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11.2.1 Collection中的List接口

Collection中的List接口是对线性表的行为的抽象。在Java中提供了ArrayList类，以及LinkedList类，它们都实现了List接口提供的方法，其中ArrayList基于顺序表，而LinkedList基于链表。

对线性结构，顺序表结构，链表结构不是很熟悉的同学，可以复习第十章的内容。

使用Java中的容器，需通过<>符号来声明容器中的对象的类型，例如定义一个管理字符串对象的容器，我们可以这么定义：

// 定义一个管理字符串对象的顺序表容器，使用默认的容器大小16
ArrayList<String> names = new ArrayList<String>();

也可以在定义时显示指定容器的大小：

// 定义一个管理int数组对象的顺序表容器，将容器大小初始化为20
ArrayList<int []> names = new ArrayList<int []>(20);

读者需注意，在代码中使用ArrayList或LinkedList, 需要先通过import语句进行导入。以下为导入ArrayList和LinkedList的语法：

// 在程序中导入ArrayList和LinkedList的语法
import java.util.ArrayList;
import java.util.LinkedList;

知道怎么定义和导入容器以后，我们接下来掌握ArrayList与LinkedList的常用操作方法。下表所示为ArrayList的常用添加操作:

代码实例-ArrayList的添加操作：

import java.util.ArrayList;
 
public class HelloJava{
    public  static void main(String[] args) {
        // 定义一个管理字符串对象的ArrayList容器
        ArrayList<String> englishNames = new ArrayList<String>();
        // 将isa添加到尾部
        englishNames.add("Lisa");
        // 将Lohan添加到第一个位置，顺序表中的index从0开始编号，0表示第一个位置
        englishNames.add(0, "Lohan");
        // 定义一个管理字符串对象的ArrayList容器
        ArrayList<String> names = new ArrayList<String>();
        // 将englishNames容器中的所有元素添加到names容器
        names.addAll(englishNames);
        System.out.println(names);
    }
}

ArrayList的常用查询操作:

代码实例-ArrayList的查询操作：

import java.util.ArrayList;
 
public class HelloJava{
    public  static void main(String[] args) {
        // 定义一个管理字符串对象的ArrayList容器
        ArrayList<String> names = new ArrayList<String>();
        names.add("Lohan");
        // 获取索引0位置的对象
        String name = names.get(0);
        // 查询names容器中Lisa对象的索引位置，如果不存在则返回-1
        int index = names.indexOf("Lisa");
        System.out.println(index);
    }
}

ArrayList的常用删除操作:

代码实例-ArrayList的删除操作：

import java.util.ArrayList;
 
public class HelloJava{
    public  static void main(String[] args) {
 
        // 定义一个管理字符串对象的ArrayList容器
        ArrayList<String> names = new ArrayList<String>();
        names.add("Lohan");
        names.add("Lisa");
        String name = "Lisa";
        if (names.contains(name)) {
            // 如果names容器中包含Lisa，就将其移除
            names.remove(name);
        }
        System.out.println(names);
        // 不再需要names容器的时候，应该执行clear方法，将容器清空
        names.clear();
        System.out.println(names);
    }
}

ArrayList的其它常用操作:

以上方法均适用于LinkedList，因为LinkedList也实现了List接口。读者将以上代码实例中的ArrayList替换为LinkedList， 可直接编译执行。虽然ArrayList与LinkedList都实现了List接口，但它们的使用场景是不一样的。ArrayList基于顺序表，顺序表适用于对元素进行随机访问和在末尾添加元素的场景，而LinkedList基于链表，链表适用于对容器中的元素进行频繁添加或删除的场景。顺序表在内存中是连续存储，如果在容器的首尾之间的位置添加或删除元素，那么容器的中的其它所有元素需要往前或往后进行移动。而链表通常为非连续存储，在添加或删除元素时，只需改变前后节点链接的地址。深入理解顺序表和链表，需要读者进一步学习数据结构这门课程。

11.2.2 Queue和Stack

Queue即队列，队列是基于FIFO 的数据结构，FIFO表示先进先出。队列的基本操作有入队和出队，入队是从队尾开始，而出队是从队首出去，这种操作就像我们在商场中排队一样，排队时从队尾开始排，每次先出去的是排在队伍最前面的那个人。队列的逻辑结构和操作如下图所示：

