一、集合概述
一方面,而向对象语言对事物的体现都是以对象的形式,为了方便对多个对象的操作,就要对对象进行存储。另一方面,使用Array（数组）存储对象方面具有一些弊端,而Java集合就像一种容器,可以动态地把多个对象的引用放入容器中。
说明：此时的存储，都是指的内存层面的存储，不涉及持久化（硬盘）的存储（.txt, .jpg, . avi , 数据库等媒介）
1、数组在内存存储方面的特点:
（1）数组初始化以后,长度就确定了。（不可对长度进行修改）
（2）数组声明的类型,就决定了进行元素初始化时的类型。（一旦定义好，其元素的类型也就确定了，只能操作指定类型）
2、数组在存储数据方面的弊端:·
（1）数组初始化以后,长度就不可变了,不便于扩展
（2）数组中提供的属性和方法少,不便于进行添加、删除、插入等操作,且效率不高。同时无法直接获取存储元素的个数
（3）数组存储的数据是有序的、可以重复的，而且存储数据的特点单一；对于无需，不可重复的需求，不能满足
为了解决上述弊端，Java集合应运而生。
☆ Java集合类可以用于存储数量不等的多个对象,还可用于保存具有映射关系的关联数组。
二、集合分类
1、Java集合可分为Collection和Map两种体系
（1）Collection接口:单列集合，用来存储一个一个的对象
List子接口: 存储有序、可重复的数据的集合，习惯将List系列称为“动态”数组，因为长度可变
Set子接口: 存储无序、不可重复的数据的集合，Set系列就类似数学里面的集合
下图实现是继承关系，虚线是实现关系
（2）Map接口:双列集合,用来存储一对一对的数据，保存具有映射关系"key-value对”的集合。 类似数学里面函数：y=f(x)
三、集合框架中的接口和实现类
3.1 Collection接口 此接口规定的方法，他的所有实现类都必须要实现
1、Collection接口定义的抽象方法（只定义，交给实现类去实现）
（1）add(Object e): 添加元素e到集合去。 数字也可以，因为会自动装箱成相应的类对象
（2）size():获取添加元素的个数
（3）equals(Object obj):判读当前集合元素和形参集合元素是否相等。注意：有序 和 无序的 实现类 效果是不同的
（4）iterator()：获取Iterator接口的实例，用于遍历集合元素
等等等等 查字典
特别注意：向Collection接口的实现类对象中添加数据obj时，要求在obj所在的类重写equals()方法，确保是比较数据内容。如果不重写，会调用父类的Object的equals()方法，是比地址，就不对。
3.2 Iterator接口 集合的遍历
1、迭代器简介
（1）lterator对象称为迭代器(设计模式的一种),主要用于遍历Collection集合中的元素。
（2）GOF给迭代器模式的定义为:提供一种方法访问一个容器(container)对象中各个元素,而又不需暴露该对象的内部细节。迭代器模式,就是为容器而生。类似于“公交车上的售票员”、“火车上的乘务员”、“空姐”
（3）Collection接口继承了java.lang.lterable接口,该接口有一个iterator()方法,那么所有实现了Collection接口的集合类都有一个iterator()方法,用以返回一个实现了lterator接口的对象。
（4）lterator仅用于遍历集合, Iterator本身并不提供承装对象的能力。如果需要创建lterator对象,则必须有一个被迭代的集合。
（5）集合对象每次调用iterator()方法都得到一个全新的迭代器对象,默认游标都在集合的第一个元素之前。
2、迭代器的方法 查字典
（1）remove() 和 next() 方法
（2）remove()方法
注意：
- Iterator可以删除集合的元素，但是是遍历过程中迭代器对象的remove方法，不是集合对象的remove方法，删除的时候，注意指针在哪里，每next一次，指针下移一位。到末尾以后，通过Iterator xx= 数组对象名.iterator();回到起点
- 如果还未调用next() （这会指针还指向空气，没指在元素上）或在上一次调用next方法之后已经调用了remove方法（都已经把数据删除了，再删除就删除空气了），再次调用remove方法会抛出IllegalStateException异常。
3、使用迭代器
step1：获取Iterator接口实现类
语法：Iterator 迭代器对象名=集合对象.iterator() ;//接口的多态，迭代器名一般就是iterator
step2：使用迭代器的方法
迭代器对象名.迭代器方法(); //具体方法，查字典
比如：hasNext() 或 next()、remove()方法等
4、 foreach循环 遍历集合元素
（1）Java5.0提供foreach循环迭代访问Collection和数组
（2）遍历操作不需要获取Collection或数组的长度，无需使用索引访问元素。
（3）遍历集合的底层调用Iterator完成操作
注意：foreach循环是重新造一个变量，给变量临时赋值，不会改变原集合或数组。
