转载自博客https://blog.csdn.net/qq_36226453/article/details/82790375

一、反射的概述

JAVA反射机制是在运行状态中，对于任意一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法；对于任意一个对象，都能够调用它的任意一个方法和属性；这种动态获取的信息以及动态调用对象的方法的功能称为java语言的反射机制。

要想解剖一个类,必须先要获取到该类的字节码文件对象。而解剖使用的就是Class类中的方法.所以先要获取到每一个字节码文件对应的Class类型的对象.

以上的总结就是什么是反射

反射就是把java类中的各种成分映射成一个个的Java对象

例如：一个类有：成员变量、方法、构造方法、包等等信息，利用反射技术可以对一个类进行解剖，把个个组成部分映射成一个个对象。

（其实：一个类中这些成员方法、构造方法、在加入类中都有一个类来描述）

如图是类的正常加载过程：反射的原理在与class对象。

熟悉一下加载的时候：Class对象的由来是将class文件读入内存，并为之创建一个Class对象。

其中这个Class对象很特殊。我们先了解一下这个Class类

二、查看Class类在java中的api详解（1.7的API）

如何阅读java中的api详见java基础之——String字符串处理

Class 类的实例表示正在运行的 Java 应用程序中的类和接口。也就是jvm中有N多的实例每个类都有该Class对象。（包括基本数据类型）

Class 没有公共构造方法。Class 对象是在加载类时由 Java 虚拟机以及通过调用类加载器中的defineClass 方法自动构造的。也就是这不需要我们自己去处理创建，JVM已经帮我们创建好了。

没有公共的构造方法，方法共有64个太多了。下面用到哪个就详解哪个吧

三、反射的使用（这里使用Student类做演示）

先写一个Student类。

1、获取Class对象的三种方式

1.1 Object ——> getClass(); 1.2 任何数据类型（包括基本数据类型）都有一个“静态”的class属性 1.3 通过Class类的静态方法：forName（String className）(常用)

其中1.1是因为Object类中的getClass方法、因为所有类都继承Object类。从而调用Object类来获取

 package fanshe;
/**
 * 获取Class对象的三种方式
 * 1 Object ——> getClass();
 * 2 任何数据类型（包括基本数据类型）都有一个“静态”的class属性
 * 3 通过Class类的静态方法：forName（String  className）(常用)
 *
 */
public class Fanshe {
    public static void main(String[] args) {
        //第一种方式获取Class对象  
        Student stu1 = new Student();//这一new 产生一个Student对象，一个Class对象。
        Class stuClass = stu1.getClass();//获取Class对象
        System.out.println(stuClass.getName());
        
        //第二种方式获取Class对象
        Class stuClass2 = Student.class;
        System.out.println(stuClass == stuClass2);//判断第一种方式获取的Class对象和第二种方式获取的是否是同一个
        
        //第三种方式获取Class对象
        try {
            Class stuClass3 = Class.forName("fanshe.Student");//注意此字符串必须是真实路径，就是带包名的类路径，包名.类名
            System.out.println(stuClass3 == stuClass2);//判断三种方式是否获取的是同一个Class对象
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
    }
}

注意：在运行期间，一个类，只有一个Class对象产生。

三种方式常用第三种，第一种对象都有了还要反射干什么。第二种需要导入类的包，依赖太强，不导包就抛编译错误。一般都第三种，一个字符串可以传入也可写在配置文件中等多种方法。

2、通过反射获取构造方法并使用：

student类：

package fanshe;
 
public class Student {
    
    //---------------构造方法-------------------
    //（默认的构造方法）
    Student(String str){
        System.out.println("(默认)的构造方法 s = " + str);
    }
    
    //无参构造方法
    public Student(){
        System.out.println("调用了公有、无参构造方法执行了。。。");
    }
    
    //有一个参数的构造方法
    public Student(char name){
        System.out.println("姓名：" + name);
    }
    
    //有多个参数的构造方法
    public Student(String name ,int age){
        System.out.println("姓名："+name+"年龄："+ age);//这的执行效率有问题，以后解决。
    }
    
    //受保护的构造方法
    protected Student(boolean n){
        System.out.println("受保护的构造方法 n = " + n);
    }
    
    //私有构造方法
    private Student(int age){
        System.out.println("私有的构造方法   年龄："+ age);
    }
 
}
 

共有6个构造方法；

测试类：

package fanshe;
 
import java.lang.reflect.Constructor;
 
 
/*
 * 通过Class对象可以获取某个类中的：构造方法、成员变量、成员方法；并访问成员；
 *
 * 1.获取构造方法：
 *         1).批量的方法：
 *             public Constructor[] getConstructors()：所有"公有的"构造方法
            public Constructor[] getDeclaredConstructors()：获取所有的构造方法(包括私有、受保护、默认、公有)
     
 *         2).获取单个的方法，并调用：
 *             public Constructor getConstructor(Class... parameterTypes):获取单个的"公有的"构造方法：
 *             public Constructor getDeclaredConstructor(Class... parameterTypes):获取"某个构造方法"可以是私有的，或受保护、默认、公有；
 *         
 *             调用构造方法：
 *             Constructor-->newInstance(Object... initargs)
 */
public class Constructors {
 
