项目优化和List集合
1、项目优化
1.1 分析当前情况
问题
数据存储是数组形式，数据类型明确。复用度较低。
需求
Student操作使用的代码，StudentManager想要操作考虑一个复用度问题。不管更换什么数据类型， 都是可以直接使用。
解决问题
1. 泛型
2. 数组不能使用泛型，但是这个数组又需要保存各式各样的数据
Object
1.2 使用泛型和Object优化项目
package com.qfedu.student.system.util;
import com.qfedu.student.system.myexception.IllegalCapacityException;
import com.qfedu.student.system.myexception.OverflowMaxArraySizeException;
/**
* 自定义数据存储工具，MyList用于存储代码中操作的数据
*
* @author Anonymous
*
* @param <E> 使用泛型满足更多的情况
*/
public class MyList<E> {
/**
* 保存数据的底层Object数组，可以保存任意数据类型，但是在操作方法是会
* 对操作的数据类型，通过泛型进行约束操作
*/
private Object[] elementData = null;
/**
* DEFAULT_CAPACITY 默认容量，这里是一个带有名字的常量
*/
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
/**
* 数组最大容量，是int类型最大值 - 8
*/
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
/**
* 当前底层Object数组中有效元素个数
*/
private int size = 0;
/**
* 无参数构造方法，使用DEFAULT_CAPACITY约束初始化容量
*/
public MyList() {
elementData = new Object[DEFAULT_CAPACITY];
}
/**
* 提供给用户可以指定初始化容量的操作方法
*
* @param initCapacity 用户指定的初始化容量，但是必须在合理范围以内
* @throws IllegalCapacityException 用户指定的初始化容量超出范围
*/
public MyList(int initCapacity) throws IllegalCapacityException {
if (initCapacity < 0 || initCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) {
throw new IllegalCapacityException("Input Parameter is Invalid!");
}
elementData = new Object[initCapacity];
}
/**
* 添加方法，添加在创建MyList对象是约束的具体数据类型
*
* @param e 通过泛型约束的具体数据类型
* @return 添加成功返回true, 否则返回false
* @throws OverflowMaxArraySizeException
*/
public boolean add(E e) throws OverflowMaxArraySizeException {
if (size == elementData.length) {
// 添加操作是一个元素，最小容量要求就是在原本的数组容量之上 + 1
grow(size + 1);
}
elementData[size] = e;
size += 1;
return true;
}
/**
* 删除保存在MyList中的指定元素
*
* @param obj 用户指定的元素
* @return 删除成功返回true，否则返回false
*/
public boolean remove(Object obj) {
int index = indexOf(obj);
return remove(index);
}
/**
* 删除指定下标的的元素
*
* @param index 用户指定的下标位置
* @return 删除成功返回true，否则返回false
*/
public boolean remove(int index) {
if (index < 0 || index >= size) {
return false;
}
for (int i = index; i < size - 1; i++) {
elementData[i] = elementData[i + 1];
}
// 原本最后一个有效元素位置赋值为null
elementData[size - 1] = null;
// 有效元素个数 - 1
size -= 1;
return true;
}
/**
* 根据指定元素，找出对应的下标位置，没有找到返回-1
*
* @param obj 用户传入的元素
* @return 找到元素返回值大于等于0，没有找到返回-1
*/
public int indexOf(Object obj) {
int index = -1;
for (int i = 0; i < size; i++) {
if (obj.equals(elementData[i])) {
index = i;
break;
}
}
return index;
}
/**
* 替换修改方法，使用指定元素替换指定下标的元素
*
* @param index 指定的下标位置，约束在合理范围以内
* @param e 泛型约束的指定数据类型，保证数据类型一致化
* @return 被替换掉的元素。如果没有被替换的元素，返回null
*/
public E set(int index, E e) {
if (index < 0 || index >= size) {
return null;
}
// 取出原本的元素
E temp = (E) elementData[index];
elementData[index] = e;
return temp;
}
/**
* 返回当前MyList底层数组中保存有效元素个数是多少个
*
* @return 返回当前MyList底层数组中有效元素个数
*/
public int size() {
return size;
}
/**
* 判断当前MyList中是否为空
*
* @return 如果是空返回true，否则返回false
*/
public boolean isEmpty() {