Stack即栈，栈是基于LIFO的数据结构，LIFO表示后进先出。栈这种数据结构类似于装衣服的箱子:后面放的衣服叠在最上面，每次取衣服的时候，首先看到的是最后面放的衣服。栈的基本操作有入栈和出栈，其逻辑结构和操作如下图所示：

读者可以把栈结构中的栈底理解为箱子的箱底，而栈顶指向的永远是箱子中最后放的衣服。队列和栈的具体实现不再细述，我们现在来学习Queue和Stack的常用操作方法。在程序中使用Queue和Stack,需要从java.util进行导入，导入的语法示例:import java.util.Queue;Queue在Java中是一个接口，其包含以下几个方法：

Java中的LinkedList实现了Queue接口，以下为代码实例：

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;
public class HelloJava{
    public  static void main(String[] args) {
    Queue<String> names = new LinkedList<String>();
    // 将Lohan插入到队尾
    names.offer("Lohan");
    // 将Lisa插入到队尾
    names.offer("Lisa");
    // 取出队首的元素并删除
    String name = names.poll();
    System.out.println(name);
    }
}

Stack是一个类，其继承于Vector, Vector又实现了List接口。以下为Stack类的常用操作方法：

代码实例-装衣服的箱子：

import java.util.Stack;
public class HelloJava{
    public  static void main(String[] args) {
        Stack<String> box = new Stack<String>();
        // 往箱子里放入衬衣
        box.push("shirt");
        // 再往箱子里放入外套
        box.push("overcoat");
        // 打开箱子取衣服的时候，先看到的是外套，这即是LIFO,后进先出
        String clothing = box.peek();
        System.out.println(clothing);
    }

11.2.3去重的数据集合Set

我们在前面两节学的List及其子类型有一个很大的共性，这些容器均支持添加重复元素。

在某些场景中，我们需要的是一个不包含重复元素的数据集合，比如实现一个网页下载器。网页下载器从队列中取出种子URL，然后下载对应的网页，由于队列结构允许存在重复的元素，所以在下载过程中，可能会进行重复下载，从而浪费系统资源。

队列等结构虽然允许添加重复的元素，但是我们可以在代码中进行判断，如果元素已存在就不添加。代码实例-实现一个去重的队列：

import java.util.LinkedList;
// 定义一个去重的队列UniqueQueue
class UniqueQueue<E> extends LinkedList<E> {
    @Override
    public boolean add(E e) {
        // 如果元素已存在，就直接返回false
        if (this.contains(e)){
            return false;
        } else {
            return super.add(e);
        }
    }
}


public class HelloJava{
    public  static void main(String[] args) {
        LinkedList<String> urls = new UniqueQueue<String>();
        urls.add("htp://www.chipscoco.com");
        urls.add("htp://www.chipscoco.com");
        urls.add("htp://www.chipscoco.com");
        // 虽然添加了3次相同的url:htp://www.chipscoco.com
        // 但在输出时指看到一个，说明进行了排重处理
        System.out.println(urls);
    }
}

以上代码通过contains方法实现了一个去重的队列UniqueQueue,但是这种实现有一个很大的局限性，contains方法是以顺序查找的方式来查找元素是否已存在，如果数据集合很大，那么这样的查找方式性能会很差。

Java中的HashSet容器基于哈希表结构，通过哈希表就可以实现快速排重。哈希表是一种高效的映射结构，在理想情况下，只需计算一次元素的哈希值，就可以快速地查找元素是否存在于数据集合中，即使数据集合中存在百万级，甚至千万级、亿万级的数据量。深入理解哈希表为什么查找速度这么快，需要读者掌握数据结构与算法这门课程。

Java中的HashSet类实现了Set接口，下表为HashSet的常用方法：

代码实例-使用HashSet去重：

import java.util.HashSet;
public class HelloJava{
    public  static void main(String[] args) {
       HashSet<String> urls = new HashSet<String>();
       urls.add("http://www.chipscoco.com");
       urls.add("http://www.chipscoco.com");
       urls.add("http://www.chipscoco.com");
       System.out.println(urls);
    }
}

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