走进Java中的持有对象(容器类)【二】Collection
概述
通过前文的学习，我们对容器的分类及常用容器类的作用有了基本的认识。本文将针对Collection容器的功能与使用进行细致分析。
基本操作
Collection集合抽象出的目的是为存放独立元素的序列。
Collection接口定义的基本操作包含添加，移除，查找，遍历等。具体API定义如下：
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)
这些操作可以按照具体作用来划分，下面我们结合一些实例来理解。
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) {
//构造方法直接添加
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);
}
}
输出结果
[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方法可将数组转换为List类型，我们可以通过构造方法直接初始化Collection实例。若想添加单个元素，直接调用add方法；想要添加一组元素，也可调用addAll方法。另一种比较高效方式是调用Collections的addAll方法。
辨析 Collection Collections
Collection与Collections同属于集合类，但却完全不同。这是Java开发者非常容易混淆的内容。
Collection是集合的顶层接口，而Collections则是一个工具类。Collections提供了许多静态方法，从而能够操作集合，对集合中的元素进行排序，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);
}
}
输出结果
[10, 30, 20, 9, 4, 1, 50]
[1, 4, 9, 10, 20, 30, 50]
Collections中实用的方法还有很多，下面列出一些常用方法的API，本文就不再一一赘述。
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)
//将元素从一个列表复制到到另一个列表
public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src);
//反转列表
public static void reverse(List<?> list)
//随机化列表
public static void shuffle(List<T> list)
//返回线程安全的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)
删除元素
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);
//移除一组元素
collection.removeAll(c);
System.out.println(collection);
//移除所有元素
collection.clear();
System.out.println(collection);
}
}
输出结果
[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，调用remove方法删除集合中单个元素，通过removeAll方法删除一组包含于collection中的元素，使用clear方法可移除集合所有元素。
访问元素
观察Collection定义的API可看出，Collection接口似乎没有对访问指定位置元素，遍历列表提供合适的方法。contains、equals两种方法可查找元素，却也无法实现迭代，遍历元素的目的。
这时就需要Iterator(迭代器)来为我们帮忙了，Collection中iterator()方法直接返回容器的Iterator，以遍历整个容器。
迭代器
迭代器(Iterator)这一概念源自C++的STL(标准模板库)，使用者可直接遍历容器而无需关心其结构类型，直接使用Iterator即可。Java中，Iterator的限制是只能单向遍历容器。
用法
Iteraotr提供了以下三种方法
boolean hasNext()
E next()
void remove()
hasNext方法用于确定容器中是否还有元素，next方法获得容器中下一个元素，remove方法删除Iterator目前指向的元素。
举个栗子
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();
//遍历开始,hasNext控制边界
while(it.hasNext()){
System.out.print(it.next()+" ");
}
System.out.println();
it = collection.iterator();
for(int i = 0; i < 2; i++){
it.next();
//删除元素
it.remove();
}
System.out.println(collection);
}
}
输出结果
1 2 3 8 5
[3, 8, 5]
本例中，有了Iterator，我们就可以对容器中的元素进行访问和删除操作，而无需关心容器的具体类型。
UnspportedOperationException异常
UnspportedOperationException抛出的原因是使用了不当的容器操作。通常是由于尝试修改固定长度的容器的缘故，调用Array.asList() 方法会返回这种容器。因为数组显然是固定长度的容器，使用asList方法转换为list也会保持这种属性。
举个栗子
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);
//使用会修改容器的操作
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));
}
}
输出结果
****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方法包含了会修改数组长度的方法。为其传入固定长度的容器引用，会抛出UnspportedOperationException异常。
从输出结果可知，若在为容器分配空间时将asList方法得到的list通过构造方法初始化，会得到一个尺寸可调的Collection实例，允许调用所有方法。 若直接将asList生成的list返回给容器实例，就会附加不可修改尺寸的属性，抛出异常。 最后我们证明了调用Collections工具类的unmodifiableCollection方法可人为的给普通容器加上不可修改的特性，同样会抛出UnspportedOperationException异常。
总结
Collection接口是容器类最上层的接口之一，一般通过向上转型的方式来实现该接口。本文针对Collection定义的基本操作，功能与用途，与Collections的关系，以及因不当操作而可能抛出的UnspportedOperationException异常进行了深入的分析。
后续，将继续和大家讨论继承Collection接口的List，Set，Queue 以及 Map的基本操作与机制。
作者: I'm coding
链接：ACFLOOD
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