Java语言程序设计— Java中集合类的使用—集合概述、Collection接口、List接口、Set、Queue接口、Map接口、JDK5.0新特性、JDK8.0新特性
已经介绍了Java基础类库（ Java语言程序设计— Java基础类库—System类与Runtime类、Math类与Random类、日期操作类、JDK7.0新特性——switch语句支持字符串类型 ），在Java开发过程中，经常需要集中存放多条数据。数据通常使用数组来保存。但在某种情况下无法确认到底需要保存多少个对象，例如，一个餐厅要统计财务信息，由于餐厅不停地有财务存入，同时餐厅也有财务支出，这时餐厅的财务信息将很难确定。为了保存这些数目不确定的对象，JDK中提供了一系列特殊的类，这些类可以存储任意类型的对象，并且长度可变，统称为集合，将带领大家学习Java中集合类的使用。
Ø 集合概述
集合类就像容器，现实生活中容器的功能，无非就是添加对象、删除对象、清空容器、判断容器是否为空等，集合类就为这些功能提供了对应的方法。
java.util包中提供了一系列可使用的集合类，称为集合框架。集合框架主要是由Collection和Map两个根接口派生出来的接口和实现类组成，如图所示。
图中，椭圆区域中填写的都是接口类型，其中，List、Set和Queue是Collection的子接口。其中，List集合像一个数组，它可以记住每次添加元素的顺序，元素可以重复，不同于数组的是List的长度可变；Set集合像一个盒子，把一个对象添加到Set集合时，Set集合无法记住这个元素的顺序，所以Set集合中的元素不能重复；Queue集合就像现实中的排队一样，先进先出；Map集合也像一个盒子，但是它里面的每项数据都是成对出现的，由键-值（key-value）对形式组成。
Ø Collection接口
Collction 接口是 List、Set和Queue等接口的父接口，该接口里定义的方法既可用于操作List集合，也可用于操作Set和Queue集合。Collection接口里定义了一系列操作集合元素的方法。如表所示。
表中列出了Collection的方法，下面通过一个案例来学习这些方法的使用，如例所示。
程序的运行结果如图所示。
在例中，创建了两个Collection对象，一个是coll，一个是coll1，其中，coll是实现类ArrayList的实例，而coll1是实现类HashSet的实例，虽然它们实现类不同，但都可以把它们当成Collection来使用，都可以使用add方法给它们添加元素，这里使用了Java的多态性。
从运行结果可以看出，Collection实现类都重写了toString()方法，一次性输出了集合中的所有元素。
脚下留心
在编写代码时，不要忘记使用“import java.util.*;”导包语句，否则程序会编译失败，显示无法解析类型，如图所示。
List接口
Ø List接口简介
List集合中元素是有序的且可重复的，相当于数学里面的数列，有序可重复。使用此接口能够精确地控制每个元素插入的位置，用户可以通过索引来访问集合中的指定元素，List集合还有一个特点就是元素的存入顺序与取出顺序相一致。
List接口中大量地扩充了Collection接口，拥有了比Collection接口中更多的方法定义，其中有些方法还比较常用。如表所示。
表中列出了List接口的常用方法，所有的List实现类都可以通过调用这些方法对集合元素进行操作。
Ø ArrayList集合
ArrayList 是List的主要实现类，它是一个数组队列，相当于动态数组。与Java中的数组相比，它的容量能动态增长。它继承于AbstractList，实现了List接口，提供了相关的添加、删除、修改、遍历等功能。
ArrayList集合中大部分方法都是从父类Collection和List继承过来的，其中，add()方法和get()方法用于实现元素的存取，接下来通过一个案例来学习ArrayList集合如何存取元素。如例所示。
程序的运行结果如图所示。
在例中，首先创建一个ArrayList集合，然后向集合中添加了两个元素，调用size()方法打印出集合元素的个数，又调用get(int index)方法得到集合中索引为0的元素，也就是第一个元素，并打印出来。这里的索引下标是从0开始，最大的索引是size-1，若取值超出索引范围，则会报IndexOutOfBoundsException异常。
ArrayList底层是用数组来保存元素，用自动扩容的机制实现动态增加容量，因为它底层是用数组实现，所以插入和删除操作效率不佳，不建议用ArrayList做大量增删操作，但由于它有索引，所以查询效率很高，适合做大量查询操作。
Ø LinkedList集合
前面提到ArrayList在处理增加和删除操作时效率较低，为了解决这一问题，可以使用List接口的LinkedList实现类。
LinkedList底层的数据结构是基于双向循环链表的，且头节点中不存放数据，添加元素如图所示，删除元素如图所示。对于频繁的插入或删除元素的操作，建议使用LinkedList类，效率较高。
图描述了LinkedList添加元素的过程：在a和b之间添加一个元素c，只需利用指针让a记住它后面的元素是c，让b记住它前面的元素是c即可。图描述了LinkedList删除元素的过程，要删除a和c之间的元素，只需利用指针让a和c变成前后关系即可。