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1.加载Class对象
        Class clazz = Class.forName("fanshe.Student");
        
        
        //2.获取所有公有构造方法
        System.out.println("**********************所有公有构造方法*********************************");
        Constructor[] conArray = clazz.getConstructors();
        for(Constructor c : conArray){
            System.out.println(c);
        }
        
        
        System.out.println("************所有的构造方法(包括：私有、受保护、默认、公有)***************");
        conArray = clazz.getDeclaredConstructors();
        for(Constructor c : conArray){
            System.out.println(c);
        }
        
        System.out.println("*****************获取公有、无参的构造方法*******************************");
        Constructor con = clazz.getConstructor(null);
        //1>、因为是无参的构造方法所以类型是一个null,不写也可以：这里需要的是一个参数的类型，切记是类型
        //2>、返回的是描述这个无参构造函数的类对象。
    
        System.out.println("con = " + con);
        //调用构造方法
        Object obj = con.newInstance();
    //    System.out.println("obj = " + obj);
    //    Student stu = (Student)obj;
        
        System.out.println("******************获取私有构造方法，并调用*******************************");
        con = clazz.getDeclaredConstructor(char.class);
        System.out.println(con);
        //调用构造方法
        con.setAccessible(true);//暴力访问(忽略掉访问修饰符)
        obj = con.newInstance('男');
    }
    
}
 

后台输出：

**********************所有公有构造方法*********************************
public fanshe.Student(java.lang.String,int)
public fanshe.Student(char)
public fanshe.Student()
************所有的构造方法(包括：私有、受保护、默认、公有)***************
private fanshe.Student(int)
protected fanshe.Student(boolean)
public fanshe.Student(java.lang.String,int)
public fanshe.Student(char)
public fanshe.Student()
fanshe.Student(java.lang.String)
*****************获取公有、无参的构造方法*******************************
con = public fanshe.Student()
调用了公有、无参构造方法执行了。。。
******************获取私有构造方法，并调用*******************************
public fanshe.Student(char)
姓名：男
 

调用方法：

1.获取构造方法：

1).批量的方法：
public Constructor[] getConstructors()：所有”公有的”构造方法
public Constructor[] getDeclaredConstructors()：获取所有的构造方法(包括私有、受保护、默认、公有)

2).获取单个的方法，并调用：
public Constructor getConstructor(Class… parameterTypes):获取单个的”公有的”构造方法：
public Constructor getDeclaredConstructor(Class… parameterTypes):获取”某个构造方法”可以是私有的，或受保护、默认、公有；

调用构造方法：

Constructor–>newInstance(Object… initargs)

2、newInstance是 Constructor类的方法（管理构造函数的类）

api的解释为：

newInstance(Object… initargs)
使用此 Constructor 对象表示的构造方法来创建该构造方法的声明类的新实例，并用指定的初始化参数初始化该实例。

它的返回值是T类型，所以newInstance是创建了一个构造方法的声明类的新实例对象。并为之调用

3、获取成员变量并调用

student类：

package fanshe.field;
 
public class Student {
    public Student(){
        
    }
    //**********字段*************//
    public String name;
    protected int age;
    char sex;
    private String phoneNum;
    
    @Override
    public String toString() {
        return "Student [name=" + name + ", age=" + age + ", sex=" + sex
                + ", phoneNum=" + phoneNum + "]";
    }
    
    
}
 

测试类：

package fanshe.field;
import java.lang.reflect.Field;
/*
 * 获取成员变量并调用：
 *
 * 1.批量的
 *         1).Field[] getFields():获取所有的"公有字段"
 *         2).Field[] getDeclaredFields():获取所有字段，包括：私有、受保护、默认、公有；
 * 2.获取单个的：
 *         1).public Field getField(String fieldName):获取某个"公有的"字段；
 *         2).public Field getDeclaredField(String fieldName):获取某个字段(可以是私有的)
 *
 *      设置字段的值：
 *         Field --> public void set(Object obj,Object value):
 *                     参数说明：
 *                     1.obj:要设置的字段所在的对象；
 *                     2.value:要为字段设置的值；
 *
 */
public class Fields {
 
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            //1.获取Class对象
            Class stuClass = Class.forName("fanshe.field.Student");
            //2.获取字段
            System.out.println("************获取所有公有的字段********************");
            Field[] fieldArray = stuClass.getFields();
            for(Field f : fieldArray){
                System.out.println(f);
            }
            System.out.println("************获取所有的字段(包括私有、受保护、默认的)********************");
            fieldArray = stuClass.getDeclaredFields();
            for(Field f : fieldArray){
                System.out.println(f);
            }
            System.out.println("*************获取公有字段**并调用***********************************");
            Field f = stuClass.getField("name");
            System.out.println(f);
            //获取一个对象
            Object obj = stuClass.getConstructor().newInstance();//产生Student对象--》Student stu = new Student();
            //为字段设置值
            f.set(obj, "刘德华");//为Student对象中的name属性赋值--》stu.name = "刘德华"
            //验证
            Student stu = (Student)obj;
            System.out.println("验证姓名：" + stu.name);
            
            
            System.out.println("**************获取私有字段****并调用********************************");
            f = stuClass.getDeclaredField("phoneNum");
            System.out.println(f);
            f.setAccessible(true);//暴力反射，解除私有限定
            f.set(obj, "18888889999");
            System.out.println("验证电话：" + stu);
            
