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尚硅谷2019版Java集合和泛型

news 来源：原创 2025/8/23 1:48:10

第十一章 Java集合框架

集合框架全景图

mindmaproot((Java集合))Collection单列List有序可重复ArrayListLinkedListVectorSet无序唯一HashSetLinkedHashSetTreeSetMap双列HashMapLinkedHashMapTreeMapHashtablePropertiesToolsCollectionsArrays

三大核心接口对比

特性	List	Set	Map
元素顺序	插入顺序	无顺序	Key唯一无序
元素重复性	允许重复	不允许重复	Key唯一，Value可重复
常用实现类	ArrayList/LinkedList	HashSet/TreeSet	HashMap/TreeMap
线程安全实现	CopyOnWriteArrayList	ConcurrentSkipListSet	ConcurrentHashMap

ArrayList vs LinkedList

特性	ArrayList	LinkedList
底层结构	动态数组	双向链表
随机访问速度	O(1)	O(n)
头尾操作效率	尾部快，头部慢	头尾都快
内存占用	连续空间，节省	节点存储，占用更多
扩容机制	1.5倍扩容	无扩容概念

HashMap深度解析

JDK1.8+ 存储结构

graph LRA[数组] --> B[链表]A --> C[红黑树]B -->|长度>8 & 数组长度≥64| C

核心参数

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16; // 初始容量
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; // 负载因子
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;         // 树化阈值
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;       // 链化阈值

哈希冲突解决

// 经典扰动函数（JDK1.8）
static final int hash(Object key) {int h;return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

集合线程安全解决方案

实现方式	示例	特点
同步包装	Collections.synchronizedList	方法级synchronized锁
CopyOnWrite	CopyOnWriteArrayList	写时复制，读无锁
CAS机制	ConcurrentHashMap	分段锁/Node+CAS
并发队列	LinkedBlockingQueue	双锁设计，put/take分开

集合工具类妙用

Collections魔法方法

// 创建不可变集合
List<String> unmodifiableList = Collections.unmodifiableList(list);// 排序+二分查找
Collections.sort(list);
int index = Collections.binarySearch(list, "key");// 频率统计
int count = Collections.frequency(list, "element");

性能提升技巧

// 预设集合容量（避免扩容）
ArrayList<String> list = new ArrayList<>(1000); // 使用批量添加
list.addAll(Arrays.asList(data)); // 优先迭代器遍历
for(Iterator it = list.iterator(); it.hasNext();){System.out.println(it.next());
}

高频面试题精解

HashMap工作原理
- 通过hashcode计算存储位置
- JDK1.8采用数组+链表+红黑树
- 扩容时重新计算位置（2次幂扩展）
ConcurrentHashMap实现
- JDK1.7：分段锁（Segment）
- JDK1.8：Node+CAS+synchronized

ArrayList扩容机制

// 扩容核心代码（JDK1.8）
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 1.5倍

Iterator快速失败机制
- modCount记录修改次数
- 遍历时检测modCount变化

📘 实战建议

根据场景选择集合：查询多用ArrayList，增删多用LinkedList
预估数据量时显式指定初始容量（特别对HashMap）
多线程环境优先使用JUC并发集合
复杂对象作为Map键时，必须正确重写hashCode和equals
遍历时优先使用增强for循环或迭代器，避免用fori遍历链表结构

第十二章 Java泛型

泛型基础概念

泛型本质

泛型优势

特性	非泛型	泛型
类型安全	运行时可能ClassCastException	编译时类型检查
代码简洁度	需要显式类型转换	自动类型推断
代码复用性	针对特定类型编写	一套代码处理多种类型
集合元素操作	只能存储Object	可存储指定类型

泛型使用场景

集合框架中的泛型

// 传统方式
List list = new ArrayList();
list.add("hello");
String str = (String) list.get(0); // 需要强制转换// 泛型方式
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("hello");
String str = list.get(0); // 自动类型推断

自定义泛型类

public class Box<T> {private T item;public void setItem(T item) {this.item = item;}public T getItem() {return item;}
}// 使用
Box<String> stringBox = new Box<>();
stringBox.setItem("Hello");
String str = stringBox.getItem();

