文章目錄
- 初識基礎框架
- 為什么使用集合框架
- 集合框架的繼承關系
- ArrayList入門案例
- 單元測試和增刪改查
- 單元測試的注意事項
- LinkedList入門案例
- ArrayList底層是數組
- LinkedList底層是鏈表
- ArrayList和LinkedList選型
- ArrayList存放DOG對象
初識基礎框架
Java基礎集合框架是Java編程語言中用于存儲、管理和處理數據的一組核心接口和類的集合。
它提供了各種不同類型的數據結構，例如列表、集合、映射等，以及與這些數據結構相關的操作方法。
Java基礎集合框架位于`java.util`包中，并在Java的標準庫中提供。
Java基礎集合框架的主要接口和類：
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List 接口: 有序集合，可以包含重復元素。常見實現包括ArrayList、LinkedList 和 Vector。
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Set 接口: 不包含重復元素的集合。常見實現包括HashSet、LinkedHashSet 和 TreeSet。
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Map 接口: 鍵值對的集合，每個鍵映射到一個值。常見實現包括HashMap、LinkedHashMap 和 TreeMap。
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Queue 接口: 用于表示隊列數據結構，通常按照先進先出（FIFO）的順序處理元素。常見實現包括LinkedList 和 PriorityQueue。
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Deque 接口: 雙端隊列，可以從兩端添加和刪除元素。常見實現包括ArrayDeque 和 LinkedList。
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Iterator 接口: 用于遍歷集合中的元素。
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Collections 類: 提供了一組靜態方法，用于對集合進行操作，如排序、查找、反轉等。
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Arrays 類: 提供了一些靜態方法，用于操作數組，如排序、查找等。
除了上述核心接口和類之外，還有一些其他實用類，如 BitSet、EnumSet、EnumMap 等，用于處理特定類型的數據結構。
基礎集合框架為Java開發人員提供了靈活且高效的數據結構和操作方式，使得在處理不同類型的數據時更加方便和快速。不過需要注意的是，雖然基礎集合框架在大多數情況下足夠使用，但在某些特定場景下，可能需要使用更專門的集合庫或自定義數據結構。
為什么使用集合框架
使用集合框架（Collection Framework）在Java編程中有許多好處，它提供了一種方便、高效、可重用的方式來管理和操作數據。以下是使用集合框架的一些主要理由：
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數據存儲和管理：集合框架提供了多種數據結構，如列表、集合、映射等，使得存儲和管理數據變得更加簡單。開發人員無需自己實現復雜的數據結構，而是可以直接使用標準庫中提供的集合類。
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高效的數據操作：集合框架中的類和方法經過優化，可以高效地執行各種數據操作，如查找、插入、刪除等。這些操作的底層實現通常使用了合適的數據結構，以提供快速的性能。
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代碼重用：通過使用集合框架，可以避免重復編寫數據結構和操作方法，從而提高代碼的重用性。開發人員可以專注于業務邏輯而不必關心底層數據管理。
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類型安全：集合框架在設計時考慮了類型安全性，因此可以確保在編譯時捕獲一些潛在的類型錯誤，減少運行時異常的可能性。
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迭代和遍歷：集合框架提供了統一的迭代和遍歷機制，使得遍歷集合中的元素變得簡單。開發人員可以使用迭代器或增強的 for 循環來遍歷集合。
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線程安全性：在多線程環境下，某些集合類（如 ConcurrentHashMap 和 CopyOnWriteArrayList）提供了線程安全的實現，可以幫助開發人員處理并發訪問的問題。
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標準化接口：Java的集合框架使用了統一的接口和類命名規范，這使得開發人員可以輕松地切換和替換不同的集合實現，從而提高了代碼的靈活性和可維護性。
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算法和操作的封裝：集合框架中提供了許多常用的算法和操作，如排序、查找、過濾等，這些操作可以直接應用于集合，無需開發人員手動實現。
集合框架為Java開發人員提供了一種強大的工具，幫助他們更輕松地處理和管理數據，提高了代碼的效率、可讀性和可維護性。
無論是小規模的項目還是大規模的應用程序，集合框架都是編程中不可或缺的重要組成部分。
集合框架的繼承關系
Java集合框架的類和接口之間存在復雜的繼承關系和層次結構。