        }
    }
 

后台输出：

1. `************获取所有公有的字段********************`
2. `public java.lang.String fanshe.field.Student.name`
3. `************获取所有的字段(包括私有、受保护、默认的)********************`
4. `public java.lang.String fanshe.field.Student.name`
5. `protected int fanshe.field.Student.age`
6. `char fanshe.field.Student.sex`
7. `private java.lang.String fanshe.field.Student.phoneNum`
8. `*************获取公有字段**并调用***********************************`
9. `public java.lang.String fanshe.field.Student.name`
10. `验证姓名：刘德华`
11. `**************获取私有字段****并调用********************************`
12. `private java.lang.String fanshe.field.Student.phoneNum`
13. `验证电话：Student [name=刘德华, age=0, sex=`

由此可见

调用字段时：需要传递两个参数：

Object obj = stuClass.getConstructor().newInstance();//产生Student对象–》Student stu = new Student();
//为字段设置值
f.set(obj, “刘德华”);//为Student对象中的name属性赋值–》stu.name = “刘德华”

第一个参数：要传入设置的对象，第二个参数：要传入实参

4、获取成员方法并调用

student类：

package fanshe.method;
 
public class Student {
    //**************成员方法***************//
    public void show1(String s){
        System.out.println("调用了：公有的，String参数的show1(): s = " + s);
    }
    protected void show2(){
        System.out.println("调用了：受保护的，无参的show2()");
    }
    void show3(){
        System.out.println("调用了：默认的，无参的show3()");
    }
    private String show4(int age){
        System.out.println("调用了，私有的，并且有返回值的，int参数的show4(): age = " + age);
        return "abcd";
    }
}
 

测试类：

package fanshe.method;
 
import java.lang.reflect.Method;
 
/*
 * 获取成员方法并调用：
 *
 * 1.批量的：
 *         public Method[] getMethods():获取所有"公有方法"；（包含了父类的方法也包含Object类）
 *         public Method[] getDeclaredMethods():获取所有的成员方法，包括私有的(不包括继承的)
 * 2.获取单个的：
 *         public Method getMethod(String name,Class<?>... parameterTypes):
 *                     参数：
 *                         name : 方法名；
 *                         Class ... : 形参的Class类型对象
 *         public Method getDeclaredMethod(String name,Class<?>... parameterTypes)
 *
 *      调用方法：
 *         Method --> public Object invoke(Object obj,Object... args):
 *                     参数说明：
 *                     obj : 要调用方法的对象；
 *                     args:调用方式时所传递的实参；
):
 */
public class MethodClass {
 
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //1.获取Class对象
        Class stuClass = Class.forName("fanshe.method.Student");
        //2.获取所有公有方法
        System.out.println("***************获取所有的”公有“方法*******************");
        stuClass.getMethods();
        Method[] methodArray = stuClass.getMethods();
        for(Method m : methodArray){
            System.out.println(m);
        }
        System.out.println("***************获取所有的方法，包括私有的*******************");
        methodArray = stuClass.getDeclaredMethods();
        for(Method m : methodArray){
            System.out.println(m);
        }
        System.out.println("***************获取公有的show1()方法*******************");
        Method m = stuClass.getMethod("show1", String.class);
        System.out.println(m);
        //实例化一个Student对象
        Object obj = stuClass.getConstructor().newInstance();
        m.invoke(obj, "刘德华");
        
        System.out.println("***************获取私有的show4()方法******************");
        m = stuClass.getDeclaredMethod("show4", int.class);
        System.out.println(m);
        m.setAccessible(true);//解除私有限定
        Object result = m.invoke(obj, 20);//需要两个参数，一个是要调用的对象（获取有反射），一个是实参
        System.out.println("返回值：" + result);
        
        
    }
}

控制台输出：

***************获取所有的”公有“方法*******************
public void fanshe.method.Student.show1(java.lang.String)
public final void java.lang.Object.wait(long,int) throws java.lang.InterruptedException
public final native void java.lang.Object.wait(long) throws java.lang.InterruptedException
public final void java.lang.Object.wait() throws java.lang.InterruptedException
public boolean java.lang.Object.equals(java.lang.Object)
public java.lang.String java.lang.Object.toString()
public native int java.lang.Object.hashCode()
public final native java.lang.Class java.lang.Object.getClass()
public final native void java.lang.Object.notify()
public final native void java.lang.Object.notifyAll()
***************获取所有的方法，包括私有的*******************
public void fanshe.method.Student.show1(java.lang.String)
private java.lang.String fanshe.method.Student.show4(int)
protected void fanshe.method.Student.show2()
void fanshe.method.Student.show3()
***************获取公有的show1()方法*******************
public void fanshe.method.Student.show1(java.lang.String)
调用了：公有的，String参数的show1(): s = 刘德华
***************获取私有的show4()方法******************
private java.lang.String fanshe.method.Student.show4(int)
调用了，私有的，并且有返回值的，int参数的show4(): age = 20
返回值：abcd
 