LinkedList除了具备增删效率高的特点，还为元素的操作定义了一些特有的常用方法，如表所示。
表中，列出了LinkedList一些特有的常用方法，下面通过一个案例来学习这些方法的使用，如例所示。
程序的运行结果如图所示。
例中，创建LinkedList后，先插入了两个元素，并打印出结果，然后向集合头部插入一个元素，打印结果可看出集合头部多出一个元素，最后打印出删除并返回的集合尾部元素。由此可见，LinkedList对增加和删除的操作不仅高效，而且便捷。
Ø Iterator集合
在开发过程中，经常需要遍历集合中的所有元素，针对这种需求，Java提供了一个专门用于遍历集合的接口——Iterator，它是用来迭代访问Collection中元素的，因此也称为迭代器。可以通过Collection接口中的iterator()方法得到该集合的迭代器对象，只要拿到这个对象，使用迭代器就可以遍历这个集合。
接下来通过一个案例来学习如何使用Iterator来遍历集合中元素，如例所示。
程序的运行结果如图所示。
例中，演示了使用Iterator迭代器来遍历集合。通过调用ArrayList的iterator()方法获得迭代器的对象，然后使用hasNext()方法判断集合中是否存在下一个元素，若存在，则通过next()方法取出，这里要注意，通过next()方法获取元素时，必须调用hasNext()方法检测是否存在下一个元素，否则若元素不存在，会抛出NoSuchElementException异常。
Iterator 仅用于遍历集合，如果需要创建 Iterator 对象，则必须有一个被迭代的集合。接下来通过一个图例来演示Iterator迭代元素的过程，如图所示。
图中，在Iterator使用next()方法之前，迭代器游标索引在第一个元素之前，不指向任何元素，当第一次调用next()方法后，迭代器索引会后移一位，指向第一个元素并返回，以此类推，当hasNext()方法返回false时，则说明到达集合末尾，停止遍历。
Ø JDK5.0新特性——foreach循环
在8.3.4节中讲解了用Iterator迭代器来遍历集合，但这种方式写起来稍显复杂，Java还提供了一种很简洁的遍历方法，即使用foreach循环遍历，foreach也称为增强for循环，它既能遍历集合，也能遍历普通数组，其语法格式如下。
从以上代码可以看出，与普通for循环不同的是，它不需要获取容器长度，不需要用索引去访问容器中元素，但它能自动遍历容器中所有元素，下面通过一个案例对foreach循环进行详细讲解。如例所示。
程序的运行结果如图所示。
在例中，foreach循环遍历集合时语法非常简洁，没有循环条件，循环次数是根据容器中元素个数决定的，每次循环时foreach都通过临时变量将当前循环的元素记住，从而将集合中所有元素遍历并打印。
foreach循环代码简洁，编写方便，但是有其局限性，当使用foreach遍历数组或集合时，只能访问其中的元素，不能对元素进行修改，下面以一个案例来演示，如例所示。
程序的运行结果如图所示。
例中，第一次循环时修改了每一个取到的值，但第二次循环时，取到的依然是3个null，这说明foreach在循环遍历时，不会修改容器中的元素，原因是第6行中只是将临时变量strings指向了一个新字符串，这和数组中的元素没有关系，所以foreach并不是代替普通for循环的，只是让遍历容器变的更简洁。
Ø ListIterator接口
List接口额外提供了一个listIterator()方法，该方法返回一个ListIterator对象， ListIterator接口继承了Iterator接口，提供了一些用于操作List的方法，如表所示。
表中列举了ListIterator接口的常用方法。另外，ListIterator接口可以并发执行操作，而Iterator接口不能，Iterator接口如果并发执行操作，迭代器会出现不确定行为。
程序的运行结果如图所示。
在图中，运行结果报ConcurrentModificationException异常，这是由于Iterator接口不能很好地支持并发操作，下面可以用ListIterator接口解决这个问题。
程序的运行结果如图所示。
在图中，运行结果打印了遍历出的集合元素，没有报出并发异常，可以看出ListIterator接口成功解决了Iterator接口不能很好支持并发操作的问题。
Ø Enumeration集合
在前面提到遍历集合可以使用Iterator接口，但在JDK2.0以前还没有Iterator接口，遍历集合都是使用Enumeration接口，它的用法和Iterator类似，名字长且编码略显复杂，但很多老程序中在使用，所以不能删除此接口，这里来了解一下此接口的使用。JDK早期使用Vector集合，它是List接口的一个古老实现类，线程安全但效率低。与Vector集合相比，ArrayList集合虽然高效，但是线程不安全。Vector类提供一个elements()方法用于返回Enumeration对象，然后通过Enumeration对象遍历集合中元素，下面通过一个案例来演示Enumeration接口的使用。如例所示。
程序的运行结果如图所示。
在图中，运行结果打印了遍历出的集合元素，可以看到Enumeration接口成功遍历出了Vector集合中的元素，这是一些老程序遍历集合的方式。
Set接口
Ø Set接口简介