语法：for(集合元素的类型 局部变量:集合对象名){循环体;} //记得循环体里面要操作局部变量
3.3 Collection子接口：List接口（可看作动态数组） 可重复
（1）鉴于Java中数组用来存储数据的局限性，通常用List替代数组
（2）List集合中元素有序、且可重复，集合中的每个元素都有其对应的顺序索引。——>“动态”数组，替换原有数组
（3）List容器中的元素都对应一个整数型的序号记载其在容器中的位置，可以根据序号存取容器中的元素。
（4）JDK API中List接口的实现类常用的有：ArrayList、LinkedList和Vector
ArrayList：作为List接口的主要实现类，线程不安全（在需要线程安全的地方，可以通过Collection的相关工具类使其安全），因此效率高，底层使用Object[ ] elementDate 存储。（查找效率高，添加删除收尾效率高）
LinkedList：链表。底层使用的是双向链表存储。对于频繁的插入，和删除操作，使用此类效率比ArrayList高
Vector（JDK1.0）：作为List接口的古老实现类，线程安全，因此效率低，底层使用Object[ ] elementDate 存储。迟早被淘汰
面试题：ArrayList、LinkedList和Vector三者的异同
相同点：三个类都实现了List接口，存储数据的特点相同：存储有序的、可重复的数据
1、ArrayList源码分析
JDK7情况下
ArrayList list=new ArrayList();//底层创建了长度是10的Object[]数组elementDate
list.add(123);//elementDate[0]=new Integer(123);
.....
list.add(11)//如果此次添加导致底层elementDate数组容量不够，则扩容
默认情况下，扩容为原来容量的1.5倍，同时需要将原有数组的数据复制到新数组中
结论：建议开发中使用带参数的构造器：ArrayList list = new ArrayList(int capacity)。将数组容量整够，效率更高
JDK8的变化
ArrayList list=new ArrayList();// 底层Objest[] elementDate初始化为{},并没有创建长度为10的数组
list.add(123);//第一次调用add()时，底层才创建长度为10的数组，并将数据123添加到elementDate[0]
.....
后续添加和扩容操作与JDK 7 无差异
总结：JDK7 中ArrayList对象的创建类似单例模式饿汉式操作。JDK8 中ArrayList对象的创建类似单例模式的懒汉式操作，延迟了数组的创建，节省内存。
2、LinkedList 双向链表
LinkedList内部没有声明数组，而是定义了Node类型的first和last，用于记录首末元素。同时，定义内部类Node，作为LinkedList中保存数据的基本机构。Node除了保存数据，还定义了两个变量：
prev变量记录前一个元素的位置
next变量记录下一个元素的位置
源码解析：
LinkedList list = new LinkedList();//内部声明了Node类型的first和last属性，默认值为null
list.add(123);//将123封装到Node中，创建了Node对象
3、List接口定义的方法 查字典
List接口除了继承了Collection接口中的所有方法，还有一些自己的方法。交给List的实现类去实现
常用方法：
增：add(Object obj) //首尾位置添加
删：remove(int index) / remove(Object obj) //remove索引位置的数据，还是remove数据内容为obj的数据
改：set（int index,Object ele）//对某个位置的元素不满意
查：get(int index, Object ele)
插：add(int index,Object ele)
长度：size()
遍历：Interator迭代器方式/增强for循环/普通for循环
3.4Collection子接口 Set子接口 无序，不可重复。数学集合
1、Set接口概述
（1）Set接口是Collection的子接口, set接口没有提供额外的方法。（即，Set用的都是Collection接口中声明的方法）
（2）Set集合不允许包含相同的元素,如果试把两个相同的元素，加入同一个Set集合中,则添加操作失败。（不可重复性）
（3）Set判断两个对象是否相同不是使用==运算符,而是根据equals()方法
2、Set的特性
（1）无序性：存储在底层数组中的数据并非按照数组索引顺序添加，而是根据数据的哈希值决定其位置
（2）不可重复性：保证添加的元素按照equals()判断时，不能返回true，返回true默认是相同元素。即相同元素只能添加一个
3、Set实现类的写法（了解就好，一般都是直接调用现成的实现类 或者 IDEA 可以自动生成Generate）
对于存放在Set容器中的对象，对应的类一定要重写equals()和hashCode(Object obj)方法，以实现对象相等规则。即：“相等的对象必须具有相等的散列码”