由此可见：

m = stuClass.getDeclaredMethod(“show4”, int.class);//调用制定方法（所有包括私有的），需要传入两个参数，第一个是调用的方法名称，第二个是方法的形参类型，切记是类型。
System.out.println(m);
m.setAccessible(true);//解除私有限定
Object result = m.invoke(obj, 20);//需要两个参数，一个是要调用的对象（获取有反射），一个是实参
System.out.println(“返回值：” + result);//

控制台输出：

***************获取所有的”公有“方法*******************
public void fanshe.method.Student.show1(java.lang.String)
public final void java.lang.Object.wait(long,int) throws java.lang.InterruptedException
public final native void java.lang.Object.wait(long) throws java.lang.InterruptedException
public final void java.lang.Object.wait() throws java.lang.InterruptedException
public boolean java.lang.Object.equals(java.lang.Object)
public java.lang.String java.lang.Object.toString()
public native int java.lang.Object.hashCode()
public final native java.lang.Class java.lang.Object.getClass()
public final native void java.lang.Object.notify()
public final native void java.lang.Object.notifyAll()
***************获取所有的方法，包括私有的*******************
public void fanshe.method.Student.show1(java.lang.String)
private java.lang.String fanshe.method.Student.show4(int)
protected void fanshe.method.Student.show2()
void fanshe.method.Student.show3()
***************获取公有的show1()方法*******************
public void fanshe.method.Student.show1(java.lang.String)
调用了：公有的，String参数的show1(): s = 刘德华
***************获取私有的show4()方法******************
private java.lang.String fanshe.method.Student.show4(int)
调用了，私有的，并且有返回值的，int参数的show4(): age = 20
返回值：abcd
 

其实这里的成员方法：在模型中有属性一词，就是那些setter（）方法和getter()方法。还有字段组成，这些内容在内省中详解

5、反射main方法

student类：

package fanshe.main;
 
public class Student {
 
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("main方法执行了。。。");
   }
}
 

测试类：

package fanshe.main;
 
import java.lang.reflect.Method;
 
/**
 * 获取Student类的main方法、不要与当前的main方法搞混了
 */
public class Main {
    
    public static void main(String[] args) {
        try {
            //1、获取Student对象的字节码
            Class clazz = Class.forName("fanshe.main.Student");
            
            //2、获取main方法
             Method methodMain = clazz.getMethod("main", String[].class);//第一个参数：方法名称，第二个参数：方法形参的类型，
            //3、调用main方法
            // methodMain.invoke(null, new String[]{"a","b","c"});
             //第一个参数，对象类型，因为方法是static静态的，所以为null可以，第二个参数是String数组，这里要注意在jdk1.4时是数组，jdk1.5之后是可变参数
             //这里拆的时候将  new String[]{"a","b","c"} 拆成3个对象。。。所以需要将它强转。
             methodMain.invoke(null, (Object)new String[]{"a","b","c"});//方式一
            // methodMain.invoke(null, new Object[]{new String[]{"a","b","c"}});//方式二
            
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        
    }
}
 

控制台输出：

main方法执行了。。。

6、反射方法的其它使用之—通过反射运行配置文件内容

student类：

public class Student {
    public void show(){
        System.out.println("is show()");
    }
}
 

配置文件以txt文件为例子（pro.txt）：

className = cn.fanshe.Student
methodName = show

测试类：

import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.Properties;
 
/*
 * 我们利用反射和配置文件，可以使：应用程序更新时，对源码无需进行任何修改
 * 我们只需要将新类发送给客户端，并修改配置文件即可
 */
public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //通过反射获取Class对象
        Class stuClass = Class.forName(getValue("className"));//"cn.fanshe.Student"
        //2获取show()方法
        Method m = stuClass.getMethod(getValue("methodName"));//show
        //3.调用show()方法
        m.invoke(stuClass.getConstructor().newInstance());
        
    }
    
    //此方法接收一个key，在配置文件中获取相应的value
    public static String getValue(String key) throws IOException{
        Properties pro = new Properties();//获取配置文件的对象
        FileReader in = new FileReader("pro.txt");//获取输入流
        pro.load(in);//将流加载到配置文件对象中
        in.close();
        return pro.getProperty(key);//返回根据key获取的value值
    }
}
 

控制台输出：

is show()

需求：
当我们升级这个系统时，不要Student类，而需要新写一个Student2的类时，这时只需要更改pro.txt的文件内容就可以了。代码就一点不用改动

要替换的student2类：

public class Student2 {
    public void show2(){
        System.out.println("is show2()");
    }
}
 

配置文件更改为：

className = cn.fanshe.Student2
methodName = show2
 

控制台输出：

is show2();

7、反射方法的其它使用之—通过反射越过泛型检查

泛型用在编译期，编译过后泛型擦除（消失掉）。所以是可以通过反射越过泛型检查的

测试类：

import java.lang.reflect.Method;
import java.util.ArrayList;
 
/*
 * 通过反射越过泛型检查
 *
 * 例如：有一个String泛型的集合，怎样能向这个集合中添加一个Integer类型的值？
 */
public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        ArrayList<String> strList = new ArrayList<>();
        strList.add("aaa");
        strList.add("bbb");
        
