Колекції в Java: основні типи, операції, використання ітераторів

Колекції є одним з основних компонентів Java API і являють собою контейнери, які використовуються для зберігання та управління групами об’єктів. Це зручні та ефективні структури даних для роботи з наборами елементів.

У Java існує багатий набір класів та інтерфейсів, які надають різні типи колекцій. Вони дають змогу програмістам обирати найбільш підходящу структуру даних для конкретних завдань.

Основні типи колекцій у Java: List, Set, Queue і Map

У Java основні типи колекцій можна розділити на чотири категорії: List, Set, Queue і Map.

• List являє собою впорядкований список, де елементи можуть повторюватися. Приклади класів List включають `ArrayList`, `LinkedList` і `Vector`.
• Set – це колекція унікальних елементів, де кожен елемент може бути доданий тільки один раз. Приклади класів Set включають `HashSet`, `TreeSet` і `LinkedHashSet`.
• Queue – колекція, яка працює за принципом “першим прийшов – першим вийшов” (FIFO – First-In-First-Out). Приклади класів Queue включають `LinkedList` і `PriorityQueue`.
• Map – це колекція пар ключ-значення, де кожен ключ є унікальним. Приклади класів Map включають `HashMap`, `TreeMap` і `LinkedHashMap`.

Робота з колекціями: основні операції

Під час роботи з колекціями в Java виконуються такі основні операції:

Додавання елемента. Ми можемо додавати елементи в колекцію за допомогою методу `add()`. Наприклад:

• `list.add(element)` додає елемент у список `list`,
• `set.add(element)` додає елемент у множину `set`,
• `queue.add(element)` додає елемент у чергу `queue`,  
• `map.put(key, value)` додає пару ключ-значення в карту `map`.

Отримання елемента. Отримати елементи з колекції можна за допомогою різних методів. Наприклад:

• для списку `list` можна використовувати `list.get(index)` для отримання елемента за індексом,

• для множини `set` використовується `set.contains(element)` для перевірки наявності елемента,
• для черги `queue` застосовується `queue.peek()` для отримання першого елемента в черзі,
• а для карти `map` потрібно використовувати `map.get(key)` для отримання значення за ключем.

Видалення елемента. Ми можемо видаляти елементи з колекції за допомогою методів `remove()` або `clear()`. Наприклад:

• `list.remove(element)` видаляє елемент зі списку,
• `set.remove(element)` видаляє елемент із множини,
• `queue.poll()` видаляє і повертає перший елемент із черги,
• `map.remove(key)` видаляє пару ключ-значення з карти за ключем.

Ітерація по колекції. Перебирати елементи колекції можна за допомогою циклу `for-each` або ітератора. Наприклад:

• `for (Element element : list)` дає нам змогу перебирати елементи у списку `list`,
• `for (Element element : set)` дає змогу перебирати елементи в множині `set`,
• `for (Element element : queue)` дає змогу перебирати елементи в черзі `queue`,
• `for (Entry entry : map.entrySet())` дає змогу перебирати пари ключ-значення в карті `map`.

Розмір колекції. Ми можемо дізнатися розмір колекції за допомогою методу`size()`. Наприклад:

• `list.size()` повертає кількість елементів у списку,
• `set.size()` повертає кількість елементів у множині,
• `queue.size()` повертає розмір черги,
• `map.size()` повертає кількість пар ключ-значення в карті.

Інші операції. Крім основних операцій, існують й інші корисні методи для роботи з колекціями, такі як сортування, пошук, фільтрація тощо. Ці методи доступні через відповідні класи та інтерфейси колекцій.

Використання ітераторів для обходу колекцій

У Java ітератори є зручним і безпечним способом обходу елементів колекції. Ітератор дозволяє отримати кожен елемент колекції послідовно, незалежно від конкретної реалізації колекції.

Для використання ітератора застосовується метод `iterator()`, який дозволяє отримати екземпляр ітератора з колекції. Потім ми можемо використовувати методи ітератора, такі як `hasNext()` для перевірки наявності наступного елемента, і `next()` для отримання наступного елемента.

Приклад використання ітератора для обходу списку:

```java

List<String> list = new ArrayList<>();

list.add("Елемент 1");

list.add("Елемент 2");

list.add("Елемент 3");

Iterator<String> iterator = list.iterator();

while (iterator.hasNext()) {

String element = iterator.next();

System.out.println(element);

}

```

Використання ітератора дозволяє нам безпечно та ефективно обходити колекції, особливо коли нам потрібно видаляти елементи під час ітерації. Метод `remove()` ітератора дозволяє видалити поточний елемент колекції.

Приклади використання різних типів колекцій у Java

Розглянемо кілька прикладів використання різних типів колекцій у Java.

Приклад використання `ArrayList`:

```java

List<String> list = new ArrayList<>();

list.add("Елемент 1");

list.add("Елемент 2");

list.add("Елемент 3");

System.out.println(list.get(1)); // Виводить "Елемент 2"

```

Приклад використання `HashSet`:

```java

Set<String> set = new HashSet<>();

set.add("Елемент 1");

set.add("Елемент 2");

set.add("Елемент 3");

System.out.println(set.contains("Елемент 2")); // Виводить true

```

Приклад використання `LinkedList`:

```java

List<String> linkedList = new LinkedList<>();

linkedList.add("Елемент 1");

linkedList.add("Елемент 2");

linkedList.add("Елемент 3");

for (String element : linkedList) {

System.out.println(element);

}

```

Приклад використання `HashMap`:

```java

Map<String, Integer> map = new HashMap<>();

map.put("Ключ 1", 1);

map.put("Ключ 2", 2);

map.put("Ключ 3", 3);

System.out.println(map.get("Ключ 2")); // Виводить 2

```

Висновок: як вибрати правильну колекцію для вашого завдання

Під час вибору відповідної колекції для вашого завдання важливо враховувати такі чинники:

Потрібна функціональність. Різні типи колекцій надають різні можливості і підходять для різних сценаріїв використання. Наприклад, якщо вам потрібно зберігати унікальні елементи без певного порядку, `Set` може бути відповідним вибором.

Очікувана продуктивність. Деякі колекції мають кращу продуктивність для певних операцій. Наприклад, `HashSet` забезпечує швидкий доступ до елементів, але не зберігає порядок елементів. У той же час, `LinkedList` пропонує ефективні операції вставки та видалення елементів, але повільніше, ніж `ArrayList`, при доступі до елементів за індексом.

Потокобезпека. Якщо ви працюєте з багатопотоковим середовищем, то важливо враховувати потокобезпеку колекції. У Java існують спеціальні потокобезпечні реалізації колекцій, такі як `ConcurrentHashMap` і `CopyOnWriteArrayList`.

Розмір даних. Розмір даних, з якими ви працюєте, також може впливати на вибір колекції. Наприклад, для великих наборів даних `HashMap` може надати більш ефективний час доступу за ключем, ніж `ArrayList` для великих списків.

Вибір правильної колекції важливий для ефективної та безпомилкової роботи з даними. Розгляньте вимоги вашої задачі та ознайомтеся з різними типами колекцій у Java, щоб вибрати найбільш підходящу для вашого проекту.