以下是Java集合框架中一些主要的類和接口及其繼承關系的概述
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Collection 接口：是所有集合類的根接口，它定義了基本的集合操作方法，如添加、刪除、查找、遍歷等。它派生了兩個子接口：List 和 Set。
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List 接口：表示有序的集合，可以包含重復元素。常見實現有 ArrayList、LinkedList 和 Vector。
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Set 接口：表示不包含重復元素的集合。常見實現有 HashSet、LinkedHashSet 和 TreeSet。
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Map 接口：表示鍵值對的集合，每個鍵映射到一個值。常見實現有 HashMap、LinkedHashMap 和 TreeMap。
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Queue 接口：表示隊列數據結構，通常按照先進先出（FIFO）的順序處理元素。常見實現有 LinkedList 和 PriorityQueue。
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Deque 接口：表示雙端隊列，可以從兩端添加和刪除元素。常見實現有 ArrayDeque 和 LinkedList。
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Iterator 接口：用于遍歷集合中的元素，是 Collection 接口的成員之一。
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ListIterator 接口：是 Iterator 的子接口，提供了在 List 中雙向遍歷的能力。
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Collections 類：是一個工具類，提供了各種靜態方法用于對集合進行操作，如排序、查找、反轉等。
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Arrays 類：是一個工具類，提供了靜態方法用于操作數組，如排序、查找等。
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AbstractCollection 抽象類：實現了 Collection 接口中的大部分方法，為其他集合類提供了共享的基本實現。
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AbstractList、AbstractSet 和 AbstractMap 抽象類：分別實現了 List、Set 和 Map 接口中的一些通用方法，為具體的實現類提供了基礎。
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AbstractSequentialList 抽象類：實現了 List 接口，為線性數據結構提供了基本實現。
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AbstractQueue 抽象類：實現了 Queue 接口，為隊列數據結構提供了基本實現。
這只是集合框架中一部分類和接口的繼承關系，實際上還有許多其他類和接口在框架中扮演了重要的角色。
ArrayList入門案例
import java.util.ArrayList;public class ArrayListExample {public static void main(String[] args) {// 創建一個 ArrayList，存儲整數類型的數據ArrayList<Integer> numbers = new ArrayList<>();// 添加元素到 ArrayListnumbers.add(10);numbers.add(20);numbers.add(30);numbers.add(40);numbers.add(50);// 打印 ArrayList 中的元素System.out.println("ArrayList 中的元素: " + numbers);// 使用 for 循環遍歷 ArrayListSystem.out.println("使用 for 循環遍歷 ArrayList:");for (int i = 0; i < numbers.size(); i++) {System.out.println(numbers.get(i));}// 使用增強的 for 循環遍歷 ArrayListSystem.out.println("使用增強的 for 循環遍歷 ArrayList:");for (Integer num : numbers) {System.out.println(num);}// 刪除元素numbers.remove(2); // 刪除索引為2的元素（30）// 打印更新后的 ArrayListSystem.out.println("更新后的 ArrayList: " + numbers);}
}
在這個案例中，我們首先創建了一個存儲整數的ArrayList。然后，我們使用add()方法向列表中添加一些元素。接下來，我們展示了兩種不同的遍歷方式：使用傳統的for循環和增強的for循環。
最后，我們使用remove()方法刪除了列表中索引為2的元素（即30），并打印出更新后的ArrayList。
這個簡單的案例演示了ArrayList的基本用法，包括創建、添加、遍歷和刪除元素。
單元測試和增刪改查