Set集合中元素是无序的、不可重复的。Set接口也是继承自Collection接口，但它没有对Collection接口的方法进行扩充。
Set中元素有无序性的特点，这里要注意，无序性不等于随机性，无序性指的是元素在底层存储位置是无序的。Set接口的主要实现类是HashSet和TreeSet。其中HashSet是根据对象的哈希值来确定元素在集合中的存储位置，因此能高效地存取。TreeSet底层是用二叉树来实现存储元素的，它可以对集合中元素排序，接下来会围绕这两个实现类详细讲解。
Ø HashSet集合
HashSet类是Set接口的典型实现，使用Set集合时一般都使用这个实现类。HashSet按Hash算法来存储集合中的元素，因此具有很好的存取和查找性能。HashSet不能保证元素的排列顺序，且不是线程安全的。另外，集合中的元素可以为null。Set集合与List集合的存取元素方式都一样，这里就不详细讲解了，下面通过一个案例来演示HashSet集合的用法，如例所示。
程序的运行结果如图所示。
在例中存储元素时，是先存入的“yellow”，后存入的“blue”，而运行结果正好相反，证明了HashSet存储的无序性，但是如果多次运行，可以看到结果仍然不变，说明无序性不等于随机性，另外，例中存储元素时，存入了两个“red”，而运行结果中只有一个“red”，说明HashSet元素的不可重复性。
Ø TreeSet集合
TreeSet类是Set接口的另一个实现类，TreeSet集合和HashSet集合都可以保证容器内元素的唯一性，但它们底层实现方式不同，TreeSet底层是用自平衡的排序二叉树实现，所以它既能保证元素唯一性，又可以对元素进行排序。TreeSet还提供一些特有的方法。
HashSet能保证元素不重复，是因为HashSet底层是哈希表结构，当一个元素要存入HashSet集合时，首先通过自身的hashCode()方法算出一个值，然后通过这个值查找元素在集合中的位置，如果该位置没有元素，那么就存入。如果该位置上有元素，那么继续调用该元素的equals()方法进行比较，如果equals方法返回为真，证明这两个元素是相同元素，则不存储，否则会在该位置上存储两个元素（一般不可能重复），所以当一个自定义的对象想正确存入HashSet集合，那么应该重写自定义对象的hashCode()和equals()方法，例中HashSet能正常工作，是因为String类重写了hashCode()和equals()方法，下面通过一个案例来看一看将没有重写hashCode()方法和equals()方法的对象存入HashSet会出现什么情况。
程序的运行结果如图所示。
图中运行结果打印了遍历出的集合元素，可以看出运行结果中“lily23岁”明显重复了，不应该在HashSet中有重复元素出现，之所以出现这种现象，就是因为People对象没有重写hashCode()和equals()方法，接下来针对例出现的问题进行修改，修改后的代码参考。
程序的运行结果如图所示。
在例中，People对象重写了hashCode()和equals()方法，当调用HashSet的add()方法时，equals()方法返回true，HashSet发现lily23岁这个元素重复了，因此不再存入。
TreeSet类是Set接口的另一个实现类，TreeSet集合和HashSet集合都可以保证容器内元素的唯一性，但它们底层实现方式不同，TreeSet底层是用自平衡的排序二叉树实现，所以它既能保证元素唯一性，又可以对元素进行排序。TreeSet还提供一些特有的方法，如表所示。
表中，列举了TreeSet类的常用方法，接下来通过一个案例来演示这些方法的使用，如例所示。
程序的运行结果如图所示。
在例中添加元素时，不是按顺序的，这说明TreeSet中元素是有序的，但这个顺序不是添加时的顺序，是根据元素实际值的大小进行排序的。另外，输出结果还演示了打印集合中第一个元素和打印集合中大于100小于500的元素，也都是按排序好的元素来打印的。
TreeSet有两种排序方法，自然排序和定制排序，默认情况下，TreeSet采用自然排序。下面来详细讲解这两种排序方式。
1．自然排序
TreeSet类会调用集合元素的compareTo(Object obj)方法来比较元素之间的大小关系，然后将集合内元素按升序排序，这就是自然排序。
Java提供了Comparable接口，它里面定义了一个compareTo(Object obj)方法，实现Comparable接口必须实现该方法，在方法中实现对象大小比较。当该方法被调用时，例如obj1.compareTo(obj2)，若该方法返回0，则说明obj1和obj2相等；若该方法返回一个正整数，则说明obj1大于obj2；若该方法返回一个负整数，则说明obj1小于obj2。
Java的一些常用类已经实现了Comparable接口，并提供了比较大小的方式，比如包装类都实现了此接口。
如果把一个对象添加进TreeSet集合，则该对象必须实现Comparable接口，否则程序会抛出ClassCastException异常。下面通过一个案例来演示这种情况，如例所示。
程序的运行结果如图所示。
图中运行结果报ClassCastException异常，这是因为例中的Student类没有实现Comparable接口。
另外，向TreeSet集合中添加的应该是同一个类的对象，否则也会报ClassCastException异常，如例所示。