return 0 == size;
}
/**
* 判断指定元素是否在MyList底层数组中存在
*
* @param obj 用户指定的元素
* @return 存在返回true，不存在返回false
*/
public boolean contains(Object obj) {
return indexOf(obj) > -1;
}
/**
* 根据指定下标位置，获取对应的元素
*
* @param index 指定下标位置
* @return 对应的元素，如果不存在，返回null
*/
public E get(int index) {
return index > -1 && index < size ? (E) elementData[index] : null;
}
/**
* 类内私有化方法，用于在添加元素过程中，出现当前底层数组容量不足的情况下 对底层数组进行扩容操作，满足使用要求
*
* @param minCapacity 添加操作要求的最小容量
* @throws OverflowMaxArraySizeException 数组容量超出最大范围
*/
private void grow(int minCapacity) throws OverflowMaxArraySizeException {
// 1. 获取原数组容量
int oldCapacity = elementData.length;
// 2. 计算得到新数组容量，新数组容量大约是原数组容量的1.5倍
// >> 1 右移一位 该操作是二进制操作 等价于 / 2 效率略高
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
// 3. 判断新数组容量是否满足最小容量要求
if (minCapacity > newCapacity) {
newCapacity = minCapacity;
}
// 4. 判断当前容量是否超出了MAX_ARRAY_SIZE
if (newCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) {
throw new OverflowMaxArraySizeException("Overflow MAX_ARRAY_SIZE");
}
// 5. 创建新数组
Object[] temp = new Object[newCapacity];
// 6. 数据拷贝
for (int i = 0; i < oldCapacity; i++) {
temp[i] = elementData[i];
}
// 7. 使用allStus保存新数组首地址
elementData = temp;
}
}
2、List接口
2.1 List接口概述
List接口特征：
1. 数据存储可重复。
2. 有序，添加顺序和保存顺序一致。
--| ArrayList<E>
可变长数组
--| LinkedList<E>
双向链表
--| Vector<E>
线程安全的可变长数组
2.2 List常用方法
增
boolean add(E e);
List接口继承Collection接口 add方法，使用操作和Collection一致，并且这里采用的添加方式是【尾插法】
boolean add(int index, E e);
List接口【特有方法】，在指定位置，添加指定元素。
boolean addAll(Collection<? extends E> c);
List接口继承Collection接口 addAll方法，使用操作和Collection一致，并且这里采用的添加方式是【尾插法】
boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c);
List接口【特有方法】，在指定下标位置，添加另一个集合中所有内容
删
E remove(int index);
List接口【特有方法】，获取指定下标位置的元素。
boolean remove(Object obj);
List接口继承Collection接口方法。删除集合中的指定元素
boolean removeAll(Collection<?> c);
List接口继承Collection接口方法。删除当前集合中和参数集合重复元素
boolean retainAll(Collection<?> c);
List接口继承Collection接口方法。保留当前集合中和参数集合重复元素
clear();
List接口继承Collection接口方法。清空整个集合中的所有元素
改
E set(int index, E e);
List接口【特有方法】，使用指定元素替代指定下标的元素，返回值是被替换的元素
查
int size();
List接口继承Collection接口方法。获取集合中有效元素个数
boolean isEmpty();
List接口继承Collection接口方法。判断当前集合是否为空
boolean contains(Object obj);
List接口继承Collection接口方法。判断指定元素是否包含在当前集合中
boolean containsAll(Collection<?> c);
List接口继承Collection接口方法。判断参数集合是不是当前集合在子集合
Object[] toArray();
List接口继承Collection接口方法。获取当前集合中所有元素Object数组
E get(int index);
List接口【特有方法】。获取指定下标对应的元素
List<E> subList(int fromIndex, int toIndex);
List接口【特有方法】。获取当前集合指定子集合，从fromIndex开始，到toIndex结束。fromIndex <= 范围 < toIndex
int indexOf(Object obj);
List接口【特有方法】。获取指定元素在集合中第一次出现位置
int lastIndexOf(Object obj);
List接口【特有方法】。获取指定元素在集合中最后一次出现的位置
2.3 List接口常用方法演示
package com.qfedu.a_list;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class Demo1 {
public static void main(String[] args) {
/*
* List<E>是一个接口，没有自己的类对象，这里使用List接口的
* 实现类ArrayList来演示代码。
*/
List<String> list = new ArrayList<String>();