泛型高级特性

泛型继承关系

通配符使用

// 上界通配符
public static double sum(List<? extends Number> list) {double sum = 0;for (Number n : list) {sum += n.doubleValue();}return sum;
}// 下界通配符
public static void addNumbers(List<? super Integer> list) {for (int i = 1; i <= 10; i++) {list.add(i);}
}

泛型方法

定义与使用

// 泛型方法定义
public static <T> void printArray(T[] array) {for (T element : array) {System.out.println(element);}
}// 使用示例
Integer[] intArray = {1, 2, 3};
printArray(intArray);String[] strArray = {"A", "B", "C"};
printArray(strArray);

类型推断

// 显式指定类型
Collections.<String>emptyList();// 自动类型推断
List<String> list = Collections.emptyList();

泛型限制与注意事项

使用限制

常见问题

类型擦除：泛型信息在编译后被擦除

// 编译前
List<String> list = new ArrayList<>();// 编译后（类型擦除）
List list = new ArrayList();

泛型数组：不能直接创建

// 错误示例
// List<String>[] array = new List<String>[10];// 正确方式
List<?>[] array = new List<?>[10];

泛型异常：不能捕获泛型异常

// 错误示例
// try { ... } catch (T e) { ... }

最佳实践建议

命名规范：使用单个大写字母作为类型参数
- E：Element（集合元素）
- K：Key（键）
- V：Value（值）
- T：Type（类型）
边界控制：合理使用上下界通配符
- 生产者使用<? extends T>
- 消费者使用<? super T>
类型安全：优先使用泛型集合

// 推荐
List<String> list = new ArrayList<>();// 不推荐
List list = new ArrayList();

代码复用：善用泛型方法

public static <T> T getFirst(List<T> list) {return list.get(0);
}

Java泛型实验

实验1：集合中使用泛型

实验目标

掌握在集合中使用泛型的方法
理解Comparable和Comparator接口的使用
实现自定义对象的排序

实验步骤

定义Employee类

public class Employee implements Comparable<Employee> {private String name;private int age;private MyDate birthday;// 构造器、getter、setter省略@Overridepublic int compareTo(Employee o) {return this.name.compareTo(o.name);}@Overridepublic String toString() {return "Employee{" +"name='" + name + '\'' +", age=" + age +", birthday=" + birthday +'}';}
}

定义MyDate类

public class MyDate {private int year;private int month;private int day;// 构造器、getter、setter省略
}

实现排序

// 按姓名排序（自然排序）
TreeSet<Employee> set1 = new TreeSet<>();
set1.add(new Employee("Alice", 25, new MyDate(1998, 5, 12)));
// 添加其他Employee对象// 按生日排序（定制排序）
TreeSet<Employee> set2 = new TreeSet<>(new Comparator<Employee>() {@Overridepublic int compare(Employee o1, Employee o2) {// 实现日期比较逻辑}
});

实验结果

成功创建Employee对象并存入TreeSet
实现按姓名和生日的两种排序方式
正确遍历输出排序结果

实验2：自定义泛型类的使用

实验目标

掌握自定义泛型类的定义和使用
理解泛型在数据访问层(DAO)中的应用
使用JUnit进行单元测试

实验步骤

定义泛型DAO类

public class DAO<T> {private Map<String, T> map = new HashMap<>();public void save(String id, T entity) {map.put(id, entity);}public T get(String id) {return map.get(id);}public void update(String id, T entity) {map.put(id, entity);}public List<T> list() {return new ArrayList<>(map.values());}public void delete(String id) {map.remove(id);}
}

定义User类

public class User {private int id;private int age;private String name;// 构造器、getter、setter省略
}

编写测试类

public class DAOTest {@Testpublic void testDAO() {DAO<User> dao = new DAO<>();User u1 = new User(1, 25, "Alice");dao.save("001", u1);assertEquals(u1, dao.get("001"));User u2 = new User(2, 30, "Bob");dao.update("001", u2);assertEquals(1, dao.list().size());dao.delete("001");assertNull(dao.get("001"));}
}