    //    strList.add(100);
        //获取ArrayList的Class对象，反向的调用add()方法，添加数据
        Class listClass = strList.getClass(); //得到 strList 对象的字节码 对象
        //获取add()方法
        Method m = listClass.getMethod("add", Object.class);
        //调用add()方法
        m.invoke(strList, 100);
        
        //遍历集合
        for(Object obj : strList){
            System.out.println(obj);
        }
    }
} 

控制台输出：
aaa
bbb
100

Java类集框架^2

类集框架简介

从JDK1.2开始，Java中引入了类集开发框架，所谓的类集指的是一套动态对象数组的实现方案，在实际开发中，没有任何一项开发可以离开数组，但是传统的数组实现起来非常的繁琐，而且长度是其致命伤，正是因为长度问题，所以传统的数组是不可能大范围使用的，但是开发又离不开数组，所以最初就只能依靠一些数据结构来实现动态的数组处理，而其中最为重要的两个结构：链表、树。但是面对这些数据结构的实现，又不得不面对如下的一些问题：

• 数据结构的代码实现困难，对于一般的开发者是无法进行使用的；
• 对于链表或二叉树当进行更新处理的时候，维护是非常麻烦的；
• 对于链表或二叉树还需要尽可能保证其操作的性能；

正是因为这样的原因，所以从JDK1.2开始Java引入了类集，主要就是对常见的数据结构进行完整的实现包装，并提供了一系列的接口与实现子类，来帮助用户减少数据结构所带来的开发困难。但是最初的类集实现由Java本身的技术所限，所以对于数据的控制并不严格，全部采用了Object类型进行数据接收，而在JDK1.5后由于泛型将技术的推广，所以类集本身也得到了良好的改进，可以直接利用泛型来保存相同类型的数据，并且随着数据量的不断增加，从JDK1.8开始类集的实现算法也得到了良好的性能提升。

在整个类集框架中，提供了如下几个核心接口：Collection、List、Set、Map、Iterator、Enumeration、Queue、ListIterator。

Collection集合接口

java.util.Collection是单值集合操作的最大的父接口，在该接口中定义有所有的单值数据的处理操作，这个接口中定义了如下的核心操作方法：

在进行集合操作时，有两个方法最为常用：【增加】add()、【输出】iterator()。

在JDK1.5版本之前，Collection只是一个独立的接口，但是从JDK1.5后，提供了Iterable父接口，并且在JDK1.8后针对于Iterable接口也得到了一些扩充。另外，在JDK1.2~JDK1.4的时代里面，如果要进行集合的使用往往会直接操作Collection接口，但是从JDK1.5时代开始更多的情况下选择的都是Collection的两个子接口：允许重复的List子接口、不允许重复的Set子接口；

Collection接口

List接口

List是Collection的子接口，其最大的特点是允许保存有重复元素数据，该接口的定义如下：

public interface List<E> extends Collection<E>

但是需要清楚的是List子接口对于Collection接口进行了方法扩充。

但是List本身依然属于一个接口，那么对于接口要想使用则一定要使用子类来完成定义，在List子接口中有三个常用子类：ArrayList、Vector、LinkedList。

List子接口

从JDK1.9开始，List接口中追加有一些static方法，以方便用户的处理。
范例：观察List的静态方法

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
public class JavaAPIDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        List<String> all = List.of("Hello", "World", "你好", "MLDN", "饿了么？");
        Object result []= all.toArray();
        for(Object temp : result) {
            System.out.println(temp + "、");    //[Hello、World、你好、MLDN、饿了么？]
        }   
    }
}

这些操作方法并不是List的传统用法，是在新版本之后添加的新功能。

ArrayList子类

ArrayList是List子接口中使用最多的一个子类，但是这个子类在使用时也是有前提要求的，所以本次来对这个类的相关定义以及源代码组成进行分析，在Java里面ArrayList类的定义如下：

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> mplements List<E>, RandomAccess, Cloneable, Serializable

ArrayList的继承结构

范例：使用ArrayList实例化List父接口

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class JavaAPIDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        List<String> all = new ArrayList<String>();    //为List父接口进行实例化
        all.add("Hello");
        all.add("Hello");   //重复数据
        all.add("Wolrd");
        all.add("MLDN");
        System.out.println(all);    //[Hello, Hello, Wolrd, MLDN]
    }
}

通过本程序可以发现List的存储特征：

• 保存的顺序就是其存储的顺序；
• List集合里面允许存在有重复数据；

在以上的程序中虽然实现了集合的输出，但是这种输出的操作是直接利用了每一个类提供的toString()方法实现的，为了方便地进行输出处理，在JDK1.8之后Iterable父接口之中定义有一个forEach()方法，方法定义如下：

输出支持：default void forEach(Consumer<? super T> action)
范例：利用forEach()方法进行输出（不是标准输出）

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class JavaAPIDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        List<String> all = new ArrayList<String>();     //为List父接口进行实例化
        all.add("Hello");
        all.add("Hello");      //重复数据
        all.add("Wolrd");
        all.add("MLDN");
        all.forEach((str) -> {
            System.out.print(str + "、");
        });     //Hello、Hello、Wolrd、MLDN、
    }
}

