Что такое коллекции в java

Коллекции на Java – Все, что Вы ДОЛЖНЫ знать

API коллекций Java является наиболее важной частью основной Java. Мы используем Список, карту и Набор для хранения объектов. Краткое введение в коллекции на Java.

Что такое платформа коллекций Java?

Коллекции подобны контейнерам, которые группируют несколько элементов в одно целое. Например, банка шоколадных конфет, список имен и т. Д.

1. Интерфейсы

Интерфейсы платформы Java Collections предоставляют абстрактный тип данных для представления коллекции.

java.util.Коллекция – это корневой интерфейс платформы коллекций. Он находится на вершине иерархии структуры коллекций. Он содержит некоторые важные методы, такие как size (), iterator (), add (), remove (), clear (), которые должен реализовать каждый класс коллекции.

Некоторые другие важные интерфейсы-java.util.Список, java.util.Набор, java.util.Очередь и java.util.Карта. Карта-это единственный интерфейс, который не наследуется от интерфейса коллекции, но является частью структуры коллекций. Все интерфейсы платформы коллекций присутствуют в пакете java.util.

2. Классы Реализации

Платформа коллекций Java предоставляет классы реализации для интерфейсов основных коллекций. Мы можем использовать их для создания различных типов коллекций в программе Java.

Некоторыми важными классами коллекций являются ArrayList, LinkedList, HashMap, TreeMap, HashSet и набор деревьев. Эти классы решают большинство наших потребностей в программировании, но если нам нужен какой-то специальный класс коллекции, мы можем расширить их, чтобы создать наш собственный класс коллекции.

Java 1.5 разработала потокобезопасные классы коллекций, которые позволяли нам изменять коллекции во время их перебора. Некоторые из них-CopyOnWriteArrayList, ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArraySet. Эти классы находятся в пакете java.util.concurrent.

Все классы коллекции присутствуют в пакете java.util и java.util.concurrent.

3. Алгоритмы

Алгоритмы являются полезными методами для обеспечения некоторых общих функций, таких как поиск, сортировка и перетасовка.

Схема классов структуры коллекций

Ниже на диаграмме классов показана иерархия структуры коллекций. Для простоты я включил только часто используемые интерфейсы и классы.

Преимущества платформы коллекций Java

Платформа коллекций Java имеет следующие преимущества:

Интерфейсы API коллекций Java

Интерфейсы коллекций Java являются основой платформы коллекций Java. Обратите внимание, что все интерфейсы базовой коллекции являются универсальными; например, коллекция общедоступных интерфейсов. Синтаксис предназначен для универсальных, и когда мы объявляем Коллекцию, мы должны использовать его для указания типа объекта, который она может содержать. Это помогает уменьшить количество ошибок во время выполнения за счет проверки типов объектов во время компиляции.

Чтобы сохранить управляемым количество интерфейсов базовой коллекции, платформа Java не предоставляет отдельные интерфейсы для каждого варианта каждого типа коллекции. Если вызывается неподдерживаемая операция, реализация коллекции вызывает исключение UnsupportedOperationException.

1. Интерфейс сбора данных

Это корень иерархии коллекций. Коллекция представляет собой группу объектов, известных как ее элементы. Платформа Java не предоставляет никаких прямых реализаций этого интерфейса.

Интерфейс содержит методы, позволяющие определить, сколько элементов находится в коллекции (размер, пусто), проверить, находится ли данный объект в коллекции (содержит), добавить и удалить элемент из коллекции (добавить, удалить) и предоставить итератор над коллекцией (итератор).

Интерфейс коллекции также предоставляет методы массовых операций, которые работают со всей коллекцией – containsAll, addAll, removeAll, retainAll, clear.

Методы toArray предоставляются в качестве моста между коллекциями и более старыми API, которые ожидают массивы при вводе.

2. Интерфейс Итератора

3. Установите интерфейс

Набор-это коллекция, которая не может содержать повторяющиеся элементы. Этот интерфейс моделирует абстракцию математических множеств и используется для представления множеств, таких как колода карт.

4. Интерфейс списка

Список представляет собой упорядоченную коллекцию и может содержать повторяющиеся элементы. Вы можете получить доступ к любому элементу из его индекса. Список больше похож на массив с динамической длиной. Список-один из наиболее часто используемых типов коллекций. ArrayList и LinkedList являются классами реализации интерфейса списка.