程序的运行结果如图所示。
图中运行结果报ClassCastException异常，Integer类型不能转为Date类型，就是因为向TreeSet集合添加了不同类的对象。下面通过修改例的代码，新建Student类，该类实现Comparable接口，并重写compareTo()方法，使程序正确运行。
如例所示。
运行结果如图所示。
图中运行结果正确打印了集合中两个元素的地址值，添加元素操作成功，因为例中，Student类实现了Comparable接口，并且重写了compareTo(Object o)方法，这里设置了总是返回1，所以添加成功。
2．定制排序
TreeSet的自然排序是根据集合元素大小按升序排序，如果需要按特殊规则排序或者元素自身不具备比较性时，比如按降序排列，就需要用到定制排序。Comparator接口包含一个int compare(T t1,T t2)方法，该方法可以比较t1和t2大小，若返回正整数，则说明t1大于t2；若返回0，则说明t1等于t2；若返回负整数，则说明t1小于t2。
实现TreeSet的定制排序时，只需在创建TreeSet集合对象时，提供一个Comparator对象与该集合关联，在Comparator中编写排序逻辑。
程序的运行结果如图所示。
在例中，MyComparator类实现了Comparator接口，在接口的compare方法中编写了降序逻辑，所以TreeSet中的元素以降序排列，这就是定制排序。
Queue接口
Ø Queue接口简介
Queue用于模拟队列这种数据结构，队列通常是指“先进先出”（FIFO）的容器。队列的头部是保存在队列中存放时间最长的元素，队列的尾部是保存在队列中存放时间最短的元素。新元素插入（offer）到队列的尾部，访问元素（poll）操作会返回队列头部的元素。通常，队列不允许随机访问队列中的元素，接下来了解一下Queue接口的方法，如表所示。
Queue接口有一个PriorityQueue实现类。除此之外，Queue还有一个Deque接口，Deque代表一个“双端队列”，双端队列可以同时从两端来添加、删除元素，因此Deque的实现类既可当成队列使用，也可当成栈使用，Java为Deque提供了实现类ArrayDeque，接下来会详细讲解Queue接口相关内容。
Ø PriorityQueue实现类
PriorityQueue是一个比较标准的队列实现类。之所以说它是比较标准的队列实现，而不是绝对标准的队列实现，是因为PriorityQueue保存队列元素的顺序并不是按加入队列的顺序，而是按队列元素的大小进行重新排序。因此当调用peek()方法或者poll()方法取出队列中的元素时，并不是取出最先进入队列的元素，而是取出队列中最小的元素。从这个意义上来看，PriorityQueue类已经违反了队列的最基本规则：先进先出（FIFO）。接下来通过一个案例演示PriorityQueue类的使用。如例所示。
程序的运行结果如图所示。
例中首先创建PriorityQueue集合，向集合中添加三个元素并打印，接着获取并移除此队列的头元素，最后再次打印集合，查看删除头元素后的集合元素。
PriorityQueue不允许插入null元素，它还需要对队列元素进行排序，PriorityQueue的元素有下列两种排序方式。
（1）自然排序：采用自然顺序的PriorityQueue集合中的元素必须实现了Comparable接口，而且应该是同一个类的多个实例，否则可能导致ClassCastException异常。
（2）定制顺序：创建PriorityQueue队列时，传入一个Comparator对象，该对象负责对队列中的所有元素进行排序。采用定制排序时不要求队列元素实现Comparator接口。
另外，PriorityQueue队列对元素的要求与TreeSet集合对元素的要求基本一致。
Ø Deque接口与ArrayDeque实现类
Deque接口是Queue接口的子接口，它代表一个双端队列，Deque接口里定义了一些双端队列的方法，这些方法允许从两端来操作队列的元素，如表所示。
Deque的方法与Queue的方法对照表如表所示。
Deque的方法与Stack的方法对照表如表所示
ArrayDeque是Deque接口的典型实现类，从该名称就可以看出，它是一个基于数组实现的双端队列，创建Deque时同样可指定一个numElements参数，该参数用于指定Object[]数组的长度；如果不指定numElements参数，Deque底层数组的长度为16。
ArrayList和ArrayDeque两个集合类的实现机制基本相似，它们的底层都采用一个动态的、可重分配的Object[]数组来存储集合元素，当集合元素超出了该数组的容量时，系统会在底层重新分配一个Object[]数组来存储集合元素。
接下来用一个案例来演示将ArrayDeque当成“栈”来使用，如例所示。
程序的运行结果如图所示。
在图中，运行结果显示了ArrayDeque作为栈的行为，因此当程序中需要使用“栈”这种数据结构时，推荐使用ArrayDeque，尽量避免使用Stack——因为Stack是古老的集合，性能较差。
当然ArrayDeque也可以当成队列使用，接下来通过一个案例演示ArrayDeque按“先进先出”的方式操作集合元素。
程序的运行结果如图所示。
在图中，运行结果显示了ArrayDeque作为队列的行为，因此可以证明ArrayDeque不仅可以作为栈使用，也可以作为队列使用。
