Что такое коллекции java

Коллекции в Java

В этом уроке мы рассмотрим коллекции, которые являются одной из важных частей Java Core.

Коллекции (Collection Framework) – это хранилища, поддерживающие различные способы накопления и упорядочения объектов с целью обеспечения возможностей эффективного доступа к ним. Они очень похожи на массивы, но имеют намного больше возможностей. Очень тяжело написать приложение на Java, которое может обойтись без коллекций.

Коллекции были добавлены в версии J2SЕ 1.2.

Collection framework в языке Java состоит из 3-х частей:

интерфейсы,
классы,
алгоритмы.

Практически все коллекции и интерфейсы являются обобщенными. На этапе создания коллекции, вы скорее всего будете знать элементы какого типа вам нужны — String, Integer и т.д. Конечно же можно создать необобщенную коллекцию, но так делается крайне редко.

В этом уроке рассмотрим основные элементы коллекций, иерархия которых представлена на следующем рисунке:

Иерархия Collection Framework

Презентацию с видео можно скачать на Patreon .

Интерфейс Collection
Структуры данных
Интерфейс List и класс ArrayList
Интерфейс Set и классы HashSet, LinkedHashSet
Интерфейс SortedSet и класс TreeSet
Интерфейсы Comparable и Comparator
Интерфейс NavigableSet
Интерфейс Queue и классы
Интерфейс Iterator
Интерфейс ListIterator
Отображения Map
Класс Collections
Backed Collections
Legacy Classes
Задания

Коллекции

Для хранения наборов данных в Java предназначены массивы. Однако их не всегда удобно использовать, прежде всего потому, что они имеют фиксированную длину. Эту проблему в Java решают коллекции. Однако суть не только в гибких по размеру наборах объектов, но в и том, что классы коллекций реализуют различные алгоритмы и структуры данных, например, такие как стек, очередь, дерево и ряд других.

Классы коллекций располагаются в пакете java.util , поэтому перед применением коллекций следует подключить данный пакет.

Хотя в Java существует множество коллекций, но все они образуют стройную и логичную систему. Во-первых, в основе всех коллекций лежит применение того или иного интерфейса, который определяет базовый функционал. Среди этих интерфейсов можно выделить следующие:

Collection : базовый интерфейс для всех коллекций и других интерфейсов коллекций
Queue : наследует интерфейс Collection и представляет функционал для структур данных в виде очереди
Deque : наследует интерфейс Queue и представляет функционал для двунаправленных очередей
List : наследует интерфейс Collection и представляет функциональность простых списков
Set : также расширяет интерфейс Collection и используется для хранения множеств уникальных объектов
SortedSet : расширяет интерфейс Set для создания сортированных коллекций
NavigableSet : расширяет интерфейс SortedSet для создания коллекций, в которых можно осуществлять поиск по соответствию
Map : предназначен для созданий структур данных в виде словаря, где каждый элемент имеет определенный ключ и значение. В отличие от других интерфейсов коллекций не наследуется от интерфейса Collection

Эти интерфейсы частично реализуются абстрактными классами:

AbstractCollection : базовый абстрактный класс для других коллекций, который применяет интерфейс Collection
AbstractList : расширяет класс AbstractCollection и применяет интерфейс List, предназначен для создания коллекций в виде списков
AbstractSet : расширяет класс AbstractCollection и применяет интерфейс Set для создания коллекций в виде множеств
AbstractQueue : расширяет класс AbstractCollection и применяет интерфейс Queue, предназначен для создания коллекций в виде очередей и стеков
AbstractSequentialList : также расширяет класс AbstractList и реализует интерфейс List. Используется для создания связанных списков
AbstractMap : применяет интерфейс Map, предназначен для создания наборов по типу словаря с объектами в виде пары «ключ-значение»

С помощью применения вышеописанных интерфейсов и абстрактных классов в Java реализуется широкая палитра классов коллекций — списки, множества, очереди, отображения и другие, среди которых можно выделить следующие:

ArrayList : простой список объектов
LinkedList : представляет связанный список
ArrayDeque : класс двунаправленной очереди, в которой мы можем произвести вставку и удаление как в начале коллекции, так и в ее конце
HashSet : набор объектов или хеш-множество, где каждый элемент имеет ключ — уникальный хеш-код
TreeSet : набор отсортированных объектов в виде дерева
LinkedHashSet : связанное хеш-множество
PriorityQueue : очередь приоритетов
HashMap : структура данных в виде словаря, в котором каждый объект имеет уникальный ключ и некоторое значение
TreeMap : структура данных в виде дерева, где каждый элемент имеет уникальный ключ и некоторое значение