4、Set接口的三个实现类：
（1）Hashset：作为set接口的主要实现类，线程不安全，可以存储null值 （底层：数组+链表）
（2） ------LinkedHashSet（extends Hashset）：作为HashSet子类，在Hashset基础上添加了链表，遍历内部数据时，可以按照添加的顺序遍历。对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet
（3）TreeSet：底层红黑树。所以要求所添加的元素必须是同一个类new的对象，因此可以按照添加对象的指定属性，进行排序
5、HashSet实现类
（1）简介：
HashSet是Set接口的典型实现，大多数时候使用Set集合时都使用这个实现类。该类按Hash算法来存储集合中的元素，因此具有很好的存取、查找、删除性能
（2）HashSet具有以下特点：
不能保证元素的排列顺序
HashSet不是线程安全的
集合元素可以是null
（3）添加元素过程
HashSet集合判断两个元素相等的标准：两个对象通过hashCode()方法比较相等，并且两个对象的equals()方法返回值也相等。
我们向HashSet中添加元素a，首先调用元素a所在类的hashCode()方法，计算元素a的哈希值。此哈希值接着会通过某种算法计算出在HashSet底层数组中的存放位置（即为：索引位置），判断数组此位置上是否已经有元素：
如果此位置上没有其他元素，则元素a添加成功。（情况1）
如果此位置上有其他元素b（或以链表形式存在多个元素），则比较元素a与元素b的hash值：
如果hash值不相同，则元素a添加成功。（情况2）
如果hash值相同，进而需要调用元素a所在类的equals()方法：
equals()返回true，元素a添加失败。
equals()返回false，元素a添加成功。（情况3）
说明：对于添加成功的情况2和情况3而言：元素a与已经存在指定索引位置上数据以链表的方式存储
jdk7：元素a放到数组中，指向原来元素
jdk8：原来的元素在数组中，指向元素a （七上八下）
总结：HashSet底层：数组+链表结构。
6、LinkedHashSet实现类 HashSet子类
在原HashSet的基础上，在数据旁边加了两个指针，记录此数据的前一个数据地址和后一个数据地址。效果就是虽然在内存中存储的数据是无序的，但是遍历的时候，数据可以按照代码的顺序，“有序”的体现出来。
由于有“链表”，对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet
7、TreeSet实现类
底层红黑树。所以要求所添加的元素必须是同一个类new的对象（否则抛异常），因此可以按照添加对象的指定属性，进行排序。默认从小到大排序。
如果TreeSet集合中的元素都是基本数据类型，就直接按照数字大小，或字符对应的编码大小排序。如果数据元素是某个类的对象，此对象必须先实现Comparable接口（自然排序）或Comparator（定制排序），告诉TreeSet排序规则，才能放入TreeSet集合中，否则报错。
注意事项：
（1）自然排序：使用TreeSet 空参构造器生成集合即可： TreeSet set = new TreeSet();
TreeSet判定集合元素是否相同，不是用的equals()方法，而是用的Comparable接口中的compareTo()方法，一旦方法的返回值相同，就判定两个元素一样，此时就算两个元素确实不一样，也不能添加进集合。
（2）定制排序：TreeSet的一个带参构造器 TreeSet set = TreeSet(Comparator实现类) https://blog.csdn.net/chengqingshihuishui/article/details/109427763
3.5 Map子接口
1、Map子接口:双列数据，存储key-value对的数据 类似于数学的函数 y=f(x)
（1）实现类：
HashMap：作为Map的主要实现类；线程不安全，效率高。可以存储null的key和value
——HashMap子类LinkedHashMap：保证遍历map元素时，可以按照代码的添加顺序实现遍历。原因依然是在HashMap基础上，添加了一对指针。对于频繁的遍历操作，此类的执行效率高于HashMap
TreeMap（有序键值对）：底层采用红黑树，保证按照添加的key-value对进行排序，实现排序遍历。以key为依据排，考虑key的自然排序或定制排序
Hashtable（t没大写，不符合规则，但这是官方的）：古老的实现类（类似Vector 迟早过时），线程安全，但效率低。不能存储null的key和value
——Hashtable子类 Properties：常用来处于配置文件。key和value都是String类型
面试题：HashMap底层实现原理
①数组+链表（JDK7及以前）
HashMap map = new HashMap();//在实例化以后,底层创建了长度是16的一维数组Entry[] table。
//可能已经执行过多次put.