Map接口
Ø Map接口简介
Map接口不是继承自Collection接口，它与Collection接口是并列存在的，用于存储键值对(key-value)形式的元素，描述了由不重复的键到值的映射。
Map中的key和value都可以是任何引用类型的数据。Map 中的key用Set来存放，不允许重复，即同一个Map对象所对应的类，必须重写hashCode()方法和equals()方法。通常用String类作为Map的key，key和value之间存在单向一对一关系，即通过指定的key总能找到唯一的、确定的value。
表中列举了Map接口的方法，其中最常用的是Object put(Object key, Object value)和Object get(Object key)方法，用于向集合中存入和取出元素。
Map接口有很多实现类，其中最常用的是HashMap类和TreeMap类，接下来会针对这两个类进行详细讲解。
Ø HashMap集合
HashMap类是 Map 接口中使用频率最高的实现类，允许使用null键和null值，与HashSet集合一样，不保证映射的顺序。HashMap集合判断两个key相等的标准是：两个key通过equals()方法返回true，hashCode值也相等。HashMap集合判断两个value相等的标准是：两个value通过equals()方法返回true。下面通过一个案例演示HashMap集合是如何存取元素的。如例所示。
程序的运行结果如图所示。
在图中，运行结果打印了HashMap集合的长度和所有元素，取出并打印了集合中键为“stu2”的值，这是HashMap基本的存取操作。
由于HashMap中的键是用Set来储存的，所以不可重复，下面通过一个案例来演示当“键”重复时的情况。
程序的运行结果如图所示。
在例中，先将键为“stu3”值为“Jone”的元素添入集合，后将键为“stu3”值为“Lily”的元素添入集合，当键重复时，后添加的元素的值将覆盖先添加元素的值，简单来说就是键相同，值覆盖。
前面讲解了如何遍历List，遍历Map与之前的方式有所不同，有两种方式可以实现。第一种是先遍历集合中所有的键，再根据键获得对应的值，下面通过一个案例来演示这种遍历方式。
程序的运行结果如图所示。
在例中，通过keySet()方法获取到键的集合，通过键获取迭代器，从而循环遍历出集合的键，然后通过Map的get(String key)方法，获取所有的值，最后打印出所有键和值。
Map的第二种遍历方式是先获得集合中所有的映射关系，然后从映射关系获取键和值。下面通过一个案例来演示这种遍历方式。
程序的运行结果如图所示。
在例中，创建集合并添加元素后，先获取迭代器，在循环时，先获取集合中键值对映射关系，然后从映射关系中取出键和值，这就是Map的第二种遍历方式。
Ø LinkedHashMap集合
LinkedHashMap类是HashMap的子类，LinkedHashMap类可以维护Map的迭代顺序，迭代顺序与键值对的插入顺序一致，如果需要输出的顺序与输入时的顺序相同，那么就选用LinkedHashMap集合。下面通过一个案例来学习LinkedHashMap集合的用法，如例所示。
程序的运行结果如图示。
在例中，先创建了LinkedHashMap集合，然后向集合中添加元素，遍历打印出来，这里可以发现，打印出的元素顺序和存入的元素顺序一样，这就是LinkedHashMap起到的作用，它用双向链表维护了插入和访问顺序，从而打印出的元素与存储顺序一致。
Ø TreeMap集合
Java中Map接口还有一个常用的实现类TreeMap类。TreeMap集合存储键值对时，需要根据键值对进行排序。TreeMap集合可以保证所有的键值对处于有序状态。下面通过一个案例来了解TreeMap集合的具体用法，如例所示。
程序的运行结果如图所示。
在例中，创建TreeMap集合后，先添加键为“2”值为“yellow”的元素，后添加键为“1”值为“red”的元素，但是运行结果中可以看到集合中元素顺序并不是这样，而是按键的实际值大小来升序排列的，这是因为Integer实现了Comparable接口，因此默认会按照自然顺序进行排序
另外，TreeMap还支持定制排序，根据自己的需求编写排序逻辑，接下来通过一个案例来演示这种用法。
程序的运行结果如图所示。
在例中，是按键为2、1、3的顺序将元素存入集合的，运行结果中显示集合中元素是按降序排列的，这是因为例中自定义的MyComparator类中的compare(Object o1,Object o2)方法重写了排序逻辑，这就是TreeMap的定制排序。
Ø Properties集合
Map接口中有一个古老的、线程安全的实现类——Hashtable，与HashMap集合相同的是它也不能保证其中键值对的顺序，它判断两个键、两个值相等的标准与HashMap集合一样，与HashMap集合不同的是，它不允许使用null作为键和值。
Hashtable类存取元素速度较慢，目前基本被HashMap类代替，但它有一个子类Properties在实际开发中很常用，该子类对象用于处理属性文件，由于属性文件里的键和值都是字符串类型，所以Properties类里的键和值都是字符串类型。接下来了解一下Properties类的常用方法。如表所示。
