第7節：Java基礎 - 三大集合（下）

(1) TreeMap有哪些特徵

答：TreeMap底層實現使用紅黑樹實現，TreeMap中存儲的鍵值對按照鍵來排序。

如果Key存入的是字符串等類型，那麼會按照字典序默認排序
如果傳入的是自定義引用類型，比如說User,那麼該對象必須實現Comparable接口，並且覆蓋其compareTo,或者在創建TreeMap的時候，我們必須指定使用的比較器，
```
// 方式一：定義該類的時候，就指定比較規則
class User implements Comparable{
    @Override
    public int compareTo(Object o) {
        // 在這裏邊定義其比較規則
        return 0;
    }
}
public static void main(String[] args) {
    // 方式二：創建TreeMap的時候，可以指定比較規則
    new TreeMap<User, Integer>(new Comparator<User>() {
        @Override
        public int compare(User o1, User o2) {
            // 在這裏邊定義其比較規則
            return 0;
        }
    });
}
```
解析：

關於TreeMap的考察，會涉及到兩個接口Comparable和Comparator的比較。Comparable接口的後綴able大概表示可以的意思，也就是說一個類如果實現了這個接口，那麼這個類就是可以比較的。類似還有cloneable接口表示可以克隆的。而Comparator則是一個比較器，是創建TreeMap的時候傳入，用來指定比較規則。

Comparaable接口和Comparator接口的區別
- Comparable實現比較簡單，但是當需要重新定義比較規則的時候，必須修改代碼，即修改User類裏邊的compareTo方法
- Comparator接口不需要修改源代碼，只需要在創建TreeMap的時候重新傳入一個具有指定規則的比較器即可。
（2）ArrayList和LinkedList的區別

常用的ArrayList和LinkedList的區別如下：
- ArrayList底層實現使用了動態數組實現，實質上是一個動態數組
- LinkedList底層實現使用了雙向鏈表實現，可當作堆棧，隊列，雙端隊列使用
- ArrayList在隨機存取方面效率高於LinkedList
- LinkedList在節點的增刪方面效率高於ArrayList
- ArrayList必須預留一定的空間，當空間不足的時候，會進行擴容操作
- LinkedList的開銷是必須存儲節點的信息以及節點的指針信息
解析：

List集合也是我們平時使用很多的集合。List接口的長劍實現就算ArrayList和LinkedList,我們必須熟練掌握其底層實現以及一些特徵。其實好友一個集合Vector,它是線程安全的ArrayList,但是已經被廢棄，不推薦使用了。多線程環境下，我們可以使用CopyOnWriteArrayList替代ArrayList來保證線程安全。

(3)HashSet和TreeSet的區別

HashSet和TreeSet的區別：
- HashSet底層實現使用了Hash表實現。(保證元素唯一性原理：判斷元素的hashCode值是否相同。如果相同，還會繼續判斷元素的equals方法，是否爲true)
- TreeSet底層使用了紅黑樹來實現。(保證元素唯一性是通過Comparable和Comparator接口實現)
解析：

其實，HashSet的底層實現還是HashMap,只不過其使用了其中的Key，具體如下所示：
- HashSet的add方法底層使用HashMap的put方法將key = e,value=PRESENT構建成key-value鍵值對，當此e存在於HashMap的key中，則value將會覆蓋原有value,但是key保持不變，所以如果將一個已經存在的e元素添加到HashSet中，新添加的元素是不會保存到HashMap中，所以就滿足了HashSet中元素不會重複的特性。
- HashSet的contains方法使用HashMap的containsKey方法實現
（4）LinkedHashMap和LinkedHashSet有了解嗎？

LinkedHashMap可以記錄下元素的插入順序和訪問順序，具體實現如下：
- LinkedHashMap內部的Entry繼承於HashMap.Node，這兩個類都實現了Map.Entry<K,V>
- LinkedHashMap的Entry不光有value，next，還有before和after屬性，這樣通過一個雙向鏈表，保證了各個元素的插入順序
- 通過構造方法public LinkedHashMap(int initialCapacity,float loadFactor,boolean accessOrder)， accessOrder傳入true可以實現LRU緩存算法（訪問順序）
- LinkedHashSet 底層使用LinkedHashMap實現，兩者的關係類似與HashMap和HashSet的關係，大家可以自行類比。
擴展：什麼是LRU算法？LinkedHashMap如何實現LRU算法？