Схематично всю систему коллекций вкратце можно представить следующим образом:

Интерфейсы коллекций в Java

Интерфейс Collection

Интерфейс Collection является базовым для всех коллекций, определяя основной функционал:

public interface Collection extends Iterable < // определения методов >

Интерфейс Collection является обобщенным и расширяет интерфейс Iterable, поэтому все объекты коллекций можно перебирать в цикле по типу for-each .

Среди методов интерфейса Collection можно выделить следующие:

boolean add (E item) : добавляет в коллекцию объект item. При удачном добавлении возвращает true, при неудачном — false
boolean addAll (Collection col) : добавляет в коллекцию все элементы из коллекции col. При удачном добавлении возвращает true, при неудачном — false
void clear () : удаляет все элементы из коллекции
boolean contains (Object item) : возвращает true, если объект item содержится в коллекции, иначе возвращает false
boolean isEmpty () : возвращает true, если коллекция пуста, иначе возвращает false
Iterator iterator () : возвращает объект Iterator для обхода элементов коллекции
boolean remove (Object item) : возвращает true, если объект item удачно удален из коллекции, иначе возвращается false
boolean removeAll (Collection col) : удаляет все объекты коллекции col из текущей коллекции. Если текущая коллекция изменилась, возвращает true, иначе возвращается false
boolean retainAll (Collection col) : удаляет все объекты из текущей коллекции, кроме тех, которые содержатся в коллекции col. Если текущая коллекция после удаления изменилась, возвращает true, иначе возвращается false
int size () : возвращает число элементов в коллекции
Object[] toArray () : возвращает массив, содержащий все элементы коллекции

Все эти и остальные методы, которые имеются в интерфейсе Collection, реализуются всеми коллекциями, поэтому в целом общие принципы работы с коллекциями будут одни и те же. Единообразный интерфейс упрощает понимание и работу с различными типами коллекций. Так, добавление элемента будет производиться с помощью метода add , который принимает добавляемый элемент в качестве параметра. Для удаления вызывается метод remove() . Метод clear будет очищать коллекцию, а метод size возвращать количество элементов в коллекции.

#9 – Коллекции в Джава (Collections Framework)

Коллекции в Джава представляют из себя связку из нескольких классов, что дают возможность для создания структур данных. За урок мы научимся использовать классы ArrayList и LinkedList для создания динамических массивов данных.

Видеоурок

В языке Java можно создавать как простые массивы данных, так и динамические массивы данных, что также называются коллекциями. Работа с простыми типами массивов была рассмотрена в курсе по основам языка Java. Посмотреть соответсвующий урок можно здесь .

Коллекции в языке Java

Стандартные массивы предоставляют лишь небольшой функционал по работе с элементами. Если мы захотим добавить 10 элемент в массив что состоит из 9 элементов, то будет выдана ошибка. Такой подход совсем неудобен, ведь не позволяет динамично управлять данными в массиве.

На помощь приходят коллекции данных. В языке Java есть множество интерфейсов по работе с коллекциями. Все такие интерфейсы представлены ниже:

Как видно из фото, каждая коллекция представляет из себя именно интерфейс, а не класс. Основным интерфейсом является Collection.

Вы можете создать коллекцию (другими словами: массив данных) на основе Collection или же на основе других интерфейсов, что являются наследниками интерфейса Collection.

Пугаться коллекций не стоит, ведь коллекции это лишь интерфейсы, а они в свою очередь лишь набор функций, которыми мы, разработчики, можем пользоваться.

Основные коллекции

Помимо главного интерфейса Collection есть три других главных формата:

List — коллекция для создания массивов данных, где индексами являются числа (0, 1, 2 и так далее);
Set — тоже самое что List, вот только в Set нельзя установить повторяющиеся элементы;
Map — коллекция для создания массивов данных, где индексами являются ключи («one», «2», «three» и так далее).

У каждого интерфейса есть интерфейсы наследники, что дополняют функциями базовый интерфейс. К примеру, можно создать коллекцию на основе класса List, а можно расширить её функционал за счёт создания коллекции на основе LinkedList.