表中列出了Properties类的常用方法，其中最常用的是String getProperty(String key)，可以根据属性文件中属性的键，获取对应属性的值。接下来通过一个案例来演示Properties类的用法。
上面程序运行后，会在当前目录生成一个test.ini的文件，文件内容如下。
从test.ini文件中可看到例添加的属性，以键值对的形式保存，实际开发中通常用这种方式处理属性文件。
JDK5.0新特性——泛型
Ø 为什么使用泛型
泛型是JDK5.0新加入的特性，解决了数据类型的安全性问题，其主要原理是在类声明时通过一个标识，表示类中某个属性的类型或者是某个方法的返回值及参数类型。这样在类声明或实例化时只要指定好需要的具体类型即可。
Java泛型可以保证如果程序在编译时没有发出警告，运行时就不会报ClassCastException异常，同时，代码更加简洁、健壮。
在前面几节中，编译代码时都会出现类型安全的警告，如果指定了泛型，就不会出现这种警告。
Ø 泛型的定义
泛型在定义集合类时，使用“<参数化类型>”的方式指定该集合中方法操作的数据类型，具体示例如下。
接下来，通过一个案例来演示泛型在集合中的应用，如例所示。
程序的运行结果如图所示。
在例中，创建集合的时候，指定了泛型为String类型，该集合只能添加String类型的元素，编译文件时，不再出现类型安全警告，如果向集合中添加非String类型的元素，会报编译时异常。
Ø 通配符
讲解泛型的定义后，这里要引入一个通配符的概念，类型通配符用符号“?”表示，比如List<?>，它是List<String>、List<Object>等各种泛型List的父类。
程序的运行结果如图所示。
在例中，先声明List的泛型类型为“?”，然后在创建对象实例时，泛型类型设为String或Integer都不会报错，体现了应用泛型的可扩展性，此时向集合中添加元素时会报错，因为list集合的元素类型无法确定，唯一的例外的是null，因为它是所有类型的成员。
另外，例在方法read()的参数声明中，List参数也应用了泛型类型“?”，所以使用此静态方法能接收多种参数类型。
Ø 有界类型
讲解了利用通配符“?”来声明泛型类型，Java还提供了有界类型，可以创建声明超类的上界和声明子类的下界，下面通过一个案例来详细讲解有界类型，如例所示。
在例中，将list的泛型类型定义为“? extends Person”表示只允许list的泛型类型为Person及Person的子类，若泛型为其他类型，则报编译时异常。将list2的泛型类型定义为“? super Man”表示只允许list2的泛型类型为Man及Man的父类，若泛型为其他类型，则报编译时异常。这就是泛型有界类型的基本使用。
Ø 泛型的限制
前面几节讲解了泛型的诸多用处，优点很多，但泛型也有一些限制，例如，加入集合中的对象类型必须与指定的泛型类型一致；静态方法中不能使用类的泛型；如果泛型类是一个接口或抽象类，则不可创建泛型类的对象；不能在catch中使用泛型；从泛型类派生子类，泛型类型需具体化等。
正确应用泛型，可以使程序变得更简洁、更健壮，在应用的同时，也要注意泛型的诸多限制，以免出现错误。
Ø 自定义泛型
前面讲解了泛型的一些应用，那么，如何在程序中自定义泛型呢？假设要实现一个简单的容器，用于保存某个值，这个容器应该定义两个方法：get()方法和set()方法，前者用于取值，后者用于存值，其语法格式如下。
Ø JDK8.0新特性——forEach遍历
通过之前章节的学习，读者已经了解如何使用for循环和JDK1.5的foreach方法对数据集进行遍历操作，从 JDK 8.0开始，会有多个强大的新方法可以帮助完成简化复杂的迭代。forEach()方法是JDK8.0中在集合父接口java.lang.Iterable中新增的一个default实现方法，该方法的源码如下所示。
程序的运行结果如图所示。
在图中，运行结果显示在编译时就报错了，这是因为代码中存入了一个Boolean类型的值，第6行取出这个值时，将其转换为了String类型，出现不兼容的类型错误，为了避免这个错误，就可以使用泛型。如果定义类Pool时使用<T>声明参数类型（T其实就是Type的缩写，这里也可以使用其他字符，为了方便理解就定义为T），将set()方法的参数类型和get()方法的返回值类型都声明为T，那么存入元素时，元素的类型就被限定了，容器中就只能存入这种T类型的元素，取出元素时也无须类型转换了。
接下类通过一个案例来演示如何自定义泛型，如例所示。
程序的运行结果如图所示。
在例中，Pool类声明泛型类型为T，其中，set()方法参数类型和get()方法返回值类型都为T，在main()方法中创建Pool对象实例时，通过<Integer>将泛型T指定为Integer类型，调用set()方法存入Integer类型的数据，调用get()方法取出的值自然时Integer类型，这样就不需要进行类型转换了。
通过之前的学习，读者已经了解如何使用for循环和JDK1.5的foreach方法对数据集进行遍历操作，从 JDK 8.0开始，会有多个强大的新方法可以帮助完成简化复杂的迭代。forEach()方法是JDK8.0中在集合父接口java.lang.Iterable中新增的一个default实现方法，该方法的源码如下所示。