Интерфейс списка предоставляет полезные методы для добавления элемента в определенный индекс, удаления/замены элемента на основе индекса и получения вложенного списка с использованием индекса.

Класс коллекций предоставляет некоторый полезный алгоритм для сортировки списков, перемешивания, обратного, двоичного поиска и т. Д.

5. Интерфейс очереди

Очередь-это коллекция, используемая для хранения нескольких элементов перед обработкой. Помимо основных операций сбора, Очередь обеспечивает дополнительные операции вставки, извлечения и проверки.

Очереди обычно, но не обязательно, упорядочивают элементы в порядке FIFO (первый вход-первый выход). Среди исключений-очереди приоритетов, которые упорядочивают элементы в соответствии с предоставленным компаратором или естественным порядком элементов. Независимо от используемого порядка, глава очереди-это элемент, который будет удален вызовом для удаления или опроса. В очереди FIFO все новые элементы вставляются в конце очереди.

6. Интерфейс удаления из Очереди

Линейная коллекция, поддерживающая вставку и удаление элементов с обоих концов. Название deque является сокращением от “двусторонняя очередь” и обычно произносится как “колода”. Большинство реализаций Deque не устанавливают фиксированных ограничений на количество элементов, которые они могут содержать, но этот интерфейс поддерживает deques с ограниченной емкостью, а также те, у которых нет фиксированного ограничения по размеру.

Этот интерфейс определяет методы доступа к элементам на обоих концах деки. Предусмотрены методы для вставки, удаления и изучения элемента.

7. Интерфейс карты

Карта Java-это объект, который сопоставляет ключи со значениями. Карта не может содержать дубликатов ключей: каждый ключ может сопоставляться не более чем с одним значением.

Платформа Java содержит три реализации карт общего назначения: HashMap, TreeMap и LinkedHashMap.

Основными операциями Map являются put, get, containsKey, containsValue, size и isEmpty.

8. Интерфейс листератора

Итератор для списков, который позволяет программисту перемещаться по списку в любом направлении, изменять список во время итерации и получать текущее положение итератора в списке.

В Java ListIterator нет текущего элемента; его положение курсора всегда находится между элементом, который был бы возвращен вызовом функции previous (), и элементом, который был бы возвращен вызовом функции next().

9. Интерфейс SortedSet

SortedSet-это набор, который сохраняет свои элементы в порядке возрастания. Для использования преимуществ заказа предусмотрено несколько дополнительных операций. Отсортированные наборы используются для естественно упорядоченных наборов, таких как списки слов и списки участников.

10. Интерфейс SortedMap

Карта, которая сохраняет свои сопоставления в порядке возрастания ключа. Это аналог карты SortedSet. Отсортированные карты используются для естественно упорядоченных коллекций пар ключ/значение, таких как словари и телефонные справочники.

Классы коллекций Java

1. Класс хэш-набора

2. Класс набора деревьев

См.: Сопоставимый компаратор Java

Эта реализация обеспечивает гарантированную стоимость времени регистрации(n) для основных операций (добавление, удаление и содержимое).

Обратите внимание, что порядок, поддерживаемый набором (независимо от того, предусмотрен ли явный компаратор или нет), должен соответствовать equals, чтобы правильно реализовать интерфейс набора. (См. Сопоставимый или Компаратор для точного определения соответствия равным.) Это происходит потому, что интерфейс набора определен в терминах операции “равно”, но экземпляр набора деревьев выполняет все сравнения элементов с помощью метода compareTo (или сравнения), поэтому два элемента, которые считаются равными с помощью этого метода, с точки зрения набора равны.

3. Класс ArrayList

Java ArrayList-это реализация интерфейса списка с возможностью изменения размера массива. Реализует все необязательные операции со списком и разрешает все элементы, включая null. В дополнение к реализации интерфейса списка этот класс предоставляет методы для управления размером массива, который используется внутри для хранения списка. (Этот класс примерно эквивалентен Vector, за исключением того, что он несинхронизирован.)

Операции size, isEmpty, get, set, итератор и листератор выполняются в постоянное время. Операция добавления выполняется в амортизированное постоянное время, то есть для добавления n элементов требуется O(n) времени. Все остальные операции выполняются в линейное время (грубо говоря). Коэффициент константы невелик по сравнению с коэффициентом для реализации Связанного списка.

Дальнейшее чтение: Java ArrayList и итератор

4. Класс LinkedList

Реализация двусвязного списка интерфейсов List и Deque. Реализует все необязательные операции со списком и разрешает все элементы (включая null).

