走進Java中的持有對象(容器類)【二】Collection


概述


通過前文的學習,我們對容器的分類常用容器類的作用有了基本的認識。本文將針對Collection容器的功能與使用進行細致分析。

基本操作


Collection集合抽象出的目的是為存放獨立元素的序列。

Collection接口定義的基本操作包含添加,移除,查找,遍歷等。具體API定義如下:

abstract boolean add(E e)
abstract boolean addAll(Collection<? extends E> c)
abstract boolean clear()
abstract boolean contains(Object o)
abstract boolean containsAll(Collection<? extends E> c)
abstract boolean equals(Object o)
abstract int hashCode()
abstract boolean isEmpty()
abstract Iterator<E> iterator()
abstract boolean remove(Object o)
abstract boolean removeAll(Collection<?> c)
abstract boolean retainAll(Collection<?> c)
abstract int size()
abstract Object[] toArray()
abstract <T> T[] toArray(T[] a)

這些操作可以按照具體作用來划分,下面我們結合一些實例來理解。

添加元素


package collection;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Collection;
import java.util.Collections;

public class Adding {
	public static void main(String[] args) {
		//構造方法直接添加
		Collection<Integer> collection = new ArrayList<Integer>(Arrays.asList(1, 2, 3, 4));
		//使用add方法
		collection.add(5);
		System.out.println(collection);
		Integer[] Ints = {10, 11, 12};
		//使用addAll方法
		collection.addAll(Arrays.asList(Ints));
		System.out.println(collection);
		//Collections提供的addAll方法
		Collections.addAll(collection, Ints);
		System.out.println(collection);
	}
}

輸出結果

[1, 2, 3, 4, 5]
[1, 2, 3, 4, 5, 10, 11, 12]
[1, 2, 3, 4, 5, 10, 11, 12, 10, 11, 12]

本例中,Arrays的asList方法可將數組轉換為List類型,我們可以通過構造方法直接初始化Collection實例。若想添加單個元素,直接調用add方法;想要添加一組元素,也可調用addAll方法。另一種比較高效方式是調用Collections的addAll方法。

辨析 Collection Collections

Collection與Collections同屬於集合類,但卻完全不同。這是Java開發者非常容易混淆的內容。

Collection是集合的頂層接口,而Collections則是一個工具類。Collections提供了許多靜態方法,從而能夠操作集合,對集合中的元素進行排序,添加以及搜索等操作。例如:

排序

package collections;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.List;
public class TestCollections1{
    public static void main(String[] args){
    Integer[] a = {10, 30, 20, 9, 4, 1, 50};
    List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();  
    Collections.addAll(list, a);
    System.out.println(list);
    Collections.sort(list);
    System.out.println(list);
    }
}

輸出結果

[10, 30, 20, 9, 4, 1, 50]
[1, 4, 9, 10, 20, 30, 50]

Collections中實用的方法還有很多,下面列出一些常用方法的API,本文就不再一一贅述。

public static <T> boolean addAll(Collection<? super T> c, T... elements)
//二分搜索搜索列表指定元素
public static <T> int binarySearch(List<? extends T>, T key)
//將元素從一個列表復制到到另一個列表
public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src);
//反轉列表
public static void reverse(List<?> list)
//隨機化列表
public static void shuffle(List<T> list)
//返回線程安全的collection
public static <T> Collection<T> synchronizedCollection(Collection<T> c)
public static <T extends Object & Comparable<? super T>> T max(Collection<? extends T> coll)
public static <T extends Object & Comparable<? super T>> T min(Collection<? extends T> coll)

刪除元素


package collection;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Collection;

public class Removing{
	public static void main(String[] args) {
		String[] arr = {"I'm sorry","I'm coding", "I'm writing", "I'm learning", "I'm thinking"};
		Collection<String> collection = new ArrayList<String>(Arrays.asList(arr));
		Collection<String> c = new ArrayList<String>(Arrays.asList("I'm learning", "I'm thinking"));
		System.out.println(collection);
		//移除元素
		collection.remove("I'm writing");
		System.out.println(collection);
		//移除一組元素
		collection.removeAll(c);
		System.out.println(collection);
		//移除所有元素
		collection.clear();
		System.out.println(collection);
	}
}

輸出結果

[I'm sorry, I'm coding, I'm writing, I'm learning, I'm thinking]
[I'm sorry, I'm coding, I'm learning, I'm thinking]
[I'm sorry, I'm coding]
[]

本例中,調用remove方法刪除集合中單個元素,通過removeAll方法刪除一組包含於collection中的元素,使用clear方法可移除集合所有元素。

訪問元素


觀察Collection定義的API可看出,Collection接口似乎沒有對訪問指定位置元素,遍歷列表提供合適的方法。containsequals兩種方法可查找元素,卻也無法實現迭代,遍歷元素的目的。

這時就需要Iterator(迭代器)來為我們幫忙了,Collection中iterator()方法直接返回容器的Iterator,以遍歷整個容器。

迭代器


迭代器(Iterator)這一概念源自C++的STL(標准模板庫),使用者可直接遍歷容器而無需關心其結構類型,直接使用Iterator即可。Java中,Iterator的限制是只能單向遍歷容器