Создание коллекций на основе разных интерфейсов очень схоже, поэтому в видео уроке были рассмотрены лишь ArrayList и LinkedList.

Коллекции безусловно удобнее чем массивы данных. Тем не менее, не стоит злоупотреблять ими, так как они занимают больше оперативной памяти, что может повлиять на скорость загрузки приложения в целом.

Работа с коллекциями

Для работы с коллекциями необходимо подключить соответсвующие интерфейсы из java.util .

При создании коллекции необходимо указать тип данных, имя, а также выделение памяти:

ArrayList numbers = new ArrayList<>(1); LinkedList names = new LinkedList<>();

Для работы с элементами существует множество методов. Наиболее часто используемые представлены ниже:

add() — добавление элемента в конец массива;
remove() — удаление элемента из массива по его индексу;
clear() — очистка всего массива;
size() — получение размера массива (количество элементов);
addFirst() — добавление элемента в начало массива;
addLast() — добавление элемента в конец;
clone() — выполняет клонирование массива;
get() — возвращает элемент по индексу;
getFirst() — возвращает первый элемент в массиве;
getLast() — возвращает последний элемент в массиве;
set(index, element) — меняет значение элемента по индексу.

Весь код будет доступен после подписки на проект!

Коллекции в Java: что это такое и зачем они нужны

В пакете java.util содержится библиотека коллекций(collection framework), которая предоставляет большие возможности для работы с множествами, хэш-таблицами, векторами, разными видами списков и т.д.

Коллекция — это объект, способный хранить группу одинаковых элементов. Она содержит методы для операций с однородными данными. Изначально Java поддерживала работу с коллекциями в рамках классов Vector и Hashtable, но с появлением JDK 1.2 возможности работы с коллекциями были расширены, возникло много открытых интерфейсов и различных видов классов, которые были включены в библиотеку коллекций.

Основные преимущества классов collection framework(перед классами, разрабатываемыми самостоятельно) заключаются в следующем:

ускоряется процесс разработки и улучшается качество кода;
обеспечивается поддержка повторного использования кода;
производится стандартизация интерфейса ваших классов;
реализуется поддержка многопоточного доступа.

Проверке готовых классов-коллекций уделялось много внимания, поэтому правомерно говорить об улучшении качества кода. Данные классы можно считать хорошо отлаженными с минимальным количеством ошибок, что зачастую невозможно обеспечить в самостоятельных проектах.

Основу библиотеки составляют открытые интерфейсы, которые можно использовать для создания собственных коллекций. Каждый интерфейс объявляет набор методов, которые вы обязаны реализовать в своей программе:

Collection — группа элементов(охватывает Set и List);
Set — множество элементов(без дублирования);
SortedSet — то же самое, что Set, только элементы упорядочены;
List — упорядоченный список;
Map — словарь, то есть коллекция, в которой каждый элемент имеет уникальный ключ;
SortedMap — то же самое, что и Map, однако элементы упорядочены;
Queue — интерфейс для работы с очередью.

Разумеется, интерфейсы были бы «пустыми», если бы в них не существовало встроенных классов, реализующих необходимые функций:

ArrayList — список List как массив элементов;
LinkedList — список List, выполняющий функции связанного списка;
HashSet — множество Set как хэш-таблица;
TreeSet — множество SortedSet, используемое как дерево;
HashMap — индексированный словарь хэш;
TreeMap — коллекция SortedMap древовидной структуры.

Задача каждого из интерфейсов — обеспечить простоту и удобство работы с большим количеством однотипных данных. Рассмотрим подробнее назначение каждого из этих интерфейсов.

Collection — общий интерфейс, объединяющий интерфейсы Set и List. Содержит методы для добавления и удаления элементов коллекции, проверки их правильности, наличия и другие.
Set — неупорядоченный набор неповторяющихся элементов. Расширяет интерфейс Collection. Если производится попытка добавить в набор элемент, который уже в нем содержится, она будет проигнорирована.
List — служит для работы с упорядоченными коллекциями. К каждому элементы такой коллекции можно обратиться по индексу. Расширяет интерфейс Collection.
Map — предназначен для работы с коллекциями-словарями, в которых содержатся ключи и соответствующие им значения(каждому ключу соответствует только одно значением). Словарь может содержать произвольное число элементов.
Queue — содержит методы для работы с очередями: в них элементы добавляются с одного конца, а извлекаются с другого.