forEach()方法接受一个在JDK 8.0中新增的java.util.function.Consumer的消费行为 或者称之为动作 (Consumer action )类型；然后将集合中的每个元素作为消费行为的accept方法的参数执行；直到所有元素都处理完毕或者抛出异常即终止行为；除非指定了消费行为action的实现，否则默认情况下是按迭代里面的元素顺序依次处理。由于该方法在Iterable中，所以直接用迭代的方式遍历整个集合元素之后对每个元素，调用Consumer.accept(T)方法。
下面通过遍历Map集合和List集合中的元素，对比JDK1.8前后两种遍历方式，案例代码参考。
运行以上代码，控制台中打印的结果如图所示。
在例中，首先定义了一个Map集合，并通过put()方法向集合中添加键值对元素，然后通过JDK 8.0之前的旧方式对集合进行了遍历操作，随后又使用了JDK 8.0新特性对该集合进行了打印，通过比较可以看出，在新特性中的forEach(Consumer action)方法与Lambda表达式进行了结合，方法传递的是一个函数式接口，在该方法执行时，会自动向表达式的形参中逐个传递集合元素。在以上代码对新特性的演示中，通过Lambda表达式的语法格式和方法引用实现对Map和List集合遍历的不同方法，也是对Lambda表达式章节知识点的复习，此处不再重复讲解。
除了forEach(Consumer action)方法之外，JDK 8.0中还提供了forEachRemaining(Consumer action)方法进行遍历，不同的是forEachRemaining()方法遍历输出剩余元素，只能用一次，调用后iterator.hasNext()不再为true，等同于如下所示的while循环。
下面将通过案例代码演示如何使用forEachRemaining(Consumer action)方法遍历Iterator接口元素，如例所示。
运行结果如图所示。
在图中，从运行结果可以看到foreach与forEachRemaining是可以依托于迭代器通过Lamdba遍历的，其中，forEachRemaining()只能使用一次，而foreach()两次都能打印出结果。
Ø Collections工具类
Collections 是一个操作 Set、List 和 Map 等集合的工具类，它提供了一系列静态的方法对集合元素进行排序、查询和修改等操作。接下来对这些常用方法详细介绍。
1.排序操作
Collections类中提供了一些对List集合进行排序的静态方法，如表所示。
表中列出了Collections类对List集合进行排序的方法，接下来通过一个案例来演示这些方法的使用，如例所示。
程序的运行结果如图所示。
在例中，先向List集合添加了5个元素，分别为35、70、26、102、9，第一次打印集合，第二次将集合反转后打印，第三次将集合随机排序打印，第四次将集合按自然顺序排序打印，最后将索引为1的元素和索引为3的元素交换位置并打印，可以看出这里的索引也是从0开始计算的。
2.查找、替换操作
Collections类中还提供了一些对集合进行查找、替换的静态方法，如表所示。
表中列出了Collections类中对集合进行查找、替换的方法，接下来通过一个案例来演示这些方法的使用，如例所示。
程序的运行结果如图所示。
在图中，运行结果先打印了例中元素26在集合中的索引，索引为2，说明这里索引也是从0开始计算的，然后打印出了集合中按自然顺序排序后的最大元素和最小元素，最后用元素35替换掉集合里所有的元素26，打印出元素35在集合中出现的次数为2次。这是Collections类基本的查找、替换用法。
Collections工具类还提供了对集合对象设置不可变、对集合对象实现同步控制等方法，有兴趣的读者可以通过自学JDK使用文档来深入学习。
Ø Arrays工具类
java.util包中还提供了一个Arrays数组工具类，里面包含大量操作数组的静态方法。如表所示。
表列出了Arrays类常用方法，接下来通过一个案例来演示这些方法的使用，如例所示。
程序的运行结果如图所示。
在图中，运行结果先打印出了例中arr数组元素“2”在数组中的索引位置，索引为2，然后对arr数组进行了自然排序，遍历打印出数组，排序成功。之后将arr数组转换为字符串并打印。最后将arr数组中从arr[2]到arr[6]复制到数组arr2中并打印，这是Arrays数组工具类的基本用法。
当然，Arrays工具类还有更多的方法，如果有兴趣，可以参照JDK使用文档进行深入学习。
Ø 集合转换
在开发中，可能需要将集合对象（List，Set）转换为数组对象，或者将数组对象转换为集合对象。Java提供了相互转换的方法，接下来详细讲解数组与集合的转换。
1.集合转换为数组
集合可以直接转换为数组，如例所示。
程序的运行结果如图所示。
图中运行结果打印了数组中的3个元素。在例中，先创建了集合对象并添加元素，然后调用集合的toArray()方法，将集合转换成了数组，循环遍历打印。
2.数组转换为集合
数组也可以直接转换为集合，如例所示。
程序的运行结果如图所示。
在例中，先创建了数组并初始化，然后调用Arrays工具类的asList(Object[] arr)静态方法，将数组转换为了集合，最后打印集合中所有元素。
对于int[]数组不能直接这样做，因为asList(Object[] arr)方法的参数必须是对象。应该先把int[]转化为Integer[]。