Все операции выполняются так, как и ожидалось для двусвязного списка. Операции, индексирующие список, будут проходить по списку от начала или до конца, в зависимости от того, что ближе к указанному индексу.

5. Класс HashMap

Реализация интерфейса карты на основе хэш-таблицы. Эта реализация предоставляет все необязательные операции с картой и допускает нулевые значения и нулевой ключ. Класс HashMap примерно эквивалентен хэш-таблице, за исключением того, что он несинхронизирован и допускает значение null. Этот класс не дает никаких гарантий в отношении порядка отображения.

Эта реализация обеспечивает производительность в режиме постоянного времени для основных операций ( get и put ). Он предоставляет конструкторам возможность установить начальную емкость и коэффициент загрузки для коллекции.

Далее читайте: HashMap против ConcurrentHashMap

6. Класс древовидной карты

Реализация навигационной карты на основе красно-черного дерева. Карта сортируется в соответствии с естественным порядком ее ключей или с помощью компаратора, предоставляемого во время создания карты, в зависимости от используемого конструктора.

Эта реализация обеспечивает гарантированную стоимость времени регистрации(n) для операций containsKey, get, put и remove. Алгоритмы являются адаптацией тех, что описаны во введении Кормена, Лейзерсона и Ривеста к алгоритмам.

Обратите внимание, что порядок, поддерживаемый картой дерева, как и любой отсортированной картой, и независимо от того, предусмотрен ли явный компаратор, должен соответствовать equals, если эта отсортированная карта правильно реализует интерфейс карты. (См. Сопоставимый или Компаратор для точного определения соответствия равным.) Это происходит потому, что интерфейс карты определен в терминах операции “равно”, но отсортированная карта выполняет все сравнения ключей с помощью метода compareTo (или сравнения), поэтому два ключа, которые считаются равными этим методом, с точки зрения отсортированной карты равны. Поведение отсортированной карты четко определено, даже если ее порядок не соответствует равным; она просто не подчиняется общему контракту интерфейса карты.

7. Класс приоритетной очереди

Класс коллекций

Класс Java Collections состоит исключительно из статических методов, которые работают с коллекциями или возвращают их. Он содержит полиморфные алгоритмы, которые работают с коллекциями, “обертки”, которые возвращают новую коллекцию, подкрепленную указанной коллекцией, и несколько других мелочей.

Синхронизированные Обертки

Обертки синхронизации добавляют автоматическую синхронизацию (потокобезопасность) в произвольную коллекцию. Каждый из шести основных интерфейсов коллекции — Коллекция, Набор, Список, Карта, набор сортировки и карта сортировки — имеет один статический метод фабрики.

Каждый из этих методов возвращает синхронизированную (потокобезопасную) коллекцию, резервную копию которой создает указанная коллекция.

Неизменяемые обертки

Классы Потокобезопасных коллекций

Наборы алгоритмов API

Платформа коллекций Java предоставляет реализации алгоритмов, которые обычно используются, такие как сортировка и поиск. Класс коллекций содержит эти реализации методов. Большинство из этих алгоритмов работают со списком, но некоторые из них применимы для всех видов коллекций.

1. Сортировка

Алгоритм сортировки упорядочивает список таким образом, чтобы его элементы располагались в порядке возрастания в соответствии с отношением упорядочения. Предусмотрены две формы операции. Простая форма берет список и сортирует его в соответствии с естественным порядком его элементов. Вторая форма сортировки принимает Компаратор в дополнение к Списку и сортирует элементы с помощью Компаратора.

2. Перетасовка

Алгоритм перемешивания уничтожает любые следы порядка, которые могли присутствовать в списке. То есть этот алгоритм переупорядочивает список на основе входных данных из источника случайности таким образом, чтобы все возможные перестановки происходили с равной вероятностью, предполагая справедливый источник случайности. Этот алгоритм полезен при реализации азартных игр.

3. Поиск

Алгоритм двоичного поиска выполняет поиск указанного элемента в отсортированном списке. Этот алгоритм имеет две формы. Первый принимает список и элемент для поиска (“ключ поиска”).

Эта форма предполагает, что список отсортирован в порядке возрастания в соответствии с естественным порядком его элементов.

Вторая форма принимает Компаратор в дополнение к Списку и ключу поиска и предполагает, что список отсортирован в порядке возрастания в соответствии с указанным Компаратором.

Алгоритм сортировки можно использовать для сортировки списка перед вызовом BinarySearch.