用法


Iteraotr提供了以下三種方法

boolean hasNext()
E next()
void remove()

hasNext方法用於確定容器中是否還有元素,next方法獲得容器中下一個元素,remove方法刪除Iterator目前指向的元素。

舉個栗子

package collection;

import java.util.*;

public class EasyIteration{
    public static void main(String[] args){
        Integer[] Ints = {1, 2, 3, 8, 5};
        Collection<Integer> collection = new ArrayList<Integer>(Arrays.asList(Ints));
        Iterator<Integer> it = collection.iterator();
        //遍歷開始,hasNext控制邊界
        while(it.hasNext()){
            System.out.print(it.next()+" ");
        }
        System.out.println();
        it = collection.iterator();
        for(int i = 0; i < 2; i++){
            it.next();
            //刪除元素
            it.remove();
        }
        System.out.println(collection);
    }
}

輸出結果

1 2 3 8 5 
[3, 8, 5]

本例中,有了Iterator,我們就可以對容器中的元素進行訪問和刪除操作,而無需關心容器的具體類型。

UnspportedOperationException異常


UnspportedOperationException拋出的原因是使用了不當的容器操作。通常是由於嘗試修改固定長度的容器的緣故,調用Array.asList() 方法會返回這種容器。因為數組顯然是固定長度的容器,使用asList方法轉換為list也會保持這種屬性。

舉個栗子

package collection;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Collection;
import java.util.Collections;
    
public class UnspportedTest{
    public static void test(String msg, Collection<Integer> collection){
        Integer[] arr = {1, 3, 4};
        Collection<Integer> tc = Arrays.asList(arr);
        //使用會修改容器的操作
        System.out.println("****" + msg + "****");
        try{
            collection.add(5);
        }catch(Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        try{
            Collections.addAll(collection, arr);
        }
        catch(Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        try{
            collection.retainAll(tc);
        }
        catch(Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        try{
            collection.remove(1);
        }catch(Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        try{
            collection.removeAll(Arrays.asList(arr));
        } catch(Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args){
        Integer[] arr = {1, 3, 1, 4, 1, 2};
        Collection<Integer> c = Arrays.asList(arr);
        Collection<Integer> c1 = new ArrayList<Integer>(c);
        
        test("可修改", c1);
        test("不可修改", c);
        test("不可修改", Collections.unmodifiableCollection(c1));
    }
}

輸出結果

****可修改****
****不可修改****
java.lang.UnsupportedOperationException
	at java.util.AbstractList.add(AbstractList.java:148)
	at java.util.AbstractList.add(AbstractList.java:108)
	at collection.UnspportedTest.test(UnspportedTest.java:13)
	at collection.UnspportedTest.main(UnspportedTest.java:47)
java.lang.UnsupportedOperationException
	at java.util.AbstractList.add(AbstractList.java:148)
	at java.util.AbstractList.add(AbstractList.java:108)
	at java.util.Collections.addAll(Collections.java:3845)
	at collection.UnspportedTest.test(UnspportedTest.java:18)
	at collection.UnspportedTest.main(UnspportedTest.java:47)
java.lang.UnsupportedOperationException
	at java.util.AbstractList.remove(AbstractList.java:161)
	at java.util.AbstractList$Itr.remove(AbstractList.java:374)
	at java.util.AbstractCollection.remove(AbstractCollection.java:291)
	at collection.UnspportedTest.test(UnspportedTest.java:30)
	at collection.UnspportedTest.main(UnspportedTest.java:47)
java.lang.UnsupportedOperationException
	at java.util.AbstractList.remove(AbstractList.java:161)
	at java.util.AbstractList$Itr.remove(AbstractList.java:374)
	at java.util.AbstractCollection.removeAll(AbstractCollection.java:373)
	at collection.UnspportedTest.test(UnspportedTest.java:35)
	at collection.UnspportedTest.main(UnspportedTest.java:47)
****不可修改****
java.lang.UnsupportedOperationException
	at java.util.Collections$UnmodifiableCollection.add(Collections.java:1075)
	at collection.UnspportedTest.test(UnspportedTest.java:13)
	at collection.UnspportedTest.main(UnspportedTest.java:48)
java.lang.UnsupportedOperationException
	at java.util.Collections$UnmodifiableCollection.add(Collections.java:1075)
	at java.util.Collections.addAll(Collections.java:3845)
	at collection.UnspportedTest.test(UnspportedTest.java:18)
	at collection.UnspportedTest.main(UnspportedTest.java:48)
java.lang.UnsupportedOperationException
	at java.util.Collections$UnmodifiableCollection.remove(Collections.java:1078)
	at collection.UnspportedTest.test(UnspportedTest.java:30)
	at collection.UnspportedTest.main(UnspportedTest.java:48)
java.lang.UnsupportedOperationException
	at java.util.Collections$UnmodifiableCollection.removeAll(Collections.java:1088)
	at collection.UnspportedTest.test(UnspportedTest.java:35)
	at collection.UnspportedTest.main(UnspportedTest.java:48)

本例中,test方法包含了會修改數組長度的方法。為其傳入固定長度的容器引用,會拋出UnspportedOperationException異常。

輸出結果可知,若在為容器分配空間時將asList方法得到的list通過構造方法初始化,會得到一個尺寸可調的Collection實例,允許調用所有方法。 若直接將asList生成的list返回給容器實例,就會附加不可修改尺寸的屬性,拋出異常。 最后我們證明了調用Collections工具類的unmodifiableCollection方法可人為的給普通容器加上不可修改的特性,同樣會拋出UnspportedOperationException異常。

總結


Collection接口是容器類最上層的接口之一,一般通過向上轉型的方式來實現該接口。本文針對Collection定義的基本操作功能與用途,與Collections的關系,以及因不當操作而可能拋出的UnspportedOperationException異常進行了深入的分析。

后續,將繼續和大家討論繼承Collection接口的List,Set,Queue 以及 Map的基本操作與機制。


作者: I'm coding

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