Java 集合深入理解(3):Collection

今天心情有点粉,来学学 Collection 吧!

什么是集合?

  • 集合,或者叫容器,是一个包含多个元素的对象;
  • 集合可以对数据进行存储,检索,操作;
  • 它们可以把许多个体组织成一个整体:
    • 比如一副扑克牌(许多牌组成的集合);
    • 比如一个电话本(许多姓名和号码的映射)。

什么是集合框架?

集合框架是一个代表、操作集合的统一架构。所有的集合框架都包含以下几点:

  • 接口:表示集合的抽象数据类型。接口允许我们操作集合时不必关注具体实现,从而达到“多态”。在面向对象编程语言中,接口通常用来形成规范。
  • 实现类:集合接口的具体实现,是重用性很高的数据结构。
  • 算法:用来根据需要对实体类中的对象进行计算,比如查找,排序。
    • 同一种算法可以对不同的集合实现类进行计算,这是利用了“多态”。
    • 重用性很高。

不仅 Java,其他语言也有一些集合框架,比如 C艹 的 STL(标准模板库),Smalltalk 的集合层次结构。不同于他们陡峭的学习曲线,Java 集合框架设计的更加合理,学习起来更加轻松。

使用集合框架有什么好处呢?

使用 Java 集合框架能有以下几点好处:

  • 编码更轻松:Java 集合框架为我们提供了方便使用的数据结构和算法,让我们不用从头造轮子,直接操心上层业务就好了。
  • 代码质量更上一层楼:Java 集合框架经过几次升级迭代,数据结构和算法的性能已经优化地很棒了。由于是针对接口编程,不同实现类可以轻易互相替换。这么优雅的设计,省下你自己磨练多少工夫,恩?!
  • 减少学习新 API 的成本:过去每个集合 API 下还有子 API 来对 API 进行操作,你得学好几层才能知道怎么使用,而且还容易出错。现在好了!有了标准的 Java 集合框架,每个 API 都继承自己顶层 API,只负责具体实现,一口气学 5 个集合,不费劲!
  • 照猫画虎也容易多了:由于顶层接口已经把基础方法都定义好了,你只要实现接口,把具体实现方法填好,再也不用操心架构设计。

Java 集合框架主要结构图

如上图所示,Java 的集合主要按两种接口分类:Collection, Map.

Collection 接口

Collection 作为集合的一个根接口,定义了一组对象和它的子类需要实现的 15 个方法:

对集合的基础操作,比如 :

  • int size()
    • 获取元素个数
    • boolean isEmpty()
    • 是否个数为 0
    • boolean contains(Object element)
    • 是否包含指定元素
    • boolean add(E element)
    • 添加元素,成功时返回 true
    • boolean remove(Object element)
    • 删除元素,成功时返回 true
    • Iterator<E> iterator()
    • 获取迭代器

还有一些操作整个集合的方法,比如 :

  • boolean containsAll(Collection<?> c)
    • 是否包含指定集合 c 的全部元素
  • boolean addAll(Collection<? extends E> c)
    • 添加集合 c 中所有的元素到本集合中,如果集合有改变就返回 true
  • boolean removeAll(Collection<?> c)
    • 删除本集合中和 c 集合中一致的元素,如果集合有改变就返回 true
  • boolean retainAll(Collection<?> c)
    • 保留本集合中 c 集合中两者共有的,如果集合有改变就返回 true
  • void clear()
    • 删除所有元素

还有对数组操作的方法:

  • Object[] toArray()
    • 返回一个包含集合中所有元素的数组
  • <T> T[] toArray(T[] a)
    • 返回一个包含集合中所有元素的数组,运行时根据集合元素的类型指定数组的类型

在 JDK 8 以后,Collection 接口还提供了从集合获取连续的或者并行流:

  • Stream<E> stream()
  • Stream<E> parallelStream()

点击这里了解流 Stream.