單元測試（Unit Testing）是軟件開發中的一種測試方法，用于測試軟件中的最小可測試單元（通常是函數、方法或類）是否按照預期工作。在數據庫操作中的增加（Create）、刪除（Delete）、更新（Update）和查詢（Retrieve）操作通常也需要進行單元測試，以確保這些操作在各種情況下都能正確地執行。
以下是一個簡單的示例，演示了如何對數據庫操作的增刪改查功能進行單元測試：
假設我們有一個名為UserDao的類，負責與用戶數據進行交互，提供增刪改查操作。我們使用JUnit作為單元測試框架，來編寫測試用例。
import org.junit.Before;
import org.junit.Test;
import static org.junit.Assert.*;
import java.util.List;public class UserDaoTest {private UserDao userDao;@Beforepublic void setUp() {// 在每個測試方法運行之前初始化 UserDaouserDao = new UserDao();}@Testpublic void testCreateUser() {User newUser = new User("John Doe", 25);assertTrue(userDao.createUser(newUser));}@Testpublic void testUpdateUser() {User existingUser = userDao.getUserById(1); // 假設數據庫中已經有一個id為1的用戶assertNotNull(existingUser);existingUser.setName("Jane Smith");assertTrue(userDao.updateUser(existingUser));}@Testpublic void testDeleteUser() {int userIdToDelete = 2; // 假設數據庫中已經有一個id為2的用戶assertTrue(userDao.deleteUser(userIdToDelete));}@Testpublic void testGetUserById() {User retrievedUser = userDao.getUserById(3); // 假設數據庫中已經有一個id為3的用戶assertNotNull(retrievedUser);}@Testpublic void testGetAllUsers() {List<User> users = userDao.getAllUsers();assertNotNull(users);assertTrue(users.size() > 0);}
}
在上述示例中，我們編寫了幾個測試用例來測試UserDao類中的增刪改查功能。每個測試方法使用@Test注解進行標記，表示這是一個測試方法。@Before注解表示在每個測試方法之前執行的代碼，用于初始化測試環境。
在每個測試方法中，我們使用JUnit的斷言方法（如assertTrue、assertNotNull等）來驗證操作的結果是否符合預期。如果測試方法中的斷言失敗，則測試將失敗，表明代碼可能存在問題。
通過編寫這些單元測試，我們可以在開發過程中快速發現和解決潛在的問題，確保數據庫操作的增刪改查功能能夠正確地工作。
單元測試的注意事項
單元測試在軟件開發中扮演著重要的角色，可以幫助開發人員快速發現和解決問題，確保代碼的質量和可靠性。以下是一些單元測試的注意事項：
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測試覆蓋率：確保測試用例覆蓋到代碼中的各個分支和情況，以最大程度地減少未測試代碼的存在。使用代碼覆蓋率工具來幫助確定測試覆蓋范圍。
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獨立性：每個測試用例應該是相互獨立的，不應該依賴于其他測試的執行順序或結果。這有助于定位問題和調試失敗的測試。
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可重復性：測試應該是可重復運行的，不受外部環境的影響。避免依賴外部資源或隨機性因素，確保測試結果始終一致。
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清晰明了的命名：給測試用例和測試方法起有意義的名字，以便于理解測試的目的和預期結果。良好的命名可以提高測試代碼的可讀性。
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小而專注的測試：每個測試用例應該專注于測試一個特定功能或場景。避免一個測試方法測試過多的功能，以保持測試的可維護性和清晰性。
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模擬和假設：在測試中，可能需要模擬外部依賴或假設某些條件成立。使用模擬框架或工具來創建虛擬對象，以便進行更有效的測試。
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異常測試：確保測試代碼能夠正確地處理和捕獲預期的異常情況。這有助于驗證代碼在異常情況下的行為是否符合預期。
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持續集成：將單元測試集成到持續集成（CI）流程中，確保每次代碼提交都會自動運行測試，及時發現問題并防止引入新的錯誤。
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定期維護：隨著代碼的演進，確保及時更新和維護測試代碼，以適應代碼的變化和需求的變化。
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性能測試：雖然單元測試主要關注功能的正確性，但在適當的情況下，也可以考慮添加性能測試，以確保代碼在負載和壓力下的表現。
