對于很多 Java 開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō),Java Collections API 是標準 Java 數組及其所有缺點(diǎn)的一個(gè)非常需要的替代品。將 Collections 主要與 ArrayList 聯(lián)系到一起本身沒(méi)有錯,但是對于那些有探索精神的人來(lái)說(shuō),這只是 Collections 的冰山一角。
雖然 Map(以及它的常用實(shí)現
HashMap)非常適合名-值對或鍵-值對,但是沒(méi)有理由讓自己局限于這些熟悉的工具??梢允褂眠m當的 API,甚至適當的 Collection 來(lái)修正很多易錯的代碼。
本文是 5
件事 系列
中的第二篇文章,也是專(zhuān)門(mén)討論 Collections 的 7 篇文章中的第一篇文章,之所以花這么大的篇幅討論 Collections,是因為這些集合在 Java 編程中是如此重要。首先我將討論做每件事的最快(但也許不是最常見(jiàn))的方式,例如將 Array 中的內容轉移到 List。然后我們深入探討一些較少人知道的東西,例如編寫(xiě)定制的 Collections 類(lèi)和擴展 Java Collections API。
1. Collections 比數組好
剛接觸 Java 技術(shù)的開(kāi)發(fā)人員可能不知道,Java 語(yǔ)言最初包括數組,是為了應對上世紀 90 年代初期 C++ 開(kāi)發(fā)人員對于性能方面的批評。從那時(shí)到現在,我們已經(jīng)走過(guò)一段很長(cháng)的路,如今,與 Java Collections 庫相比,數組不再有性能優(yōu)勢。
例如,若要將數組的內容轉儲到一個(gè)字符串,需要迭代整個(gè)數組,然后將內容連接成一個(gè) String;而 Collections 的實(shí)現都有一個(gè)可用的 toString() 實(shí)現。
除少數情況外,好的做法是盡快將遇到的任何數組轉換成集合。于是問(wèn)題來(lái)了,完成這種轉換的最容易的方式是什么?事實(shí)證明,Java Collections API 使這種轉換變得容易,如清單 1 所示:
import java.util.*;
public class ArrayToList
{
public static void main(String[] args)
{
// This gives us nothing good
System.out.println(args);
// Convert args to a List of String
List<String> argList = Arrays.asList(args);
// Print them out
System.out.println(argList);
}
}
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注意,返回的 List 是不可修改的,所以如果嘗試向其中添加新元素將拋出一個(gè) UnsupportedOperationException。
而且,由于 Arrays.asList() 使用 varargs
參數表示添加到 List 的元素,所以還可以使用它輕松地用以 new 新建的對象創(chuàng )建 List。
2. 迭代的效率較低
將一個(gè)集合(特別是由數組轉化而成的集合)的內容轉移到另一個(gè)集合,或者從一個(gè)較大對象集合中移除一個(gè)較小對象集合,這些事情并不鮮見(jiàn)。
您也許很想對集合進(jìn)行迭代,然后添加元素或移除找到的元素,但是不要這樣做。
在此情況下,迭代有很大的缺點(diǎn):
可以通過(guò)使用 addAll 或 removeAll,傳入包含要對其添加或移除元素的集合作為參數,來(lái)避免所有這些問(wèn)題。
3. 用 for 循環(huán)遍歷任何 Iterable
Java 5 中加入 Java 語(yǔ)言的最大的便利功能之一,增強的 for 循環(huán),消除了使用 Java 集合的最后一道障礙。
以前,開(kāi)發(fā)人員必須手動(dòng)獲得一個(gè) Iterator,使用 next() 獲得 Iterator 指向的對象,并通過(guò) hasNext() 檢查是否還有更多可用對象。從 Java 5 開(kāi)始,我們可以隨意使用 for 循環(huán)的變種,它可以在幕后處理上述所有工作。
實(shí)際上,這個(gè)增強適用于實(shí)現 Iterable 接口的任何對象,而不僅僅是 Collections。
清單 2 顯示通過(guò) Iterator 提供 Person 對象的孩子列表的一種方法。
這里不是提供內部 List 的一個(gè)引用
(這使 Person 外的調用者可以為家庭增加孩子 — 而大多數父母并不希望如此),Person 類(lèi)型實(shí)現 Iterable。這種方法還使得 for 循環(huán)可以遍歷所有孩子。
// Person.java
import java.util.*;
public class Person
implements Iterable<Person>
{
public Person(String fn, String ln, int a, Person... kids)
{
this.firstName = fn; this.lastName = ln; this.age = a;
for (Person child : kids)
children.add(child);
}
public String getFirstName() { return this.firstName; }
public String getLastName() { return this.lastName; }
public int getAge() { return this.age; }