遍历 Collection 的几种方式:

  1. for-each语法 Collection<Person> persons = new ArrayList<Person>(); for (Person person : persons) { System.out.println(person.name); }
  2. 使用 Iterator 迭代器 Collection<Person> persons = new ArrayList<Person>(); Iterator iterator = persons.iterator(); while (iterator.hasNext) { System.out.println(iterator.next); }
  3. 使用 aggregate operations 聚合操作 Collection<Person> persons = new ArrayList<Person>(); persons .stream() .forEach(new Consumer<Person>() { @Override public void accept(Person person) { System.out.println(person.name); } });

Aggregate Operations 聚合操作

在 JDK 8 以后,推荐使用聚合操作对一个集合进行操作。聚合操作通常和 lambda 表达式结合使用,让代码看起来更简洁(因此可能更难理解)。下面举几个简单的栗子:

1.使用流来遍历一个 ShapesCollection,然后输出红色的元素:

myShapesCollection.stream()
    .filter(e -> e.getColor() == Color.RED)
    .forEach(e -> System.out.println(e.getName()));

2.你还可以获取一个并行流(parallelStream),当集合元素很多时使用并发可以提高效率:

myShapesCollection.parallelStream()
    .filter(e -> e.getColor() == Color.RED)
    .forEach(e -> System.out.println(e.getName()));                         

3.聚合操作还有很多操作集合的方法,比如说你想把 Collection 中的元素都转成 String 对象,然后把它们 连起来:

String joined = elements.stream()
    .map(Object::toString)
    .collect(Collectors.joining(", "));

看起来是不是非常简洁呢!

聚合操作还有很多功能,这里仅做介绍,想要了解更多可以查看Aggregate Operations 官方指引

Iterator 迭代器

Java 集合解析:IteratorJava 集合解析:ListIterator 我介绍了 Collection 的迭代器 Iterator 以及用于 List 的迭代器 ListIterator。

结合 Collection 和 Iterator 可以实现一些复用性很强的方法,比如这样:

public static void filter(Collection<?> c) {
    for (Iterator<?> it = c.iterator(); it.hasNext(); )
        if (!condition(it.next()))
            it.remove();
}

这个 filter 方法是多态的,可以用于所有 Collection 的子类、实现类。 这个例子说明了使用 Java 集合框架我们可以很随便就写出 “优雅,可拓展,复用性强” 的代码~

总结

Collection 接口是类集框架的基础之一。

它创建所有类集都将拥有的 15 个核心方法。

因为几乎所有集合类集都实现了 Collection接口,所以熟悉它对于清楚地理解框架是必要的。

接下来将逐步了解集合框架的各个子接口及实现类。

感谢 密哥 提醒,parallel 应该是并行,而不是并发。

并发与并行的概念区别还是挺大的。

并行”是指无论从微观还是宏观,二者都是一起执行的,就好像两个人各拿一把铁锨在挖坑,一小时后,每人一个大坑。 而“并发”在微观上不是同时执行的,只是把时间分成若干段,使多个进程快速交替的执行,从宏观外来看,好像是这些进程都在执行,这就好像两个人用同一把铁锨,轮流挖坑,一小时后,两个人各挖一个小一点的坑,要想挖两个大一点得坑,一定会用两个小时。 从以上本质不难看出,“并发”执行,在多个进程存在资源冲突时,并没有从根本提高执行效率。 http://zhidao.baidu.com/link?url=1L6YSAULAhjLH4ZYfO0yCbKlvo8DJeQMtCmCLKYpENStbpxNDiFCwaJf4iZaNDr7cho37GctXOddek3LhrO3_K

这里看到的一幅生动形象图:

Thanks

https://docs.oracle.com/javase/tutorial/collections/intro/index.html

https://docs.oracle.com/javase/tutorial/collections/interfaces/collection.html

http://joearms.github.io/2013/04/05/concurrent-and-parallel-programming.html

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