Java集合类（Collection和Map）详解

Java 的集合类是一些常用的数据结构，如列表、树集和哈希表等。

Java 集合就像一个容器，专门用来存储数量不等的对象（实际上是对象的引用，但习惯称为对象），这些对象可以是任意数据类型，并且长度可变，可以按照规范实现一些常用的操作和算法。开发者在使用 Java 的集合类时，不必考虑数据结构和算法的具体实现细节，根据需要直接使用这些集合类，调用相应的方法即可，从而提高开发效率。

集合框架的层次结构

Java 所有的集合类都位于 java.util 包中，按照存储结构可以分为两大类，即单列集合 Collection 和双列集合 Map。Collection 和 Map 是集合框架的根接口，各自还派生出了一些子接口或实现类。

Collection 集合体系的架构图如下图所示，其中，实线表示实现关系，虚线表示继承关系。


Collection 接口有以下 3 个子接口：

• List 接口：有序且可以重复的集合；
• Queue 接口：队列集合，用来存储满足 FIFO（First In First Out）原则的容器，主要实现类为 ArrayDeque（基于数组实现的双端队列）、LinkedList（双向链表）和 PriorityQueue（自动排序的队列）；
• Set 接口：无序且不可重复的集合。

Collection 是所有单列集合的根接口，因此，在 Collection 接口中定义了单列集合的一些通用方法，使用这些方法可以操作所有的单列集合。Collection 接口中的主要方法如下表所示。

表：Collection 接口中的主要方法

方法声明	功能描述
boolean add(E e)	向集合中添加新元素。
boolean addA1l(Collection c)	将指定集合的所有元素添加到当前集合中。
boolean remove(Object o)	删除当前集合中包含的指定元素。
void clear()	删除当前集合中的所有元素。
boolean contains(Obiect o)	如果该集合中包含指定元素，那么返回 true。
boolean containsAll(Collection c)	如果该集合中包含集合 c 的所有元素，那么返回 true。
boolean isEmpty()	当前集合是否为空。
Iterator iterator()	返回一个 Iterator 对象，可以用来遍历当前集合。
boolean retainAll(Collection c)	保留当前集合中与指定集合相同的所有元素，若该操作改变了当前集合，则返回 true。
int size()	返回当前集合中元素的数目。
Object[] toArray()	返回当前集合中所有元素组成的数组。

实例：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class CollectionExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个List集合
        List<String> fruits = new ArrayList<>();
       
        // 向集合中添加元素
        fruits.add("Apple");
        fruits.add("Banana");
        fruits.add("Cherry");
       
        // 访问集合中的元素
        for (String fruit : fruits) {
            System.out.println(fruit);
        }
       
        // 检查集合是否包含某个元素
        if (fruits.contains("Banana")) {
            System.out.println("Fruits list contains Banana.");
        }
       
        // 从集合中移除元素
        fruits.remove("Cherry");
       
        // 获取集合的大小
        System.out.println("Number of fruits: " + fruits.size());
    }
}

运行结果为：

Apple
Banana
Cherry
Fruits list contains Banana.
Number of fruits: 2

Map 集合体系的架构图如下图所示，其中，实线表示继承关系，虚线表示实现关系。


Map 接口的实现类用于保存具有映射关系的数据，即 Map 保存的每项数据都是由“键（Key）/值（Value）”对组成的。Map 中的键是不可重复的，用于标识集合中的每项数据，通过键可以获取 Map 集合中的数据项，即值。

实例：

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class MapExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个Map集合
        Map<String, Integer> ageMap = new HashMap<>();
       
        // 向Map中添加键值对
        ageMap.put("Alice", 25);
        ageMap.put("Bob", 30);
        ageMap.put("Charlie", 22);
       
        // 访问Map中的元素
        for (Map.Entry<String, Integer> entry : ageMap.entrySet()) {
            System.out.println(entry.getKey() + " is " + entry.getValue() + " years old.");
        }
       
        // 通过键获取值
        int aliceAge = ageMap.get("Alice");
        System.out.println("Alice's age: " + aliceAge);
       
        // 检查Map是否包含某个键
        if (ageMap.containsKey("Bob")) {
            System.out.println("Age map contains Bob.");
        }
       
        // 从Map中移除键值对
        ageMap.remove("Charlie");
       
        // 获取Map的大小
        System.out.println("Number of people: " + ageMap.size());
    }
}

运行结果为：

Bob is 30 years old.
Alice is 25 years old.
Charlie is 22 years old.
Alice's age: 25
Age map contains Bob.
Number of people: 2

迭代器接口

迭代器（Iterator）接口是 Java 集合框架中的一员，诞生于 JDK 1.2，主要用于迭代访问（即遍历）Collection 中的元素，因此，Iterator 也被称为迭代器。

虽然 Iterator 是一个接口，但是开发者无须手动开发 Iterator 接口的实现类。这是因为 Collection 接口的实现类中均已提供了对应的 Iterator 接口的实现类。开发者直接调用 Collection 接口的 iterator() 方法，即可获取当前集合对象对应的迭代器对象。

Iterator 接口中的方法如下表所示。

表：Iterator接口中的方法

方法声明	功能描述
default void forEachRemaining (Consumer<?super E> action)	对每个剩余元素执行给定的操作，直到所有元素都被处理或动作引发异常。
boolean hasNext()	判断是否有下一个可访问的元素，若有则返回 true，否则返回 false。
E next()	返回下一个元素。
void remove()	删除当前元素，该方法必须紧跟在一个元素的访问后执行。
forEach()	从JDK 1.8 开始提供，该方法所需的参数是 Lambda 表达式，使集合的迭代操作更加简化。

实例：

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

public class IteratorExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个List集合
        ArrayList<String> numbers = new ArrayList<>();
        numbers.add("One");
        numbers.add("Two");
        numbers.add("Three");
       
        // 获取迭代器
        Iterator<String> iterator = numbers.iterator();
       
        // 使用迭代器遍历集合
        while (iterator.hasNext()) {
            String number = iterator.next();
            System.out.println(number);
        }
       
        // 使用迭代器移除元素
        iterator = numbers.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            if ("Two".equals(iterator.next())) {
                iterator.remove();
            }
        }
       
        // 再次打印集合以验证元素已被移除
        System.out.println("After removal: " + numbers);
    }
}

运行结果为：

One
Two
Three
After removal: [One, Three]

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