需要注意的是，此种输出并不是正常开发情况下要考虑的操作形式。
范例：观察List集合的其它操作方法

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class JavaAPIDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        List<String> all = new ArrayList<String>();       //为List父接口进行实例化
        System.out.println("集合是否为空？" + all.isEmpty() + "、集合元素个数：" + all.size());    //集合是否为空？true、集合元素个数：0    
        all.add("Hello");
        all.add("Hello");//重复数据
        all.add("Wolrd");
        all.add("MLDN");
        all.remove("Hello");     //删除元素
        System.out.println("集合是否为空？" + all.isEmpty() + "、集合元素个数：" + all.size());   //集合是否为空？false、集合元素个数：3
        all.forEach((str) -> {
            System.out.print(str + "、");
        });     //Hello、Wolrd、MLDN、
    }
}

如果以方法的功能为例，那么ArrayList中操作支持与之前编写的链表形式是非常相似的，但是它并不是使用链表来实现的，通过类名称实际上就已经可以清楚的发现了，ArrayList应该封装的是一个数组。

ArrayList构造：public ArrayList()

public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

ArrayList构造：public ArrayList(int initialCapacity)

public ArrayList(int initialCapacity) {
        if (initialCapacity > 0) {
            this.elementData = new Object[initialCapacity];
        } else if (initialCapacity == 0) {
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        } else {
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity);
        }
    }

通过有参构造方法可以发现，在ArrayList中所包含的数据实际上就是一个对象数组。在进行数据追加时发现ArrayList集合中保存的对象数组长度不够的时候将会开辟新的数组，同时将原始的旧数组内容拷贝到新数组中。
而后数组的开辟操作：

private int newCapacity(int minCapacity) {
    // overflow-conscious code
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    if (newCapacity - minCapacity <= 0) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        if (minCapacity < 0)      // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        return minCapacity;
    }
    return (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE <= 0) ? newCapacity  : hugeCapacity(minCapacity);
}

如果在实例化ArrayList类对象时没有传递初始化的长度，则默认情况下会使用空数组，但是如果在进行数据增加时，发现数组容量不够，则会判断当前的增长容量与默认的容量的大小，使用较大的一个数值进行新的数组开辟，所以可以得出结论：

JDK1.9之后：ArrayList默认的构造只会使用默认的空数组，使用时才会开辟数组，默认的开辟长度为10；

JDK1.9之前：ArrayList默认的构造实际上就会默认开辟大小为10的数组

当ArrayList之中保存的容量不足的时候会采用成倍的方式进行增长，原始长度为10 ，下次的增长就是20，如果在使用ArrayList子类的时候一定要估算出数据量有多少，如果超过了10个，那么采用有参构造的方法进行创建，以避免垃圾数组的空间产生。

ArrayList保存自定义类对象

通过之前的分析已经清楚了ArrayList子类的实现原理以及List核心操作，但是在测试的时候使用的是系统提供的String类，这是一个设计非常完善的类，而对于类集而言也可以实现自定义类对象的保存。
范例：实现自定义类对象保存

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class JavaAPIDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        List<Person> all = new ArrayList<Person>();
        all.add(new Person("张三", 30));
        all.add(new Person("李四", 16));
        all.add(new Person("小强", 78));
        System.out.println(all.contains(new Person("小强", 78)));
        all.remove(new Person("小强", 78));
        all.forEach(System.out::println);    //方法引用代替了消费型的接口
        /**
         * false
         * 姓名：张三、年龄：30
         * 姓名：李四、年龄：28
         * 姓名：小强、年龄：78
         */
    }
}
class Person {
    private String name;
    private int age;
    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    // setter、getter、构造略
    public String toString() {
        return "姓名：" + this.name + "、年龄：" + this.age;
    }
}

在使用List保存自定义对象时，如果需要使用到contains()、remove()方法进行查询或删除处理时一定要保证类中已经覆写了equals()方法。

class Person {
    private String name;
    private int age;
    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj) {
            return true;
        }
        if (obj == null) {
            return false;
        }
        if (!(obj instanceof Person)) {
            return false;
        }
        Person per = (Person) obj;
        return this.name.equals(per.name) && this.age == per.age;
    }
    // setter、getter、构造略
    public String toString() {
        return "姓名：" + this.name + "、年龄：" + this.age;
    }
}
/**
* true
* 姓名：张三、年龄：30
* 姓名：李四、年龄：28
*/

LinkedList子类

在List接口中还有一个比较常用的子类：LinkedList，这个类通过名称就可以发现其特点：基于链表的实现。那么首先观察一下LinkedList的定义：

public class LinkedList<E> extends AbstractSequentialList<E> implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, Serializable

LinkedList类的继承关系

范例：使用LinkedList实现集合操作

import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
public class JavaAPIDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        List<String> all = new LinkedList<String>();
        all.add("Hello");
        all.add("Hello");
        all.add("Wolrd");
        all.add("MLDN");
        all.forEach(System.out::println);   //Hello Hello World MLDN
    }
}

如果现在只是观察程序的功能会发现和ArrayList使用是完全一样的，但是其内部实现机制是完全不同的，首先观察LinkedList构造方法里面并没有提供像ArrayList那样的初始化大小的方法，而只是提供了无参构造处理：“public LinkedList()”。随后观察add()方法的具体实现。

public boolean add(E e) {
    linkLast(e);
    return true;
}

在之前编写自定义链表时，是判断了传入数据是否为null，如果为null则不进行保存，但在LinkedList中并没有做这样的处理，而是所有的数据都可以保存,而后此方法调用了linkLast()方法（在最后一个节点后追加）。

void linkLast(E e) {
    final Node<E> l = last;
    final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
    last = newNode;
    if (l == null)
        first = newNode;
    else
        l.next = newNode;
    size++;
    modCount++;
}