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測試文檔：為每個測試用例編寫清晰的文檔，描述測試的目的、輸入、預期結果以及其他必要信息。這有助于其他開發人員理解和維護測試。
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版本控制：將測試代碼與應用代碼一起放入版本控制系統，確保測試代碼與應用代碼保持同步。
LinkedList入門案例
以下是一個使用簡單的入門案例，演示了如何創建一個LinkedList、添加元素、遍歷列表以及刪除元素的基本操作：
import java.util.LinkedList;public class LinkedListExample {public static void main(String[] args) {// 創建一個 LinkedList，存儲字符串類型的數據LinkedList<String> names = new LinkedList<>();// 添加元素到 LinkedListnames.add("Alice");names.add("Bob");names.add("Charlie");names.add("David");names.add("Eve");// 打印 LinkedList 中的元素System.out.println("LinkedList 中的元素: " + names);// 使用 for 循環遍歷 LinkedListSystem.out.println("使用 for 循環遍歷 LinkedList:");for (int i = 0; i < names.size(); i++) {System.out.println(names.get(i));}// 使用增強的 for 循環遍歷 LinkedListSystem.out.println("使用增強的 for 循環遍歷 LinkedList:");for (String name : names) {System.out.println(name);}// 刪除元素names.remove(2); // 刪除索引為2的元素（Charlie）// 打印更新后的 LinkedListSystem.out.println("更新后的 LinkedList: " + names);}
}
在這個案例中，我們首先創建了一個存儲字符串的LinkedList。然后，我們使用add()方法向列表中添加一些元素。接下來，我們展示了兩種不同的遍歷方式：使用傳統的for循環和增強的for循環。
最后，我們使用remove()方法刪除了列表中索引為2的元素（即"Charlie"），并打印出更新后的LinkedList。
這個簡單的案例演示了LinkedList的基本用法，包括創建、添加、遍歷和刪除元素。LinkedList通常在需要頻繁地在列表中進行插入和刪除操作時比較有用，因為它支持高效的插入和刪除操作。
ArrayList底層是數組
ArrayList的底層實現確實是一個數組（Array）。
ArrayList是基于數組實現的動態數組，它提供了自動擴容的功能，使得在添加或刪除元素時能夠高效地調整數組的大小。
當你創建一個ArrayList時，實際上是創建了一個對象，該對象內部包含了一個數組來存儲元素。當添加元素時，如果數組已滿，ArrayList會自動創建一個更大的數組，并將舊數組中的元素復制到新數組中，從而實現自動擴容。這種機制使得ArrayList能夠靈活地處理不同大小的數據集合。
盡管ArrayList的底層是數組，但它隱藏了數組的很多細節，提供了一組方便的方法來進行元素的添加、刪除、查找等操作。ArrayList還提供了動態調整數組大小的功能，使得開發人員無需手動管理數組的大小和內存分配。
由于底層是數組，ArrayList在進行插入和刪除操作時可能涉及元素的移動，這可能會影響性能。
在需要頻繁進行插入和刪除操作的場景中，可能需要考慮其他數據結構，如LinkedList，以獲得更好的性能。
LinkedList底層是鏈表
LinkedList的底層實現確實是一個鏈表（Linked List）。
LinkedList是一種雙向鏈表的數據結構，它由一系列的節點組成，每個節點包含了元素本身以及指向前一個節點和后一個節點的引用。
當你創建一個LinkedList時，實際上是創建了一個鏈表對象，該對象內部維護了鏈表的頭節點和尾節點以及其他必要的信息。在LinkedList中，添加和刪除元素的操作非常高效，因為只需要修改節點之間的引用關系，而不需要像數組那樣進行元素的移動。
LinkedList適用于需要頻繁在中間位置插入和刪除元素的場景，因為它的插入和刪除操作在平均情況下是O(1)的時間復雜度。然而，需要注意的是，由于每個節點都需要額外的內存空間來存儲引用，所以在內存使用方面可能會比ArrayList更高一些。
LinkedList的底層實現是一個雙向鏈表，它提供了高效的插入和刪除操作，適用于特定的使用場景。在選擇使用ArrayList還是LinkedList時，需要根據具體的需求和性能要求進行權衡。
ArrayList和LinkedList選型
在選擇使用ArrayList還是LinkedList時，需要根據你的具體需求和使用場景進行權衡。以下是ArrayList和LinkedList的一些特點和適用場景，可以幫助你做出選擇：
ArrayList：
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隨機訪問效率高：ArrayList基于數組實現，因此支持隨機訪問（通過索引訪問元素）非常高效，時間復雜度為O(1)。
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讀取操作效率高：對于頻繁讀取元素的場景，ArrayList通常比LinkedList更快，因為不涉及節點間的引用操作。