4. Состав

Частотные и непересекающиеся алгоритмы проверяют некоторые аспекты состава одной или нескольких коллекций.

5. Минимальные и максимальные значения

Алгоритмы min и max возвращают, соответственно, минимальный и максимальный элемент, содержащиеся в указанной коллекции. Обе эти операции бывают двух видов. Простая форма принимает только коллекцию и возвращает минимальный (или максимальный) элемент в соответствии с естественным порядком элементов.

Функции API коллекций Java 8

Самые большие изменения в Java 8 связаны с API-интерфейсами сбора данных. Некоторые из важных изменений и улучшений заключаются в:

Изменения API коллекций Java 10

Давайте рассмотрим пример использования этих новых методов API коллекций Java 10.

Изменения API коллекций Java 11

Новый метод по умолчанию toArray(генератор функций []>) добавлен в интерфейс коллекции. Этот метод возвращает массив, содержащий все элементы в этой коллекции, используя предоставленную функцию генератора для выделения возвращаемого массива. []>)

Классы коллекций в двух словах

В таблице ниже приведены основные сведения о часто используемых классах коллекций.

URL-адрес загрузки : Классы коллекции Java

Я надеюсь, что в этом уроке объяснено большинство тем в рамках коллекций Java. Пожалуйста, поделитесь своим мнением с комментариями.

Источник

Коллекции

Типы коллекций. Интерфейс Collection

Для хранения наборов данных в Java предназначены массивы. Однако их не всегда удобно использовать, прежде всего потому, что они имеют фиксированную длину. Эту проблему в Java решают коллекции. Однако суть не только в гибких по размеру наборах объектов, но в и том, что классы коллекций реализуют различные алгоритмы и структуры данных, например, такие как стек, очередь, дерево и ряд других.

Хотя в Java существует множество коллекций, но все они образуют стройную и логичную систему. Во-первых, в основе всех коллекций лежит применение того или иного интерфейса, который определяет базовый функционал. Среди этих интерфейсов можно выделить следующие:

Collection : базовый интерфейс для всех коллекций и других интерфейсов коллекций

Queue : наследует интерфейс Collection и представляет функционал для структур данных в виде очереди

Deque : наследует интерфейс Queue и представляет функционал для двунаправленных очередей

List : наследует интерфейс Collection и представляет функциональность простых списков

Set : также расширяет интерфейс Collection и используется для хранения множеств уникальных объектов

SortedSet : расширяет интерфейс Set для создания сортированных коллекций

NavigableSet : расширяет интерфейс SortedSet для создания коллекций, в которых можно осуществлять поиск по соответствию

Map : предназначен для созданий структур данных в виде словаря, где каждый элемент имеет определенный ключ и значение. В отличие от других интерфейсов коллекций не наследуется от интерфейса Collection

Эти интерфейсы частично реализуются абстрактными классами:

AbstractCollection : базовый абстрактный класс для других коллекций, который применяет интерфейс Collection

AbstractList : расширяет класс AbstractCollection и применяет интерфейс List, предназначен для создания коллекций в виде списков

AbstractSet : расширяет класс AbstractCollection и применяет интерфейс Set для создания коллекций в виде множеств

AbstractQueue : расширяет класс AbstractCollection и применяет интерфейс Queue, предназначен для создания коллекций в виде очередей и стеков

AbstractSequentialList : также расширяет класс AbstractList и реализует интерфейс List. Используется для создания связанных списков

AbstractMap : применяет интерфейс Map, предназначен для создания наборов по типу словаря с объектами в виде пары «ключ-значение»

ArrayList : простой список объектов

LinkedList : представляет связанный список

ArrayDeque : класс двунаправленной очереди, в которой мы можем произвести вставку и удаление как в начале коллекции, так и в ее конце

TreeSet : набор отсортированных объектов в виде дерева

LinkedHashSet : связанное хеш-множество

PriorityQueue : очередь приоритетов

HashMap : структура данных в виде словаря, в котором каждый объект имеет уникальный ключ и некоторое значение

TreeMap : структура данных в виде дерева, где каждый элемент имеет уникальный ключ и некоторое значение

Схематично всю систему коллекций вкратце можно представить следующим образом:

Интерфейс Collection

Интерфейс Collection является базовым для всех коллекций, определяя основной функционал:

Среди методов интерфейса Collection можно выделить следующие:

void clear () : удаляет все элементы из коллекции

boolean contains (Object item) : возвращает true, если объект item содержится в коллекции, иначе возвращает false

boolean isEmpty () : возвращает true, если коллекция пуста, иначе возвращает false

