Java集合框架

Queue

Queue接口是Java集合框架中定义的一个接口，它代表了一个先进先出（FIFO）的队列。Queue接口继承自Collection接口，它定义了一组方法来操作队列中的元素。下面是Queue接口的一些主要方法和特性的详细解释：

添加元素

  • boolean add(E element): 将指定的元素添加到队列的末尾，如果成功则返回true，如果队列已满则抛出异常。
  • boolean offer(E element): 将指定的元素添加到队列的末尾，如果成功则返回true，如果队列已满则返回false。

移除元素

  • E remove(): 移除并返回队列头部的元素，如果队列为空则抛出异常。
  • E poll(): 移除并返回队列头部的元素，如果队列为空则返回null。

获取头部元素

  • E element(): 获取队列头部的元素，但不移除它，如果队列为空则抛出异常。
  • E peek()：获取队列头部的元素，但不移除它，如果队列为空则返回null。

Queue接口还有一些其他方法，如clear()用于清空队列中的所有元素，contains(Object o)用于判断队列是否包含指定元素等。

Deque

Deque接口是Java集合框架中定义的一个接口，它代表了一个双端队列（Double Ended Queue）。Deque是”双端队列”的缩写。Deque接口继承自Queue接口，并在其基础上提供了在队列两端进行添加、删除和检索元素的操作。Deque可以在队列的头部和尾部同时进行元素的插入和删除，因此可以作为队列、栈或双向队列使用。

添加元素

  • void addFirst(E element): 将指定元素添加到双端队列的头部。
  • void addLast(E element): 将指定元素添加到双端队列的尾部。
  • boolean offerFirst(E element): 将指定元素添加到双端队列的头部，如果成功则返回true，如果队列已满则返回false。
  • boolean offerLast(E element): 将指定元素添加到双端队列的尾部，如果成功则返回true，如果队列已满则返回false。

移除元素

  • E removeFirst(): 移除并返回双端队列的头部元素，如果队列为空则抛出异常。
  • E removeLast(): 移除并返回双端队列的尾部元素，如果队列为空则抛出异常。
  • E pollFirst(): 移除并返回双端队列的头部元素，如果队列为空则返回null。
  • E pollLast(): 移除并返回双端队列的尾部元素，如果队列为空则返回null。

获取头部和尾部元素

  • E getFirst(): 获取双端队列的头部元素，但不移除它，如果队列为空则抛出异常
  • E getLast(): 获取双端队列的尾部元素，但不移除它，如果队列为空则抛出异常。
  • E peekFirst(): 获取双端队列的头部元素，但不移除它，如果队列为空则返回null。
  • E peekLast(): 获取双端队列的尾部元素，但不移除它，如果队列为空则返回null。

另外，需要注意的是，Deque接口还可以用作栈（LIFO）的数据结构。通过在队列头部执行插入和删除操作，可以实现栈的功能。常见的栈操作可以使用Deque接口中的以下方法来实现：

  • void push(E element): 将元素推入栈顶，等同于addFirst(E element)。
  • E pop(): 弹出并返回栈顶元素，等同于removeFirst()。
  • E peek(): 获取栈顶元素，等同于peekFirst()。

所以，Deque接口是一个非常有用的接口，提供了双端队列的功能，既可以在队列的头部进行操作，也可以在尾部进行操作。它是Queue接口的扩展，可以方便地实现队列、栈和双向队列的功能，并提供了丰富的方法来操作和访问队列中的元素。

Set

Set继承于Collection接口，是一个不允许出现重复元素，并且无序的集合，主要有HashSet和TreeSet两大实现类。

在判断重复元素的时候，Set集合会调用hashCode()和equal()方法来实现。

HashSet是哈希表结构，主要利用HashMap的key来存储元素，计算插入元素的hashCode来获取元素在集合中的位置；

TreeSet是红黑树结构，每一个元素都是树中的一个节点，插入的元素都会进行排序；

常用方法

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public interface Set<E> extends Collection<E> {

    A:添加功能
    boolean add(E e);
    boolean addAll(Collection<? extends E> c);

    B:删除功能
    boolean remove(Object o);
    boolean removeAll(Collection<?> c);
    void clear();

    C:长度功能
    int size();

    D:判断功能
    boolean isEmpty();
    boolean contains(Object o);
    boolean containsAll(Collection<?> c);
    boolean retainAll(Collection<?> c); 

    E:获取Set集合的迭代器：
    Iterator<E> iterator();

    F:把集合转换成数组
    Object[] toArray();
    <T> T[] toArray(T[] a);

    //判断元素是否重复，为子类提高重写方法
    boolean equals(Object o);
    int hashCode();
}

HashSet

HashSet实现Set接口，底层由HashMap(后面讲解)来实现，为哈希表结构，新增元素相当于HashMap的key，value默认为一个固定的Object。在我看来，HashSet相当于一个阉割版的HashMap;

当有元素插入的时候，会计算元素的hashCode值，将元素插入到哈希表对应的位置中来；

特点

  • 不允许出现重复因素；
  • 允许插入Null值；
  • 元素无序（添加顺序和遍历顺序不一致）；
  • 线程不安全，若2个线程同时操作HashSet，必须通过代码实现同步；

TreeSet

从名字上可以看出，此集合的实现和树结构有关。与HashSet集合类似，TreeSet也是基于Map来实现，具体实现TreeMap(后面讲解)，其底层结构为红黑树（特殊的二叉查找树）；

与HashSet不同的是，TreeSet具有排序功能，分为自然排序(123456)和自定义排序两类，默认是自然排序；在程序中，我们可以按照任意顺序将元素插入到集合中，等到遍历时TreeSet会按照一定顺序输出–倒序或者升序；

特点

  • 对插入的元素进行排序，是一个有序的集合（主要与HashSet的区别）;
  • 底层使用红黑树结构，而不是哈希表结构；
  • 允许插入Null值；
  • 不允许插入重复元素；
  • 线程不安全；

PriorityQueue

函数名 功能介绍
boolean offer(E e) 插入元素e，插入成功返回true，如果e对象为空，抛出NullPointerException异常
E peek() 获取优先级最高的元素，如果优先级队列为空，返回null
E poll() 移除优先级最高的元素并返回，如果优先级队列为空，返回null
int size() 获取有效元素的个数
void clear() 清空
boolean isEmpty() 检测优先队列是否为空，空返回true