");
        linked.add("c");
        System.out.println(linked);//[a, b, c]

        //String first = linked.removeFirst();
        String first = linked.pop();
        System.out.println("被移除的第一个元素:"+first);
        String last = linked.removeLast();
        System.out.println("被移除的最后一个元素:"+last);
        System.out.println(linked);//[b]
    }

    /* - public E getFirst():返回此列表的第一个元素。 - public E getLast():返回此列表的最后一个元素。 */
    private static void show02() {
   
        //创建LinkedList集合对象
        LinkedList<String> linked = new LinkedList<>();
        //使用add方法往集合中添加元素
        linked.add("a");
        linked.add("b");
        linked.add("c");

        //linked.clear();//清空集合中的元素 在获取集合中的元素会抛出NoSuchElementException

        //public boolean isEmpty()：如果列表不包含元素，则返回true。
        if(!linked.isEmpty()){
   
            String first = linked.getFirst();
            System.out.println(first);//a
            String last = linked.getLast();
            System.out.println(last);//c
        }
    }

    /* - public void addFirst(E e):将指定元素插入此列表的开头。 - public void addLast(E e):将指定元素添加到此列表的结尾。 - public void push(E e):将元素推入此列表所表示的堆栈。此方法等效于 addFirst(E)。 */
    private static void show01() {
   
        //创建LinkedList集合对象
        LinkedList<String> linked = new LinkedList<>();
        //使用add方法往集合中添加元素
        linked.add("a");
        linked.add("b");
        linked.add("c");
        System.out.println(linked);//[a, b, c]

        //public void addFirst(E e):将指定元素插入此列表的开头。此方法等效于 push()
        //linked.addFirst("www");
        linked.push("www");
        System.out.println(linked);//[www, a, b, c]

        //public void addLast(E e):将指定元素添加到此列表的结尾。此方法等效于 add()
        linked.addLast("com");
        System.out.println(linked);//[www, a, b, c, com]
    }
}

三、Set接口

java.util.Set 接口和 java.util.List 接口一样，同样继承自 Collection 接口，它与Collection接口中的方法基本一致，并没有对 Collection 接口进行功能上的扩充，只是比 Collection 接口更加严格了。与 List 接口不同的是，Set 接口中元素无序，并且都会以某种规则保证存入的元素不出现重复。

Set接口的特点:

1. 不允许存储重复的元素
2. 没有索引,没有带索引的方法,也不能使用普通的for循环遍历

Set集合有多个子类，这里我们介绍其中的java.util.HashSet、java.util.LinkedHashSet这两个集合。

tips : Set集合取出元素的方式可以采用：迭代器、增强for。

3.1 HashSet集合介绍

java.util.HashSet是Set接口的一个实现类，它所存储的元素是不可重复的，并且元素都是无序的(即存取顺序不一致)。java.util.HashSet 底层的实现其实是一个 java.util.HashMap 支持，由于我们暂时还未学习，先做了解。

HashSet是根据对象的哈希值来确定元素在集合中的存储位置，因此具有良好的存取和查找性能。保证元素唯一性的方式依赖于：hashCode与equals方法。

总结HashSet特点:

1. 不允许存储重复的元素
2. 没有索引,没有带索引的方法,也不能使用普通的for循环遍历
3. 是一个无序的集合,存储元素和取出元素的顺序有可能不一致
4. 底层是一个哈希表结构(查询的速度非常的快)

我们先来使用一下Set集合存储，看下现象，再进行原理的讲解:

public class Demo01Set {
   
    public static void main(String[] args) {
   
        Set<Integer> set = new HashSet<>();
        //使用add方法往集合中添加元素
        set.add(1);
        set.add(3);
        set.add(2);
        set.add(1);
        //使用迭代器遍历set集合
        Iterator<Integer> it = set.iterator();
        while (it.hasNext()){
   
            Integer n = it.next();
            System.out.println(n);// 1,2,3
        }
        //使用增强for遍历set集合
        System.out.println("-----------------");
        for (Integer i : set) {
   
            System.out.println(i); // 1,2,3
        }
    }
}

输出结果，说明集合中不能存储重复元素：

tips : 根据结果我们发现字符串 “1” 只存储了一个，也就是说重复的元素 set 集合不存储。

3.2 HashSet集合存储数据的结构（哈希表）

什么是哈希表呢？

在JDK1.8之前，哈希表底层采用数组+链表实现，即使用链表处理冲突，同一 hash 值的链表都存储在一个链表里。但是当位于一个桶中的元素较多，即hash值相等的元素较多时，通过key值依次查找的效率较低。而JDK1.8中，哈希表存储采用数组+链表+红黑树实现，当链表长度超过阈值 8 时，将链表转换为红黑树，这样大大减少了查找时间。