在LinkedList类中保存的数据都是利用Node节点进行的封装处理，同时为了提高程序执行性能，每一次都会保存上一个追加的节点（最后一个节点），就可以在增加数据的时候避免递归处理，在增加数据时要进行数据保存个数的追加。

通过上面的分析，可以发现LinkedList封装的就是一个链表实现。
面试题：
请问ArrayList与LinkedList有什么区别？

• ArrayList是数组实现的集合操作，而LinkedList是链表实现的集合操作；
• 在使用List集合中的get()方法根据索引获取数据时，ArrayList的时间复杂度为“O(1)”、而LinkedList时间复杂度为“O(n)”（n为集合的长度）；
• ArrayList在使用时默认的初始化对象数组的大小长度为10，如果空间不足则会采用2倍形式进行容量的扩充，如果保存大数据量的时候有可能会造成垃圾的产生以及性能的下降，但是这时候可以使用LinkedList类保存。

Vector子类

Vector是一个原始古老的程序类，这个类是在JDK1.0时提供的。到了JDK1.2时由于许多开发者已经习惯于使用Vector，并且许多系统类也是基于Vector实现的，考虑到其使用的广泛性，所以类集框架将其保留了下来，并让其多实现了一个List接口，观察Vector的定义结构：

public class Vector<E>
extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, Serializable

继承结构与ArrayList是相同的，所以来讲这个类继承结构如下。

Vector继承结构

范例：Vector类使用

import java.util.List;
import java.util.Vector;
public class JavaAPIDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        List<String> all = new Vector<String>();
        all.add("Hello");
        all.add("Hello");
        all.add("Wolrd");
        all.add("MLDN");
        all.forEach(System.out::println);   // Hello Hello World MLDN
    }
}

下面可以进一步的观察Vector类实现：

public Vector() {
    this(10);
}
public Vector(int initialCapacity) {
    this(initialCapacity, 0);
}
public Vector(int initialCapacity, int capacityIncrement) {
    super();
    if (initialCapacity < 0)
        throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity);
    this.elementData = new Object[initialCapacity];
    this.capacityIncrement = capacityIncrement;
}

Vector类如果使用的是无参构造方法，则一定会默认开辟一个10个长度的数组，而后其余的实现操作与ArrayList是相同的。通过源代码分析可以发现，Vector类中的操作方法采用的都是synchronized同步处理，而ArrayList并没有进行同步处理，所以Vector类中的方法在多线程访问的时候属于线程安全的，但是性能不如ArrayList高。

Set接口

Set集合最大的特点就是不允许保存重复元素，其也是Collection子接口。

在JDK1.9以前Set集合与Collection集合的定义并无差别，Set继续使用了Collection接口中提供的方法进行操作，但是从JDK1.9后，Set集合也像List集合一样扩充了一些static方法，Set集合的定义如下：

public interface Set<E> extends Collection<E>

需要注意的是Set集合并不像List集合那样扩充了许多的新方法，所以无法使用List集合中提供的get()方法，也就是说无法实现指定索引数据的获取，Set接口的继承关系如下。

图片被清理
Set接口继承关系

从JDK1.9后，Set集合也提供了像List集合中类似的of()的静态方法。下面就使用此方法进行Set集合特点的验证。
范例：验证Set集合特征

import  java.util.Set;
public class JavaAPIDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //进行Set集合数据的保存，并设置有重复的内容
       Set<String> all=Set.of("Hello","World","MLDN","Hello","World");
       all.forEach(System.out::println);    //直接输出
       //Exception in thread "main" java.lang.IllegalArgumentException: duplicate element: Hello
    }
}

当使用of()这个新方法的时候，如果发现集合中存在重复元素则会直接抛出异常。这与传统的Set集合不保存重复元素的特点相一致，只不过自己抛出了异常而已。

Set集合的常规使用形式一定是依靠子类进行实例化的，所以Set接口之中有两个常用的子类：HashSet、TreeSet。

HashSet子类

HashSet是Set接口中使用最多的一个子类，其最大的特点就是保存的数据是无序的，而HashSet子类的继承关系如下：

public class HashSet<E> extends AbstractSet<E> implements Set<E>, Cloneable, Serializable

这种继承的形式和之前的ArrayList是非常相似的，那么现在来观察一下类的继承结构：

图片被清理
HashSet子类

范例：观察HashSet类

import java.util.HashSet;
import  java.util.Set;
public class JavaAPIDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
       Set<String> all = new HashSet<String>();
       all.add("MLDN");
       all.add("NiHao");
       all.add("Hello");
       all.add("Hello");   //重复元素
       all.add("World");
       all.forEach(System.out::println);
    }
}
/**
* NiHao
* Hello
* World
* MLDN
*/