使用asList(Object[] arr)方法返回的ArrayList类是Arrays工具类里内嵌的一个私有静态类，并不是java.util.ArrayList中的ArrayList类，这个ArrayList类是固定长度的，如果对其进行add()或者remove()的操作，将会报UnsupportedOperationException异常。
Ø JDK8.0新特性——Stream API
Stream是Java 8中处理集合的关键抽象概念，它可以指定对集合进行的操作，可以执行非常复杂的查找、过滤和映射数据等操作。使用Stream API对集合数据进行操作，就类似于使用SQL执行的数据库查询。也可以使用Stream API来并行执行操作。简而言之，Stream API提供了一种高效且易于使用的处理数据的方式。
1. 理解Stream
Stream被称作流，是用来处理集合以及数组的数据的。它具有如下特点。
（1）Stream自己不会存储元素。
（2）Stream不会改变源对象，相反，它们会返回一个持有结果的新Stream。
（3）Stream操作是延迟执行的，这意味着它们会等到需要结果的时候才执行。
2. 使用Stream的三个步骤
（1）创建Stream：一个数据源（如：集合、数组），获取一个流。
（2）中间操作：一个中间操作链，对数据源的数据进行处理。
（3）终止操作：一个终止操作，执行中间操作链，并产生结果。
3. 创建Stream代码。代码参考。
4. 生成流
在 Java 8 中, 集合接口有以下两个方法来生成流。
（1）stream()：为集合创建串行流。
（2）parallelStream()：为集合创建并行流。
Stream 使用一种类似用 SQL 语句从数据库查询数据的直观方式来提供一种对 Java 集合运算和表达的高阶抽象。Stream API可以极大提高Java程序员的生产力，让程序员写出高效率、干净、简洁的代码。这种风格将要处理的元素集合看作一种流， 流在管道中传输， 并且可以在管道的节点上进行处理， 比如筛选， 排序，聚合等。
以上的流程转换为 Java 代码如下所示。
Stream（流）是一个来自数据源的元素队列并支持聚合操作，元素是特定类型的对象，形成一个队列。Java中的Stream并不会存储元素，而是按需计算。
数据源流的来源可以是集合，数组，I/O channel， 产生器generator 等。
聚合操作是类似SQL语句一样的操作，比如filter, map, reduce, find, match, sorted等。和以前的Collection操作不同，Stream操作还有以下两个基础的特征：
（1）Pipelining: 中间操作都会返回流对象本身。这样多个操作可以串联成一个管道，如同流式风格（fluent style）。这样做可以对操作进行优化，比如延迟执行(laziness)和短路( short-circuiting)。
（2）内部迭代：以前对集合遍历都是通过Iterator或者forEach的方式，显式地在集合外部进行迭代，这叫作外部迭代。Stream提供了内部迭代的方式，通过访问者模式(Visitor)实现。
关键代码讲解如下。
生成流，用stream()方法为集合创建串行流，代码如下所示。
Stream提供了新的方法forEach来迭代流中的每个数据。以下代码片段使用forEach输出了10个随机数。
map方法用于映射每个元素到对应的结果，以下代码片段使用map输出了元素对应的平方数。
filter方法用于通过设置的条件过滤出元素。以下代码片段使用filter方法过滤出空字符串。
limit方法用于获取指定数量的流。以下代码片段使用limit方法打印出10条数据。
sorted方法用于对流进行排序。以下代码片段使用sorted方法对输出的10个随机数进行排序。
parallelStream是流并行处理程序的代替方法。以下实例中使用parallelStream来输出空字符串的数量。
Collectors类实现了很多归约操作，例如，将流转换成集合和聚合元素。Collectors可用于返回列表或字符串，实例代码如下所示。
在JDK1.8中，引入了统计信息收集器来计算流处理时的所有统计信息。首先来了解一下IntSummaryStatistics类，这个类主要是和stream类配合使用的，在java.util包中，主要用于统计整型数组中元素的最大值，最小值，平均值，个数，元素总和等等。有兴趣读者可以通过IntSummaryStatistics类的源码了解和学习。
通过源码可以看出IntSummaryStatistics类实现了IntConsumer接口，在该类中定义了获取重量、总和、最大值、最小值和平均数的方法，在编码时直接拿来使用即可。
另外，一些产生统计结果的收集器也非常有用。它们主要用于int、double、long等基本类型上，它们可以用来产生类似如下的统计结果。
以上代码中，分别通过JDK1.8之前的方法和之后的方法分别实现了对集合元素的相关操作，运行结果如图所示。
小结：Java语言程序设计— Java中集合类的使用
通过学习，读者能够掌握Java集合框架的相关知识，了解JDK8.0的forEach遍历，掌握Java 8新特性Stream API的使用。重点要了解的是Java泛型，可以保证如果程序在编译时没有发出警告，运行时就不会报ClassCastException异常，同时，代码更加简洁、健壮。