Java™ 教程(Collection接口)

博弈

Collection接口

Collection表示一组称为其元素的对象,Collection接口用于传递需要最大通用性的对象集合,例如,按照惯例,所有通用集合实现都有一个带有Collection参数的构造函数,此构造函数(称为转换构造函数)初始化新集合以包含指定集合中的所有元素,无论给定集合的子接口或实现类型如何,换句话说,它允许你转换集合的类型。

例如,假设你有一个Collection<String> c,它可以是ListSet或其他类型的Collection,这个语法创建一个新的ArrayListList接口的一个实现),初始化包含c中的所有元素。

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

或者 — 如果你使用的是JDK 7或更高版本 — 你可以使用菱形运算符:

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

Collection接口包含执行基本操作的方法,例如int size()boolean isEmpty()boolean contains(Object element)boolean add(E element)boolean remove(Object element)Iterator<E> iterator()

它还包含对整个集合进行操作的方法,例如boolean containsAll(Collection<?> c)boolean addAll(Collection<? extends E> c)boolean removeAll(Collection<?> c)boolean retainAll(Collection<?> c)void clear()

还存在用于数组操作的额外方法(诸如Object[] toArray()<T> T[] toArray(T[] a))。

在JDK 8及更高版本中,Collection接口还公开方法Stream<E> stream()Stream<E> parallelStream(),以从底层集合中获取顺序或并行流(有关使用流的更多信息,请参阅聚合操作的课程)。

如果Collection表示一组对象,Collection接口可以满足你的期望,它有告诉你集合中有多少元素(sizeisEmpty)的方法,检查给定对象是否在集合中的方法(contains),从集合中添加和删除元素的方法(addremove),和在集合上提供迭代器的方法(iterator)。

add方法的定义已经足够广泛,因此对于允许重复的集合以及不重复的集合都有意义,它保证Collection在调用完成后将包含指定的元素,并且如果Collection因调用而更改,则返回true。类似地,remove方法旨在从Collection中删除指定元素的单个实例,假设它包含要开始的元素,并且如果结果修改了集合则返回true

遍历集合

有三种遍历集合的方法:(1)使用聚合操作(2)for-each构造(3)通过使用Iterators

聚合操作

在JDK 8及更高版本中,迭代集合的首选方法是获取流并对其执行聚合操作,聚合操作通常与lambda表达式结合使用,以使编程更具表现力,使用更少的代码行,以下代码按顺序遍历一组形状并打印出红色对象:

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

同样,你可以轻松地请求并行流,如果集合足够大并且你的计算机具有足够的核心,这可能是有意义的:

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

使用此API收集数据的方法有很多种,例如,你可能希望将Collection的元素转换为String对象,然后将它们连接起来,用逗号分隔:

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

或者可以把所有员工的工资加起来:

int total = employees.stream()
.collect(Collectors.summingInt(Employee::getSalary)));

这些只是你可以使用流和聚合操作执行的一些示例,有关更多信息和示例,请参阅聚合操作的课程。

集合框架一直提供许多所谓的“批量操作”作为其API的一部分,这些包括对整个集合进行操作的方法,例如containsAlladdAllremoveAll等,不要将这些方法与JDK 8中引入的聚合操作混淆。新聚合操作与现有批量操作(containsAlladdAll等)之间的主要区别在于旧版本都是可变的,这意味着它们都修改了底层集合,相反,新的聚合操作不会修改底层集合。使用新的聚合操作和lambda表达式时,必须注意避免突变,以免在以后从并行流运行代码时引入问题。

for-each构造

for-each构造允许你使用for循环简明地遍历集合或数组 — 请参阅for语句,以下代码使用for-each构造在单独的行上打印出集合的每个元素。

for (Object o : collection)
    System.out.println(o);

迭代器

Iterator是一个使你可以遍历集合并需要时有选择地从集合中删除元素的对象,通过调用iterator方法获得集合的Iterator,以下是Iterator接口。

public interface Iterator<E> {
    boolean hasNext();
    E next();
    void remove(); //optional
}

如果迭代具有更多元素,则hasNext方法返回true,并且next方法返回迭代中的下一个元素,remove方法从底层Collection中删除next返回的最后一个元素,对next的每次调用只能调用remove方法一次,如果违反此规则则抛出异常。

请注意,Iterator.remove是在迭代期间修改集合的唯一安全方法,如果在迭代进行过程中以任何其他方式修改底层集合,则不指定此行为。

使用Iterator而不是for-each构造,当你需要:

  • 删除当前元素,for-each构造隐藏了迭代器,因此你无法调用remove,因此,for-each构造不可用于过滤。
  • 并行迭代多个集合。

以下方法说明如何使用Iterator过滤任意Collection — 即遍历集合删除特定元素。

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

这段简单的代码是多态的,这意味着无论实现如何,它都适用于任何Collection,此示例演示了使用Java集合框架编写多态算法是多么容易。

集合接口批量操作

批量操作对整个Collection执行操作,你可以使用基本操作实现这些简写操作,但在大多数情况下,此类实现效率较低,以下是批量操作:

  • containsAll — 如果目标Collection包含指定Collection中的所有元素,则返回true
  • addAll — 将指定Collection中的所有元素添加到目标Collection
  • removeAll — 从目标Collection中删除它们也包含在指定Collection中的所有元素。
  • retainAll — 从目标Collection中删除所有未包含在指定Collection中的元素,也就是说,它仅保留目标Collection中也包含在指定Collection中的那些元素。
  • clear — 从集合中删除所有元素。

如果在执行操作的过程中修改了目标Collection,则addAllremoveAllretainAll方法都返回true

作为批量操作功能的一个简单示例,请考虑以下语法,从Collection c中删除指定元素e的所有实例。

c.removeAll(Collections.singleton(e));

更具体地说,假设你要从Collection中删除所有null元素。

c.removeAll(Collections.singleton(null));

这个语法使用Collections.singleton,这是一个静态工厂方法,它返回一个只包含指定元素的不可变Set

集合接口数组操作

toArray方法是作为集合和旧API之间的桥梁提供的,这些API期望输入上的数组,数组操作允许将Collection的内容转换为数组,没有参数的简单形式创建一个新的Object数组,更复杂的形式允许调用者提供数组或选择输出数组的运行时类型。

例如,假设cCollection,以下代码段将c的内容转储到新分配的Object数组中,该数组的长度与c中的元素数相同。

Object[] a = c.toArray();

假设已知c只包含字符串(可能因为c的类型为Collection<String>),以下代码段将c的内容转储到新分配的String数组中,该数组的长度与c中的元素数相同。

String[] a = c.toArray(new String[0]);

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