通过执行结果就可以发现HashSet的操作特点：不允许保存重复元素（Set接口定义的），另外一个特点就是HashSet中保存的数据是无序的。

TreeSet子类

Set接口的另外一个子接口就是TreeSet，与HashSet最大区别在于TreeSet集合里面保存的数据是有序的，首先来观察TreeSet类的定义：

public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E> implements NavigableSet<E>, Cloneable, Serializable

在这个子类中依然继承了AbstractSet父抽象类，同时又实现了一个NavigableSet父接口。

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TreeSet

范例：使用TreeSet子类

import java.util.TreeSet;
import  java.util.Set;
public class JavaAPIDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
       Set<String> all = new TreeSet<String>();
       all.add("MLDN");
       all.add("NiHao");
       all.add("Hello");
       all.add("Hello");   //重复元素
       all.add("World");
       all.forEach(System.out::println);
    }
}
/**
* Hello
* MLDN
* NiHao
* World
*/

当利用TreeSet保存数据的时候，所有的数据将按照数据的升序进行自动排序处理。

TreeSet子类排序操作

经过分析后发现，TreeSet子类中保存的数据是允许排序的，但是这个类必须要实现Comparable接口，只有实现了此接口才能够确认出对象的大小关系。

提示：TreeSet本质上是利用TreeMap子类实现的集合数据的存储，而TreeMap（树）就需要根据Comparable来确定对象的大小关系。

那么下面就使用一个自定义的类来实现排序的处理操作。
范例：使用自定义的类实现排序的处理操作

import java.util.Set;
import java.util.TreeSet;
public class JavaAPIDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Set<Person> all=new TreeSet<Person>();
        all.add(new Person("张三",19));
        all.add(new Person("李四",19));   //年龄相同，但姓名不同
        all.add(new Person("王五",20));   //数据重复
        all.add(new Person("王五",20));   //数据重复
        all.add(new Person("小强",78));
        all.forEach(System.out::println);
    }
}

class Person implements Comparable<Person>{    //比较器
    private String name;
    private int age;
    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public String toString() {
        return "姓名：" + this.name + "、年龄：" + this.age;
    }
    @Override
    public int compareTo(Person per) {
        if(this.age < per.age){
            return -1 ;
        }else if(this.age > per.age) {
        return 1;
        }else {
            return this.name.compareTo(per.name);
        }
    }
}

/**
* 姓名：张三、年龄：19
* 姓名：李四、年龄：19
* 姓名：王五、年龄：20
* 姓名：小强、年龄：78
*/

在使用自定义类对象进行比较处理的时候，一定要将该类中所有属性都依次进行大小关系的匹配，否则某一个或者几个属性相同的时候也会被认为是重复数据，所以TreeSet是利用了Comparable接口来确认重复数据的。

由于TreeSet在操作过程之中需要将类中的所有属性进行比对，这样的实现难度太高了，那么在实际的开发中应该首选HashSet子类进行存储。

重复元素消除

TreeSet类是利用了Comparable接口来实现了重复元素的判断，但是Set集合的整体特征就是不允许保存重复元素。但是HashSet判断重复元素的方式并不是利用Comparable接口完成的，它利用的是Object类中提供的方法实现的：

• 对象编码：public int hashCode();
• 对象比较：public boolean equals(Object obj);

在进行重复元素判断的时候首先利用hashCode()进行编码的匹配，如果该编码不存在，则表示数据不存在，证明没有重复，如果该编码存在，则进一步进行对象比较处理，如果发现重复了，则此数据是不允许保存的。如果使用的是Eclipse开发工具，则可以帮助开发者自动创建HashCode()与equals()方法。

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图片被清理

范例：实现重复元素处理

import java.util.Set;
import java.util.HashSet;
public class JavaAPIDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Set<Person> all=new TreeSet<Person>();
        all.add(new Person("张三",19));
        all.add(new Person("李四",19));   //年龄相同，但姓名不同
        all.add(new Person("王五",20));   //数据重复
        all.add(new Person("王五",20));   //数据重复
        all.add(new Person("小强",78));
        all.forEach(System.out::println);
    }
}

class Person implements Comparable<Person>{    //比较器
    private String name;
    private int age;
    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    @Override
    public int hashCode() {
        final int prime = 31;
        int result = 1;
        result = prime * result +age;
        result = prime * result + ((name == null)? 0 : name.hashCode());
        return result;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj)
            return true;
        if (obj == null)
            return false;
        if (getClass() != obj.getClass())
            return false;
        Person other = (Person) obj;
        if (age != other.age)
            return false;
        if (name == null) {
            if (other.name != null)
                return false;
        }else if (!name.equals(other.name))
            return false;
        return true;
    }

    public String toString() {
        return "姓名：" + this.name + "、年龄：" + this.age;
    }
    @Override
    public int compareTo(Person per) {
        if(this.age < per.age){
            return -1 ;
        }else if(this.age > per.age) {
        return 1;
        }else {
            return this.name.compareTo(per.name);
        }
    }
}

/**
* 姓名：小强、年龄：78
* 姓名：李四、年龄：19
* 姓名：王五、年龄：20
* 姓名：张三、年龄：19
*/

在Java程序中，真正的重复元素的判断处理利用的就是hashCode和equals()两个方法共同作用完成的，而只有在排序要求的情况下（TreeSet）才会利用Comparable接口来实现。