通俗易懂，Java之Collection接口带你了解集合类型

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  如下是Java集合体系架构图，近期几期内容都是围绕该体系进行知识讲解，以便于同学们学习Java集合篇知识能够系统化而不零散。

在这里插入图片描述

前言

  Java Collection Framework（集合框架）是Java编程中非常重要的一部分，它提供了一组接口和类用于存储和操作对象组成的集合。Java Collection Framework的设计目标是提供高效、可复用、标准化、类型安全的集合类。

  在Java集合框架中，Collection接口是所有集合类的基础接口。其他集合类如List、Set、Queue等都是基于Collection接口的，因此了解Collection接口的定义和方法对于Java集合框架的学习非常重要。

  本文将从定义、源代码解析、应用场景案例、优缺点分析、类代码方法介绍、测试用例等方面介绍Collection接口类。

摘要

本文将主要介绍以下内容：

• Collection接口的定义和方法
• Collection接口的源代码解析
• Collection接口的应用场景案例
• Collection接口的优缺点分析
• Collection类代码方法介绍
• Collection接口的测试用例
• 全文小结和总结

Collection接口类

简介

  Collection接口是Java集合框架中最基本的接口，它定义了一些通用的方法，如添加元素、删除元素、遍历元素等。由于Collection接口是所有集合类的基础接口，因此它包含了大量常用的功能，如判断集合是否为空、获取集合大小等。

  Collection接口是继承自java.lang.Iterable接口的，因此它支持Iterable接口的所有方法，如迭代器遍历集合等。

  Collection接口有多个实现类，其中最常用的是ArrayList、LinkedList、HashSet、TreeSet和HashMap。

源代码解析

Collection接口的源代码如下所示：

public interface Collection<E> extends Iterable<E> {
    int size();
    boolean isEmpty();
    boolean contains(Object o);
    Iterator<E> iterator();
    Object[] toArray();
    <T> T[] toArray(T[] a);
    boolean add(E e);
    boolean remove(Object o);
    boolean containsAll(Collection<?> c);
    boolean addAll(Collection<? extends E> c);
    boolean removeAll(Collection<?> c);
    boolean retainAll(Collection<?> c);
    void clear();
    boolean equals(Object o);
    int hashCode();
}

Collection接口定义了一些通用的方法，如：

• size()：返回集合的大小。
• isEmpty()：判断集合是否为空。
• contains(Object o)：判断集合是否包含元素o。
• iterator()：返回一个迭代器，用于遍历集合中的元素。
• toArray()：返回一个包含集合中所有元素的数组。
• add(E e)：添加一个元素到集合中。
• remove(Object o)：从集合中删除一个元素。
• containsAll(Collection\<?> c)：判断集合是否包含另一个集合c中的所有元素。
• addAll(Collection\<? extends E> c)：添加另一个集合c中的所有元素到集合中。
• removeAll(Collection\<?> c)：从集合中删除另一个集合c中的所有元素。
• retainAll(Collection\<?> c)：从集合中保留另一个集合c中的所有元素，删除集合中不包含在c中的元素。
• clear()：清空集合中所有元素。
• equals(Object o)：判断集合是否与另一个对象o相等。
• hashCode()：返回集合的哈希码。

如下是对应的部分源码截图：

在这里插入图片描述

应用场景案例

  Collection接口具有通用性，常用于对一组元素进行操作和管理的场景。

  以下是一些Collection接口的应用场景案例：

• ArrayList：适用于需要随机访问元素，且元素数量较多的场景。例如读取大量数据后进行排序、搜索等操作。
• LinkedList：适用于需要频繁插入和删除元素的场景，例如实现栈、队列等数据结构。
• HashSet：适用于需要快速判断元素是否存在的场景。例如判断某个字符串是否属于某个集合。
• TreeSet：适用于需要按照自然顺序或指定顺序排序元素的场景。例如按照字母顺序排序字符串集合。
• HashMap：适用于以键值对形式存储数据的场景。例如存储学生的学号和成绩，以学号为键，成绩为值。

优缺点分析

Collection接口具有以下优点：

• 支持对一组元素进行通用的操作和管理，大大降低了编程难度和出错率。
• 提供了多个实现类，适用于不同的场景和需求。
• 可以通过迭代器遍历集合中的元素，非常方便。

但同时也存在以下缺点：

• 对于单个元素的操作会比直接操作数组慢一些，尤其是对于元素数量较少的情况。
• 大部分集合类不是线程安全的，因此在多线程环境下需要进行额外的同步操作。

类代码方法介绍

以下是Collection接口中一些常用的方法的介绍：

size()

int size()

该方法返回集合中元素的数量。

isEmpty()

boolean isEmpty()

该方法判断集合是否为空。

contains(Object o)

boolean contains(Object o)

该方法判断集合是否包含元素o。

iterator()

Iterator<E> iterator()

该方法返回一个迭代器，用于遍历集合中的元素。

toArray()

Object[] toArray()

该方法返回一个包含集合中所有元素的数组。

add(E e)

boolean add(E e)

该方法添加一个元素到集合中。如果成功添加则返回true，否则返回false。

remove(Object o)

boolean remove(Object o)

该方法从集合中删除一个元素。如果成功删除则返回true，否则返回false。

containsAll(Collection\<?> c)

boolean containsAll(Collection<?> c)

该方法判断集合是否包含另一个集合c中的所有元素。

addAll(Collection\<? extends E> c)

boolean addAll(Collection<? extends E> c)

该方法添加另一个集合c中的所有元素到集合中。如果成功添加则返回true，否则返回false。

removeAll(Collection\<?> c)

boolean removeAll(Collection<?> c)