map.put(key1, value1);
/*首先，调用key1所在类的hashCode()计算key1哈希值，此哈希值经过某种算法计算以后，得到在Entry数组中的存放位置。
如果此位置上的数据为空，此时的key1-value1添加成功。----情况1
如果此位置上的数据不为空，（意味着此位置上存在一个或多个数据(以链表形式存在)),比较key1和已经存在的一个或多个数据的哈希值：
如果key1的哈希值与已经存在的数据的哈希值都不相同,此时key1-value1添加成功。----情况2
如果key1的哈希值和已经存在的某一个数据(key2-value2)的哈希值相同,继续比较:调用key1所在类的equals(key2)
如果equals()返回false:此时keyl-valuel添加成功。----情况3
如果equals()返回true:使用value1替换value2 （原键值对的value被更新）
补充：关于情况2和情况3：此时key1-value1和原来的数据以链表的方式存储。
注意：在不断的添加过程中，会涉及到扩容问题，默认的容方式：当超出临界值12，且要存放的位置非空时，扩容为原来容量的2倍，并将原有的数据复制过来。
②数组+链表+红黑树（JDK8）
Ⅰ. new HashMap():底层没有创建一个长度为16的数组
Ⅱ. jdk 8底层数组是: Node[],而非Entry[] （其实本质一样，只是名字不同）
Ⅲ.首次调用put()方法时，底层创建长度为16的数组
Ⅳ. jdk7底层结构只有:数组+链表。jdk8中底层结构:数组+链表+红黑树。当数组的某一个索引位置上的元素以链表形式存在的数据个数>8且当前数组的长度> 64时,此时此索引位置上的所有数据改为使用红黑树存储。
（2）Map子接口的理解
①Key底层用的Set接口，因此Key无序且不允许重复。
因此：Key所在的类需要重写equals()和hashCode() 以实现Set接口 （以HashMap为例的自定义类，TreeMap就是重写Comparator等）
②Value也是无序的，但允许重复。使用Collection存储所有的Value
因此：Value所在的自定义类只需要重写equals()
③Map本质是一个Entry类对象数据，两个属性，一个属性名叫 Key，一个属性名叫Value。Entry对象也是无序不可重复。
2、Map子接口 TreeMap
（1）向TreeMap 中添加key-value, 要求key 必须是由同一个类创建的对象
（2）因为要按照key进行排序：自然排序、定制排序
3、Map子接口 Properties处理属性
常用来处于配置文件。key和value都是String类型。
（1）Properties类是Hashtable的子类,该对象用于处理属性文件
（2）由于属性文件里的key, value都是字符串类型,所以Properties里的key和value都是字符串类型
（3）存取数据时,建议使用setProperty(String key,String value)方法和getProperty(String key)方法
exp：读取配置文件，假设文件名是jdbc.properties，文件内容是 name=Tom，password=abc123
main(){
Properties pros = new Properties();
FileInputStream fis = new FileInputStream("jdbc.properties"); //IO流的时候，学习
pros.load(fis); //加载对应的文件
String name = pros.getProperty("name"); //获取key name的值 Tom
String password = pros.getProperty("password"); //获取key password的值 abc123
System.out.println("name = "+name+",password="+ password);
fis.close();
}
4、Map中的常用方法 查字典
（1）添加、删除、修改
object put(object key, object value):将指定key-value添加到(或修改)当前map对象中
void putALL(Map m):特m中的所有key-value对存放到当前map中
Object remove(object key):穆除指定key的key-value对,并返回value
void clear():清空当前map 中的所有数据（不是清除map，map对象仍然存在，只是没有数据了）
（2）元素查询相关方法
object get(object key):获取指定key对应的value
boolean containsKey(object key):是否包含指定的key
boolean containsValue(object value):是否包含指定的value
int size():返回map 中key-value对的个数
boolean isEmpty():判断当前map是否为空
boolean equals(object obj):判断当前map和参数对象obj是否相等
（3）元视图操作的方法：（遍历，Map没有迭代器了，但是Map底层是Set，Set有迭代器因此有如下方法）
Set keySet()：返回所有key构成的Set集合
Collection values():返回所有value构成舱Collection集合
Set entrySet()：返回所有key-value对构成的Set集合
总结:常用方法
添加: put(object key,object value)*
删除: remove(object key)
修改: put(object key, object value)
查询: get(object key)长度: size()
遍历: keySet() / values() / entrySet()
3.6 Collections工具类
1、简介：
（1）Collections是一个操作Set, List和Map等集合的工具类（即操作Collection 和 Map的工具类）
（2）Collections中提供了一系列静态的方法对集合元素进行排序、查询和修改等操作,还提供了对集合对象设置不可变、对集合对象实现同步控制等方法
面试题：Collection（接口） 和 Collections（工具类）的区别
2、常用方法 查字典
（1）常用排序操作: (均为static方法)
① reverse(List):反转List中元素的顺序
② shuffle(List):对List集合元素进行随机排序
③ sort(List):根据元素的自然顺序对指定List集合元素按升序排序
④ sort(List, Comparator):根据指定的Comparator产生的顺序对List集合元素进行排序
⑤ swap(List, int, int):将指定list集合中的i处元素和j处元素进行交换
（2）synchronizedxxx()方法，同步控制
collections类中提供了多个synchronizedxxx()方法,该方法可使将指定集合包装成线程同步的集合,从而可以解决多线程并发访问集合时的线程安全问题。
返回的list1即为线程安全的List。即把那些不安全的实现类，扔进这个方法，就把它转成安全实现类了
List list1 = Collections.synchronizedList(list); //此时 List已经安全