/*
* 添加方法演示
*/
list.add("浓郁咖啡摩卡");
list.add("浓郁咖啡拿铁");
list.add("焦糖玛奇朵");
list.add("摩卡可可碎星冰乐");
list.add("可可卡布奇诺");
System.out.println(list);
list.add(3, "美式咖啡");
System.out.println(list);
List<String> list2 = new ArrayList<String>();
list2.add("肥宅快乐水");
list2.add("芬达");
list2.add("雪碧");
list2.add("冰峰");
list.addAll(4, list2);
System.out.println(list);
/*
* 删除方法
*/
String remove = list.remove(1);
System.out.println(remove);
System.out.println(list);
// 条件过滤，这里使用了JDK1.8 新特征 Lambda表达式和函数式接口 【后期知识点】
list.removeIf((str) -> str.length() > 4);
System.out.println(list);
}
}
package com.qfedu.a_list;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class Demo1 {
public static void main(String[] args) {
/*
* List<E>是一个接口，没有自己的类对象，这里使用List接口的
* 实现类ArrayList来演示代码。
*/
List<String> list = new ArrayList<String>();
/*
* 添加方法演示
*/
list.add("浓郁咖啡摩卡");
list.add("浓郁咖啡拿铁");
list.add("焦糖玛奇朵");
list.add("摩卡可可碎星冰乐");
list.add("可可卡布奇诺");
System.out.println(list);
list.add(3, "美式咖啡");
System.out.println(list);
List<String> list2 = new ArrayList<String>();
list2.add("肥宅快乐水");
list2.add("芬达");
list2.add("雪碧");
list2.add("冰峰");
list.addAll(4, list2);
System.out.println(list);
/*
* 删除方法
*/
String remove = list.remove(1);
System.out.println(remove);
System.out.println(list);
// 条件过滤，这里使用了JDK1.8 新特征 Lambda表达式和函数式接口 【后期知识点】
list.removeIf((str) -> str.length() > 4);
System.out.println(list);
}
}
3. ArrayList【重点】
3.1 ArrayList概述
ArrayList是在Java中集合非常重要的一个组装，基于数组完成的数据结构。可变长数组操作！！！
底层保存数据的是一个Object类型数组。
ArrayList使用的方法都是List接口中的方法，有两个需要了解的成员方法:
ensureCapacity();
判断方法，用于确定当前底层数组的容量是否满足当前操作的需求。
trimToSize();
节省空间，将底层数组的容量缩容至有效元素个数
需要掌握的是关于ArrayList效率相关的问题。和细节问题
3.2 细节问题
1. DEFAULT_CAPACITY
默认容量 private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
在调用ArrayList无参数构造方法是，才会使用DEFAULT_CAPACITY，作为底层Object数组的初始化容量。如果用户指定调用的是带有初始化底层Object数组容量的构造方法，会根据用户指定的容量创建对一个ArrayList集合。】
2. MAX_ARRAY_SIZE ==> Integer.MAX_VALUE - 8;
int[] arr = new int[10];
arr.length 是什么??? 数组容量
这里是一个方法还是属性??? 属性
属性是不是成员变量??? 是
成员变量是否需要占用内存??? 需要
new数组占用的空间什么地方??? 堆区
arr.length 属性是不是也在堆区??? 是
为什么 - 8???
因为在数组中存在很多属性，length只是众多属性中的一个，在创建数组使用的过程中，需要留有内存空间用于保存数组中属性。
3.3 效率问题
ArrayList特征：
增删慢
增加慢
1. 数组当前容量无法满足添加操作，需要进行grow扩容方法执行，在扩容方法中，存在数组创建，数组数据拷贝。非常浪费时间，而且浪费内存。
2. 数组在添加数据的过程中，存在在指定位置添加元素，从指定位置开始，之后的元素整体向后移动。
删除慢
1. 删除数据之后，从删除位置开始，之后的元素整体向前移动，移动过程非常浪费时间
2. 删除操作会导致数据空间的浪费，内存的浪费
查询快
ArrayList底层是一个数组结构，在查询操作的过程中，是按照数组+下标的方式来操作对应的元素，数组+下标方式可以直接获取对应的空间首地址，CPU访问效率极高。
3.4 【补充知识点，内存地址】
内存地址概念:
[计算机原理]
计算机中为了更好的使用内存，操作程序，完成代码。将内存按照最小单位，进行编号处理。
最小单位: 字节 byte
从编号为0内存开始，到内存的最大值。地址的展示方式是十六进制。
3.5 【补充知识点 内存地址对于CPU有什么关系】
代码实际运行:
CPU就是根据内存地址，可以直达内存所在区域，执行对应代码。精准而优雅，速度非常快！！！
3.6 【补充知识点 数组空间地址关系】
3.7【补充知识点 null到底是什么】
null 是计算机中非常特殊的一块内存。该内存编号 0x0000 0000
该内存受到系统保护
不只是电脑，包括手机，iPad，智能设备，只要存在计算机基本结构的设备上都存在null 编号为0x0内存。大小一个字节该内存不能读取任何数据，也不能写入任何数据。一旦操作，程序直接被系统杀死
Kill -9
一般用于引用数据类型的初始化，利用开发中关于null的异常，辅助找出代码中的错误。
NullPointerException.
