走进Java中的持有对象(容器类)【二】Collection

概述

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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。

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作者: I'm coding

链接：ACFLOOD

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