public Iterator<Person> iterator() { return children.iterator(); }
public void setFirstName(String value) { this.firstName = value; }
public void setLastName(String value) { this.lastName = value; }
public void setAge(int value) { this.age = value; }
public String toString() {
return "[Person: " +
"firstName=" + firstName + " " +
"lastName=" + lastName + " " +
"age=" + age + "]";
}
private String firstName;
private String lastName;
private int age;
private List<Person> children = new ArrayList<Person>();
}
// App.java
public class App
{
public static void main(String[] args)
{
Person ted = new Person("Ted", "Neward", 39,
new Person("Michael", "Neward", 16),
new Person("Matthew", "Neward", 10));
// Iterate over the kids
for (Person kid : ted)
{
System.out.println(kid.getFirstName());
}
}
}
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在域建模的時(shí)候,使用 Iterable 有一些明顯的缺陷,因為通過(guò) iterator() 方法只能那么 “隱晦” 地支持一個(gè)那樣的對象集合。但是,如果孩子集合比較明顯,Iterable 可以使針對域類(lèi)型的編程更容易,更直觀(guān)。
4. 經(jīng)典算法和定制算法
您是否曾想過(guò)以倒序遍歷一個(gè) Collection?對于這種情況,使用經(jīng)典的 Java Collections 算法非常方便。
在上面的 清單 2 中,Person 的孩子是按照傳入的順序排列的;但是,現在要以相反的順序列出他們。雖然可以編寫(xiě)另一個(gè) for 循環(huán),按相反順序將每個(gè)對象插入到一個(gè)新的 ArrayList 中,但是 3、4 次重復這樣做之后,就會(huì )覺(jué)得很麻煩。
在此情況下,清單 3 中的算法就有了用武之地:
public class ReverseIterator
{
public static void main(String[] args)
{
Person ted = new Person("Ted", "Neward", 39,
new Person("Michael", "Neward", 16),
new Person("Matthew", "Neward", 10));
// Make a copy of the List
List<Person> kids = new ArrayList<Person>(ted.getChildren());
// Reverse it
Collections.reverse(kids);
// Display it
System.out.println(kids);
}
}
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Collections 類(lèi)有很多這樣的 “算法”,它們被實(shí)現為靜態(tài)方法,以 Collections 作為參數,提供獨立于實(shí)現的針對整個(gè)集合的行為。
而且,由于很棒的 API 設計,我們不必完全受限于 Collections 類(lèi)中提供的算法 — 例如,我喜歡不直接修改(傳入的 Collection 的)內容的方法。所以,可以編寫(xiě)定制算法是一件很棒的事情,例如清單 4 就是一個(gè)這樣的例子:
class MyCollections
{
public static <T> List<T> reverse(List<T> src)
{
List<T> results = new ArrayList<T>(src);
Collections.reverse(results);
return results;
}
}
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5. 擴展 Collections API
以上定制算法闡釋了關(guān)于 Java Collections API 的一個(gè)最終觀(guān)點(diǎn):它總是適合加以擴展和修改,以滿(mǎn)足開(kāi)發(fā)人員的特定目的。
例如,假設您需要 Person 類(lèi)中的孩子總是按年齡排序。雖然可以編寫(xiě)代碼一遍又一遍地對孩子排序(也許是使用 Collections.sort 方法),但是通過(guò)一個(gè)
Collection 類(lèi)來(lái)自動(dòng)排序要好得多。
實(shí)際上,您甚至可能不關(guān)心是否每次按固定的順序將對象插入到 Collection 中(這正是 List 的基本原理)。您可能只是想讓它們按一定的順序排列。
java.util 中沒(méi)有 Collection 類(lèi)能滿(mǎn)足這些需求,但是編寫(xiě)一個(gè)這樣的類(lèi)很簡(jiǎn)單。只需創(chuàng )建一個(gè)接口,用它描述 Collection 應該提供的抽象行為。對于 SortedCollection,它的作用完全是行為方面的。