实验结果

成功实现泛型DAO类
完成对User对象的CRUD操作
通过JUnit测试验证功能正确性

实验总结

关键知识点

泛型集合
- 类型安全
- 自动类型转换
- 减少代码重复
排序实现
- Comparable接口：自然排序
- Comparator接口：定制排序
泛型类设计
- 类型参数化
- 提高代码复用性
- 增强类型安全性
单元测试
- 使用JUnit验证功能
- 保证代码质量
- 支持重构

常见问题

类型擦除的影响
- 运行时无法获取泛型类型信息
- 解决方案：通过Class对象传递类型信息
泛型数组创建
- 不能直接创建泛型数组
- 解决方案：使用Object数组转换
通配符使用
- 上界通配符：<? extends T>
- 下界通配符：<? super T>
- 无界通配符：<?>

Java泛型与集合练习题

泛型类设计

题目1：开发泛型Apple类

要求：

设计一个泛型Apple类，包含重量属性weight
实例化三个对象：
- a1：weight为String类型，值为"500克"
- a2：weight为Integer类型，值为500
- a3：weight为Double类型，值为500.0
输出各对象的weight值
思考：为什么a2和a3需要使用包装类Integer和Double？

实现：

public class Apple<T> {private T weight;public Apple(T weight) {this.weight = weight;}public T getWeight() {return weight;}public static void main(String[] args) {Apple<String> a1 = new Apple<>("500克");Apple<Integer> a2 = new Apple<>(500);Apple<Double> a3 = new Apple<>(500.0);System.out.println("a1 weight: " + a1.getWeight());System.out.println("a2 weight: " + a2.getWeight());System.out.println("a3 weight: " + a3.getWeight());}
}

思考：

泛型类型参数必须是引用类型，不能是基本类型（如int、double）
因此需要使用包装类Integer和Double

集合操作

题目2：新闻类与ArrayList集合

要求：

封装新闻类News，包含标题、作者、内容、类型属性
重写toString方法，输出格式为"标题；类型；作者"
重写equals和hashCode方法，标题相同即为同一条新闻
创建ArrayList集合，添加三条新闻
遍历集合，打印新闻标题，截取标题到10个汉字长度

实现：

public class News {private String title;private String author;private String content;private String type;// 构造器、getter、setter省略@Overridepublic String toString() {return title + ";" + type + ";" + author;}@Overridepublic boolean equals(Object o) {if (this == o) return true;if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;News news = (News) o;return title.equals(news.title);}@Overridepublic int hashCode() {return title.hashCode();}
}public class NewsTest {public static void main(String[] args) {List<News> newsList = new ArrayList<>();newsList.add(new News("标题1", "作者1", "内容1", "类型1"));newsList.add(new News("标题2", "作者2", "内容2", "类型2"));newsList.add(new News("标题3", "作者3", "内容3", "类型3"));for (News news : newsList) {String title = news.getTitle();System.out.println(title.length() > 10 ? title.substring(0, 10) : title);}}
}

Map集合操作

题目3：HashMap操作

要求：

使用HashMap存储员工姓名和工资
更新张三的工资为2600元
为所有员工加薪100元
遍历所有员工
遍历所有工资

实现：

public class EmployeeSalary {public static void main(String[] args) {Map<String, Integer> salaryMap = new HashMap<>();salaryMap.put("张三", 800);salaryMap.put("李四", 1500);salaryMap.put("王五", 3000);// 更新张三工资salaryMap.put("张三", 2600);// 所有员工加薪100元salaryMap.replaceAll((k, v) -> v + 100);// 遍历所有员工System.out.println("员工列表：");for (String name : salaryMap.keySet()) {System.out.println(name);}// 遍历所有工资System.out.println("工资列表：");for (Integer salary : salaryMap.values()) {System.out.println(salary);}}
}

尚硅谷2019版Java集合和泛型

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泛型本质

泛型优势

泛型使用场景

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通配符使用

泛型方法

定义与使用

类型推断

泛型限制与注意事项

使用限制

常见问题

最佳实践建议

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实验目标

实验步骤

实验结果

实验2：自定义泛型类的使用

实验目标

实验步骤

实验结果

实验总结

关键知识点

常见问题

Java泛型与集合练习题

泛型类设计

题目1：开发泛型Apple类

集合操作

题目2：新闻类与ArrayList集合

Map集合操作

题目3：HashMap操作

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