该方法从集合中删除另一个集合c中的所有元素。如果成功删除则返回true，否则返回false。

retainAll(Collection\<?> c)

boolean retainAll(Collection<?> c)

  该方法从集合中保留另一个集合c中的所有元素，删除集合中不包含在c中的元素。如果成功保留则返回true，否则返回false。

clear()

void clear()

该方法清空集合中所有元素。

equals(Object o)

boolean equals(Object o)

该方法判断集合是否与另一个对象o相等。

hashCode()

int hashCode()

该方法返回集合的哈希码。

测试用例

为了验证Collection接口的正确性和可用性，我们可以编写一些测试用例来对其进行测试。

用例代码

以下是Collection接口的一些测试用例：

package com.example.javase.collection;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;

/**
 * @Author 喵手
 * @Date 2023-10-23 20:55
 */
public class CollectionTest {


        public static void main(String[] args) {
            Collection<String> c1 = new ArrayList<String>();
            Collection<String> c2 = new ArrayList<String>();
            String[] s1 = {"a", "b", "c", "d", "e"};
            String[] s2 = {"c", "d", "e", "f", "g"};

            // 添加元素
            for (String s : s1) {
                c1.add(s);
            }
            System.out.println("c1: " + c1);   // c1: [a, b, c, d, e]

            // 删除元素
            c1.remove("b");
                    System.out.println("c1: " + c1);   // c1: [a, c, d, e]

            // 判断是否包含元素
            boolean contains = c1.contains("a");
            System.out.println("c1包含a元素吗？ " + contains);   // c1包含a元素吗？ true

            // 添加一组元素
            for (String s : s2) {
                c2.add(s);
            }
            System.out.println("c2: " + c2);   // c2: [c, d, e, f, g]

            // 求并集
            Collection<String> union = new ArrayList<String>(c1);
            union.addAll(c2);
            System.out.println("c1和c2的并集为：" + union);   // c1和c2的并集为：[a, c, d, e, f, g]

            // 求交集
            Collection<String> intersection = new ArrayList<String>(c1);
            intersection.retainAll(c2);
            System.out.println("c1和c2的交集为：" + intersection);   // c1和c2的交集为：[c, d, e]

            // 求差集
            Collection<String> difference = new ArrayList<String>(c1);
            difference.removeAll(c2);
            System.out.println("c1和c2的差集为：" + difference);   // c1和c2的差集为：[a]

            // 判断集合是否为空
            boolean empty = c1.isEmpty();
            System.out.println("c1是否为空？ " + empty);   // c1是否为空？ false

            // 获取集合中元素的个数
            int size = c1.size();
            System.out.println("c1中元素的个数为：" + size);   // c1中元素的个数为：4

            // 清空集合中的元素
            c1.clear();
            System.out.println("c1清空后为：" + c1);   // c1清空后为：[]
    }
}

用例结果演示

根据如上测试用例，测试结果如下：

在这里插入图片描述

测试代码分析

  如上测试代码演示了Java中Collection接口的常用方法，主要包括以下几个方面：

1. 创建Collection对象

这里通过ArrayList集合类创建了两个Collection对象c1和c2，用于后面演示操作。

1. 添加元素

使用add()方法向c1中添加了字符串数组s1中的元素。

1. 删除元素

使用remove()方法从c1中删除了元素"b"。

1. 判断是否包含元素

使用contains()方法判断c1是否包含元素"a"。

1. 添加一组元素

使用add()方法向c2中添加了字符串数组s2中的元素。

1. 求并集

使用addAll()方法将c1和c2中的元素合并到一个新的集合中，得到并集union。

1. 求交集

使用retainAll()方法得到c1和c2的交集intersection。

1. 求差集

使用removeAll()方法得到c1和c2的差集difference。

1. 判断集合是否为空

使用isEmpty()方法判断c1是否为空。

1. 获取集合中元素的个数

使用size()方法获取c1中元素的个数。

1. 清空集合中的元素

使用clear()方法清空c1中的所有元素。

  从上述操作可以看出，Java中的Collection接口提供了非常便捷的集合操作方法，适用于存储单一类型的数据元素。其中，List和Set是Collection接口的两个主要子接口，分别代表有序列表和无序集合，具有不同的特点和用途。

小结

  本文主要介绍了Java集合框架中的Collection接口类，包括定义和方法、源代码解析、应用场景案例、优缺点分析、类代码方法介绍以及测试用例等方面。

  在定义和方法方面，Collection接口定义了一些通用的方法，如添加元素、删除元素、遍历元素等。它是Java集合框架中最基本的接口，所有集合类都是基于它的。在源代码解析方面，本文详细介绍了Collection接口中常用的方法。在应用场景方面，本文列举了一些常用的集合类并说明了它们适用的场景。在优缺点分析方面，本文分析了Collection接口的优点和缺点。在类代码方法介绍方面，本文对Collection接口中常用的方法进行了介绍。最后，本文给出了一些测试用例来验证Collection接口的正确性和可用性。

总结

  Collection接口作为Java集合框架中最基本的接口，具有非常重要的作用。通过本文的介绍，我们了解了Collection接口的定义和方法、源代码解析、应用场景、优缺点以及常用方法介绍，并编写了相应的测试用例进行验证。掌握了Collection接口的相关知识后，我们可以更加灵活地使用Java集合框架进行数据操作和管理。

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文末

好啦，以上就是我这期的全部内容，如果有任何疑问，欢迎下方留言哦，咱们下期见。

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学习不分先后，知识不分多少；事无巨细，当以虚心求教；三人行，必有我师焉！！！

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