public interface SortedCollection<E> extends Collection<E>
{
public Comparator<E> getComparator();
public void setComparator(Comparator<E> comp);
}
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編寫(xiě)這個(gè)新接口的實(shí)現簡(jiǎn)直不值一提:
import java.util.*;
public class ArraySortedCollection<E>
implements SortedCollection<E>, Iterable<E>
{
private Comparator<E> comparator;
private ArrayList<E> list;
public ArraySortedCollection(Comparator<E> c)
{
this.list = new ArrayList<E>();
this.comparator = c;
}
public ArraySortedCollection(Collection<? extends E> src, Comparator<E> c)
{
this.list = new ArrayList<E>(src);
this.comparator = c;
sortThis();
}
public Comparator<E> getComparator() { return comparator; }
public void setComparator(Comparator<E> cmp) { comparator = cmp; sortThis(); }
public boolean add(E e)
{ boolean r = list.add(e); sortThis(); return r; }
public boolean addAll(Collection<? extends E> ec)
{ boolean r = list.addAll(ec); sortThis(); return r; }
public boolean remove(Object o)
{ boolean r = list.remove(o); sortThis(); return r; }
public boolean removeAll(Collection<?> c)
{ boolean r = list.removeAll(c); sortThis(); return r; }
public boolean retainAll(Collection<?> ec)
{ boolean r = list.retainAll(ec); sortThis(); return r; }
public void clear() { list.clear(); }
public boolean contains(Object o) { return list.contains(o); }
public boolean containsAll(Collection <?> c) { return list.containsAll(c); }
public boolean isEmpty() { return list.isEmpty(); }
public Iterator<E> iterator() { return list.iterator(); }
public int size() { return list.size(); }
public Object[] toArray() { return list.toArray(); }
public <T> T[] toArray(T[] a) { return list.toArray(a); }
public boolean equals(Object o)
{
if (o == this)
return true;
if (o instanceof ArraySortedCollection)
{
ArraySortedCollection<E> rhs = (ArraySortedCollection<E>)o;
return this.list.equals(rhs.list);
}
return false;
}
public int hashCode()
{
return list.hashCode();
}
public String toString()
{
return list.toString();
}
private void sortThis()
{
Collections.sort(list, comparator);
}
}
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這個(gè)實(shí)現非常簡(jiǎn)陋,編寫(xiě)時(shí)并沒(méi)有考慮優(yōu)化,顯然還需要進(jìn)行重構。但關(guān)鍵是 Java Collections API 從來(lái)無(wú)意將與集合相關(guān)的任何東西定死。它總是需要擴展,同時(shí)也鼓勵擴展。
當然,有些擴展比較復雜,例如 java.util.concurrent 中引入的擴展。但是另一些則非常簡(jiǎn)單,只需編寫(xiě)一個(gè)定制算法,或者已有 Collection 類(lèi)的簡(jiǎn)單的擴展。
擴展 Java Collections API 看上去很難,但是一旦開(kāi)始著(zhù)手,您會(huì )發(fā)現遠不如想象的那樣難。
結束語(yǔ)
和 Java Serialization 一樣,Java Collections API 還有很多角落等待有人去探索 —正因為如此,我們還不準備結束這個(gè)話(huà)題。在 5 件事 系列 的下一篇文章中,將可以看到用 Java Collections API 做更多事情的 5 種新的方式。
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