哈希值:是一个十进制的整数,由系统随机给出(就是对象的地址值,是一个逻辑地址,是模拟出来得到地址,不是数据实际存储的物理地址)

简单的来说，哈希表是由数组+链表+红黑树（JDK1.8增加了红黑树部分）实现的，如下图所示。

看到这张图就有人要问了，这个是怎么存储的呢？

为了方便大家的理解我们结合一个存储流程图来说明一下：

总而言之，JDK1.8引入红黑树大程度优化了HashMap的性能，那么对于我们来讲保证HashSet集合元素的唯一，其实就是根据对象的hashCode和equals方法来决定的。如果我们往集合中存放自定义的对象，那么保证其唯一，就必须复写hashCode和equals方法建立属于当前对象的比较方式。

3.3 HashSet存储自定义类型元素

给HashSet中存放自定义类型元素时，需要重写对象中的hashCode和equals方法，建立自己的比较方式，才能保证HashSet集合中的对象唯一

创建自定义Student类，要求同名同年龄的人,视为同一个人,只能存储一次

public class Student {
   
    private String name;
    private int age;

    public Student() {
   
    }

    public Student(String name, int age) {
   
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
   
        return name;
    }

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

    public int getAge() {
   
        return age;
    }

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

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
   
        if (this == o)
            return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass())
            return false;
        Student student = (Student) o;
        return age == student.age &&
               Objects.equals(name, student.name);
    }

    @Override
    public int hashCode() {
   // 返回该对象的哈希码值。
        return Objects.hash(name, age);
    }
}

public class HashSetDemo2 {
   
    public static void main(String[] args) {
   
        //创建集合对象 该集合中存储 Student类型对象
        HashSet<Student> stuSet = new HashSet<Student>();
        //存储 
        Student stu = new Student("于谦", 43);
        stuSet.add(stu);
        stuSet.add(new Student("郭德纲", 44));
        stuSet.add(new Student("于谦", 43));
        stuSet.add(new Student("郭麒麟", 23));
        stuSet.add(stu);

        for (Student stu2 : stuSet) {
   
            System.out.println(stu2);
        }
    }
}
执行结果：
Student [name=郭德纲, age=44]
Student [name=于谦, age=43]
Student [name=郭麒麟, age=23]

3.4 LinkedHashSet

我们知道HashSet保证元素唯一，可是元素存放进去是没有顺序的，那么我们要保证有序，怎么办呢？

在HashSet下面有一个子类java.util.LinkedHashSet，它是链表和哈希表组合的一个数据存储结构。

多了一条链表(记录元素的存储顺序),保证元素有序

演示代码如下:

public class Demo04LinkedHashSet {
   
    public static void main(String[] args) {
   
        HashSet<String> set = new HashSet<>();
        set.add("www");
        set.add("abc");
        set.add("abc");
        set.add("jiangqi");
        System.out.println(set);//[abc, www, jiangqi] 无序,不允许重复

        LinkedHashSet<String> linked = new LinkedHashSet<>();
        linked.add("www");
        linked.add("abc");
        linked.add("abc");
        linked.add("jiangqi");
        System.out.println(linked);//[www, abc, jiangqi] 有序,不允许重复
    }
}

3.5 可变参数

在JDK1.5之后，如果我们定义一个方法需要接受多个参数，并且多个参数类型一致，我们可以对其简化成如下格式：

修饰符 返回值类型 方法名(参数类型... 形参名){  }

其实这个书写完全等价与

修饰符 返回值类型 方法名(参数类型[] 形参名){  }

只是后面这种定义，在调用时必须传递数组，而前者可以直接传递数据即可。

JDK1.5以后。出现了简化操作。… 用在参数上，称之为可变参数。

同样是代表数组，但是在调用这个带有可变参数的方法时，不用创建数组(这就是简单之处)，直接将数组中的元素作为实际参数进行传递，其实编译成的class文件，将这些元素先封装到一个数组中，在进行传递。这些动作都在编译.class文件时，自动完成了。

可变参数的原理:

1. 可变参数底层就是一个数组,根据传递参数个数不同,会创建不同长度的数组,来存储这些参数
2. 传递的参数个数,可以是0个(不传递),1,2…多个

代码演示：

public class ChangeArgs {
   
    public static void main(String[] args) {
   
        int[] arr = {
    1, 4, 62, 431, 2 };
        int sum = getSum(arr);
        System.out.println(sum);
        // 6 7 2 12 2121
        // 求 这几个元素和 6 7 2 12 2121
        int sum2 = getSum(6, 7, 2, 12, 2121);
        System.out.println(sum2);
    }

    /* * 完成数组 所有元素的求和 原始写法 public static int add(int[] arr){ int sum = 0; for(int a : arr){ sum += a; } return sum; } */
    //可变参数写法
    public static int getSum(int... arr) {
   
        int sum = 0;
        for (int a : arr) {
   
            sum += a;
        }
        return sum;
    }
}

注意：如果在方法书写时，这个方法拥有多参数，参数中包含可变参数，可变参数一定要写在参数列表的末尾位置。

四、Collections

4.1 常用功能

• java.utils.Collections 是集合工具类，用来对集合进行操作。部分方法如下：

• public static <T> boolean addAll(Collection<T> c, T... elements): 往集合中添加一些元素。
• public static void shuffle(List<?> list) 打乱顺序: 打乱集合顺序。
• public static <T> void sort(List<T> list) : 将集合中元素按照默认规则排序。
• public static <T> void sort(List<T> list，Comparator<? super T> ): 将集合中元素按照指定规则排序。

代码演示：

public class Demo01Collections {
   
    public static void main(String[] args) {
   
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        //往集合中添加多个元素
        /*list.add("a"); list.add("b"); list.add("c"); list.add("d"); list.add("e");*/

        //public static <T> boolean addAll(Collection<T> c, T... elements):往集合中添加一些元素。
        Collections.addAll(list,"a","b","c","d","e");

        System.out.println(list);//[a, b, c, d, e]

        //public static void shuffle(List<?> list) 打乱顺序:打乱集合顺序。
        Collections.shuffle(list);
        System.out.println(list);//[b, d, c, a, e], [b, d, c, a, e]
        
        //public static <T> void sort(List<T> list) : 将集合中元素按照默认规则排序。
        Collections.sort(list);
        System.out.println(list);//[a, b, c, d, e]
    }
}

代码演示之后 ，发现我们的集合按照顺序进行了排列，可是这样的顺序是采用默认的顺序，如果想要指定顺序那该怎么办呢？

我们发现还有个方法没有讲，public static <T> void sort(List<T> list，Comparator<? super T> ):将集合中元素按照指定规则排序。接下来讲解一下指定规则的排列。

4.2 Comparator比较器

我们还是先研究这个方法

public static <T> void sort(List<T> list): 将集合中元素按照默认规则排序。

不过这次存储的是字符串类型。

public class CollectionsDemo2 {
   
    public static void main(String[] args) {
   
        ArrayList<String>  list = new ArrayList<String>();
        list.add("cba");
        list.add("aba");
        list.add("sba");
        list.add("nba");
        //排序方法
        Collections.sort(list);
        System.out.println(list);
    }
}

结果：

[aba, cba, nba, sba]

我们使用的是默认的规则完成字符串的排序，那么默认规则是怎么定义出来的呢？

说到排序了，简单的说就是两个对象之间比较大小，那么在JAVA中提供了两种比较实现的方式，一种是比较死板的采用 java.lang.Comparable 接口去实现，一种是灵活的当我需要做排序的时候在去选择的 java.util.Comparator 接口完成。

那么我们采用的 public static <T> void sort(List<T> list) 这个方法完成的排序，实际上要求了被排序的类型需要实现 Comparable 接口完成比较的功能，在String类型上如下：

public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
   

String类实现了这个接口，并完成了比较规则的定义，但是这样就把这种规则写死了，那比如我想要字符串按照第一个字符降序排列，那么这样就要修改String的源代码，这是不可能的了，那么这个时候我们可以使用

public static <T> void sort(List<T> list，Comparator<? super T> )方法灵活的完成，这个里面就涉及到了Comparator这个接口，位于位于java.util包下，排序是comparator能实现的功能之一,该接口代表一个比较器，比较器具有可比性！顾名思义就是做排序的，通俗地讲需要比较两个对象谁排在前谁排在后，那么比较的方法就是：

• public int compare(String o1, String o2)：比较其两个参数的顺序。

  两个对象比较的结果有三种：大于，等于，小于。

  如果要按照升序排序，
  则o1 小于o2，返回（负数），相等返回0，o1大于o2返回（正数）
  如果要按照降序排序
  则o1 小于o2，返回（正数），相等返回0，o1大于o2返回（负数）