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內存使用較少：由于不需要存儲額外的引用節點，ArrayList在內存使用上通常比LinkedList更少。
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元素迭代效率高：對ArrayList進行迭代操作時（如使用增強的for循環），由于數據在內存中是連續存儲的，效率較高。
使用ArrayList進行頻繁的讀取操作和隨機訪問：
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class ArrayListExample {public static void main(String[] args) {List<String> names = new ArrayList<>();names.add("Alice");names.add("Bob");names.add("Charlie");names.add("David");names.add("Eve");// 頻繁讀取和隨機訪問System.out.println("第二個名字：" + names.get(1));System.out.println("名字列表：" + names);}
}
在這兩個示例中，ArrayList適用于頻繁的讀取操作和隨機訪問，因為它可以通過索引高效地訪問元素。而LinkedList適用于頻繁的插入和刪除操作，因為它能夠高效地在列表中插入和刪除元素。
請注意，這只是簡單的示例，實際情況可能更加復雜。在選擇ArrayList還是LinkedList時，需要根據實際需求和數據操作的特點來權衡利弊。
LinkedList：
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插入和刪除效率高：LinkedList在插入和刪除操作（尤其是在列表中間位置）上非常高效，時間復雜度為O(1)。這使得LinkedList在頻繁進行插入和刪除操作的場景中更有優勢。
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內存分配靈活：由于LinkedList是基于鏈表實現的，它可以動態調整內存分配，不需要像ArrayList那樣提前指定容量。
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迭代器操作效率高：在使用迭代器遍歷列表時，LinkedList由于直接操作節點引用，可以在某些情況下比ArrayList更快。
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不適合隨機訪問：LinkedList的隨機訪問效率較低，因為需要通過節點引用逐個訪問，時間復雜度為O(n)。
使用LinkedList進行頻繁的插入和刪除操作：
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;public class LinkedListExample {public static void main(String[] args) {List<String> names = new LinkedList<>();names.add("Alice");names.add("Bob");names.add("David");// 在第二個位置插入元素names.add(1, "Charlie");System.out.println("插入后的名字列表：" + names);// 刪除第一個元素names.remove(0);System.out.println("刪除后的名字列表：" + names);}
}
綜上所述，如果你需要頻繁進行隨機訪問、讀取操作或迭代操作，而且內存使用較為關鍵，那么ArrayList可能更適合。
如果你需要頻繁進行插入和刪除操作，或者希望內存分配更靈活，那么LinkedList可能更合適。
需要根據具體的場景和需求進行選擇，有時也可以結合使用不同的集合類來充分發揮各自的優勢。
ArrayList存放DOG對象
下面是一個簡單的示例代碼，展示了如何使用ArrayList存放四條狗（Dog對象）：
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;class Dog {private String name;public Dog(String name) {this.name = name;}public String getName() {return name;}@Overridepublic String toString() {return "Dog{" +"name='" + name + '\'' +'}';}
}public class ArrayListDogExample {public static void main(String[] args) {// 創建一個存放Dog對象的ArrayListList<Dog> dogs = new ArrayList<>();// 添加四條狗dogs.add(new Dog("Buddy"));dogs.add(new Dog("Max"));dogs.add(new Dog("Charlie"));dogs.add(new Dog("Lucy"));// 遍歷并打印狗的名字System.out.println("存放的狗的名字：");for (Dog dog : dogs) {System.out.println(dog.getName());}}
}
在這個示例中，我們首先定義了一個簡單的Dog類，它具有一個name屬性和相關的構造方法和方法。
然后，我們創建了一個ArrayList來存放Dog對象，并向其中添加了四條狗。
最后，我們遍歷ArrayList，打印出每條狗的名字。
這個示例展示了如何使用ArrayList存放自定義對象，以后可以根據需要進行修改和擴展。