Iterator iterator () : возвращает объект Iterator для обхода элементов коллекции

boolean remove (Object item) : возвращает true, если объект item удачно удален из коллекции, иначе возвращается false

boolean removeAll (Collection col) : удаляет все объекты коллекции col из текущей коллекции. Если текущая коллекция изменилась, возвращает true, иначе возвращается false

boolean retainAll (Collection col) : удаляет все объекты из текущей коллекции, кроме тех, которые содержатся в коллекции col. Если текущая коллекция после удаления изменилась, возвращает true, иначе возвращается false

int size () : возвращает число элементов в коллекции

Object[] toArray () : возвращает массив, содержащий все элементы коллекции

Источник

30.1. Java – Фреймворк коллекций

Вплоть до Java 2, Java предоставляла особые классы, такие как Dictionary, Vector, Stack, и Properties для хранения и управления группами объектов. Хоть эти классы были полезными, им не хватало центральной, объединяющей тематики. Именно поэтому то, как вы использовали Vector отличается от того, как вы использовали Properties.

Содержание

Структура коллекций в Java была создана для того чтобы удовлетворять таким целям, как:

С этой целью вся структура коллекций разработана вокруг набора стандартных интерфейсов. Несколько стандартных реализаций типа LinkedList, HashSet, и TreeSet из этих интерфейсов предоставляются таким образом, что вы можете их использовать «как есть» или можете реализовать свою собственную коллекцию по вашему выбору.

Фреймворк коллекций – это объединённая архитектура для представления и управления коллекциями. Все структуры коллекций содержат в себе следующее:

Помимо коллекций, фреймворк определяет некоторые интерфейсы и классы карт. Карты хранят пары ключ/значение. Хоть карты не являются коллекциями в обычном их понимании, но они полностью интегрированы с коллекциями.

Интерфейсы коллекций

Структура коллекций определяет некоторые интерфейсы в Java. Этот раздел вкратце описывает каждый из них.

Классы коллекций

Java предоставляет набор стандартных классов коллекции, которые реализуют интерфейсы Collection. Некоторые из классов предоставляют полные реализации, которые могут быть использованы как есть, а другие являются абстрактным классом, предоставляя скелетные реализации, которые используются как начальные точки для создания конкретных коллекций.

Стандартные классы коллекций в Java приведены в следующей таблице:

Классы AbstractCollection, AbstractSet, AbstractList, AbstractSequentialList и AbstractMap предоставляют скелетные реализации интерфейсов основной коллекции в Java, чтобы свести к минимуму усилия, необходимые для их реализации.

Следующие устаревшие классы, определённые java.util, обсуждались в предыдущей главе:

Алгоритмы Collection

Структура коллекций определяет несколько алгоритмов, которые могут применяться к коллекциям и картам. Эти алгоритмы определяются как статические методы в классе Collections.

Некоторые из методов могут генерировать ClassCastException, которое возникает при попытке сравнить несовместимые типы или UnsupportedOperationException, которое возникает, когда предпринимается попытка изменить немодифицируемую коллекцию.

Коллекции определяют три статические переменные: EMPTY_SET, EMPTY_LIST и EMPTY_MAP. Все неизменны.

Как использовать итератор коллекции в Java?

Вы будете часто хотеть циклически перемещаться по элементам в коллекции. Например, вы захотите отобразить каждый элемент.

Легчайший способ это сделать – использовать итератор, который является объектом, который реализует интерфейс Iterator или ListIterator.

Iterator позволяет вам перемещаться по коллекции, получать или удалять элементы. ListIterator расширяет Iterator, чтобы обеспечить двунаправленный обход списка и модификацию элементов.

Как использовать компаратор?

И TreeSet, и TreeMap хранят элементы в отсортированном порядке. Однако, именно компаратор определяет, что такое отсортированный порядок.

Этот интерфейс позволяет нам сортировать данную коллекцию любым количеством различных способов. Также этот интерфейс может использоваться для сортировки любых экземпляров любого класса (даже классов, которые мы не можем изменить).

Структура коллекций Java даёт программисту доступ к предварительно упакованным структурам данных, а также к алгоритмам для их управления.

Коллекция – это объект, который может содержать ссылки на другие объекты. Интерфейсы коллекции объявляют операции, которые могут выполняться для каждого типа коллекции.

Источник