操作如下:

public class CollectionsDemo3 {
   
    public static void main(String[] args) {
   
        ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
        list.add("cba");
        list.add("aba");
        list.add("sba");
        list.add("nba");
        //排序方法 按照第一个单词的降序
        Collections.sort(list, new Comparator<String>() {
   
            @Override
            public int compare(String o1, String o2) {
   
                return o2.charAt(0) - o1.charAt(0);
            }
        });
        System.out.println(list);
    }
}

结果如下：

[sba, nba, cba, aba]

4.3 简述Comparable和Comparator两个接口的区别。

Comparable：强行对实现它的每个类的对象进行整体排序。这种排序被称为类的自然排序，类的compareTo方法被称为它的自然比较方法。只能在类中实现compareTo()一次，不能经常修改类的代码实现自己想要的排序。实现此接口的对象列表（和数组）可以通过Collections.sort（和Arrays.sort）进行自动排序，对象可以用作有序映射中的键或有序集合中的元素，无需指定比较器。

Comparator：强行对某个对象进行整体排序。可以将Comparator 传递给sort方法（如Collections.sort或 Arrays.sort），从而允许在排序顺序上实现精确控制。还可以使用Comparator来控制某些数据结构（如有序set或有序映射）的顺序，或者为那些没有自然顺序的对象collection提供排序。

简单的说

Comparable：自己(this)和别人(参数)比较,自己需要实现Comparable接口,重写比较的规则compareTo方法
Comparator：相当于找一个第三方的裁判,比较两个

4.4 练习

创建一个学生类，存储到ArrayList集合中完成指定排序操作。

Student 初始类

public class Student{
   
    private String name;
    private int age;

    public Student() {
   
    }

    public Student(String name, int age) {
   
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
   
        return name;
    }

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

    public int getAge() {
   
        return age;
    }

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

    @Override
    public String toString() {
   
        return "Student{" +
               "name='" + name + '\'' +
               ", age=" + age +
               '}';
    }
}

测试类：

public class Demo {
   

    public static void main(String[] args) {
   
        // 创建四个学生对象 存储到集合中
        ArrayList<Student> list = new ArrayList<Student>();

        list.add(new Student("rose",18));
        list.add(new Student("jack",16));
        list.add(new Student("abc",16));
        list.add(new Student("ace",17));
        list.add(new Student("mark",16));


        /* 让学生 按照年龄排序 升序 */
// Collections.sort(list);//要求 该list中元素类型 必须实现比较器Comparable接口


        for (Student student : list) {
   
            System.out.println(student);
        }


    }
}

发现，当我们调用Collections.sort()方法的时候 程序报错了。

原因：如果想要集合中的元素完成排序，那么必须要实现比较器Comparable接口。

于是我们就完成了Student类的一个实现，如下：

public class Student implements Comparable<Student>{
   
    ....
    @Override
    public int compareTo(Student o) {
   
        //return 0;//认为元素都是相同的
        //自定义比较的规则,比较两个人的年龄(this,参数Student)
        //return this.getAge() - o.getAge();//年龄升序排序
        return this.age-o.age;//升序
    }
}

再次测试，代码就OK 了效果如下：

Student{
   name='jack', age=16}
Student{
   name='abc', age=16}
Student{
   name='mark', age=16}
Student{
   name='ace', age=17}
Student{
   name='rose', age=18}

4.5 扩展（了解即可）

如果在使用的时候，想要独立的定义规则去使用 可以采用Collections.sort(List list,Comparetor<T> c)方式，自己定义规则：

Collections.sort(list, new Comparator<Student>() {
   
    @Override
    public int compare(Student o1, Student o2) {
   
        return o2.getAge()-o1.getAge();//以学生的年龄降序
    }
});

效果：

Student{name='rose', age=18}
Student{name='ace', age=17}
Student{name='jack', age=16}
Student{name='abc', age=16}
Student{name='mark', age=16}

如果想要规则更多一些，可以参考下面代码：

Collections.sort(list, new Comparator<Student>() {
   
            @Override
            public int compare(Student o1, Student o2) {
   
                // 年龄降序
                int result = o2.getAge()-o1.getAge();//年龄降序

                if(result==0){
   //第一个规则判断完了 下一个规则 姓名的首字母 升序
                    result = o1.getName().charAt(0)-o2.getName().charAt(0);
                }

                return result;
            }
        });

效果如下：

Student{name='rose', age=18}
Student{name='ace', age=17}
Student{name='abc', age=16}
Student{name='jack', age=16}
Student{name='mark', age=16}