LRU（Least recently used，最近最少使用）算法根據數據的歷史訪問記錄來進行淘汰數據，其核心思想是“如果數據最近被訪問過，那麼將來被訪問的機率也更高”。

由於LinkedHashMap可以記錄下Map中元素的訪問順序，所以可以輕易的實現LRU算法。只需要將構造方法的accessOrder傳入true，並且重寫removeEldestEntry方法即可。具體實現參考
```
package pak2;
 
import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Map;
 
public class LRUTest {
 
    private static int size = 5;
 
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, String> map = new LinkedHashMap<String, String>(size, 0.75f, true) {
            @Override
            protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<String, String> eldest) {
                return size() > size;
            }
        };
        map.put("1", "1");
        map.put("2", "2");
        map.put("3", "3");
        map.put("4", "4");
        map.put("5", "5");
        System.out.println(map.toString());
 
        map.put("6", "6");
        System.out.println(map.toString());
        map.get("3");
        System.out.println(map.toString());
        map.put("7", "7");
        System.out.println(map.toString());
        map.get("5");
        System.out.println(map.toString());
    }
}
```
　　

（5）List和Set的區別？
- List是有序的並且元素是可以重複的
- Set是無序（LinkedHashSet除外）的，並且元素是不可以重複的（此處的有序和無序是指放入順序和取出順序是否保持一致）
（6）Iterator和ListIterator的區別是什麼？
- Iterator可以遍歷list和set集合；ListIterator只能用來遍歷list集合
- Iterator前者只能前向遍歷集合；ListIterator可以前向和後向遍歷集合
- ListIterator其實就是實現了前者，並且增加了一些新的功能。
解析：

Iterator其實就是一個迭代器，在遍歷集合的時候需要使用。Demo實現如下：
```
ArrayList<String> list =  new ArrayList<>();
list.add("zhangsan");
list.add("lisi");
list.add("yangwenqiang");
// 創建迭代器實現遍歷集合
Iterator<String> iterator = list.iterator();
while(iterator.hasNext()){
    System.out.println(iterator.next());
}
```
　　

（7）數組和集合List之間的轉換：
```
package niuke;
 
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
 
public class ConverTest {
    public static void main(String[] args) {
        // list集合轉換成數組
        ArrayList<String> list =  new ArrayList<>();
        list.add("zhangsan");
        list.add("lisi");
        list.add("yangwenqiang");
        Object[] arr = list.toArray();
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.println(arr[i]);
        }
        System.out.println("---------------");
        // 數組轉換爲list集合
        String[] arr2 = {"niuke", "alibaba"};
        List<String> asList = Arrays.asList(arr2);
        for (int i = 0; i < asList.size(); i++) {
            System.out.println(asList.get(i));
        }
 
    }
```
輸出結果如下：

解析：

關於數組和集合之間的轉換是一個常用操作，這裏主要講解幾個需要注意的地方吧。

數組轉爲集合List：

通過Arrays.asList方法搞定，轉換之後不可以使用add/remove等修改集合的相關方法，因爲該方法返回的其實是一個Arrays的內部私有的一個類ArrayList，該類繼承於Abstractlist，並沒有實現這些操作方法，調用將會直接拋出UnsupportOperationException異常。這種轉換體現的是一種適配器模式，只是轉換接口，本質上還是一個數組。

集合轉換數組：

List.toArray方法搞定了集合轉換成數組，這裏最好傳入一個類型一樣的數組，大小就是list.size()。因爲如果入參分配的數組空間不夠大時，toArray方法內部將重新分配內存空間，並返回新數組地址；如果數組元素個數大於實際所需，下標爲list.size()及其之後的數組元素將被置爲null，其它數組元素保持原值。所以，建議該方法入參數組的大小與集合元素個數保持一致。

若是直接使用toArray無參方法，此方法返回值只能是Object[ ]類，若強轉其它類型數組將出現ClassCastException錯誤。

（8）Collection和Collections有什麼關係？

這是Java中的一類問題，類似的還有Array和Arrays，Executor和Executors有什麼區別與聯繫？ (待補)

附圖：

集合的類圖：

我們接着給出本節所涉及到的集合的類圖結構：（C表示這是一個類，I表示這是一個接口）
- TreeMap的類圖結構：
  
  LinkedHashMap的類圖結構：
  
  ArrayList的類圖結構
- LinkedList的類圖結構：
  
  Vector的類圖結構：
  
  HashSet的類圖結構：
  
  TreeSet的類圖結構：