Java集合（二）、Collection接口介绍

一、Collection 接口概述

Collection是一个接口，继承自Iterable。我们先看一下Iterable接口的源码

package java.lang;

import java.util.Iterator;
import java.util.Objects;
import java.util.Spliterator;
import java.util.Spliterators;
import java.util.function.Consumer;

    /**
     *实现这个接口的的类允许使用"for-each loop"语句来遍历。
     */
public interface Iterable<T> {

    /**
     *返回一个元素类型为T的迭代器
     */
    Iterator<T> iterator();

    /**
     * jdk1.8新增的遍历方式
     */
    default void forEach(Consumer<? super T> action) {
        Objects.requireNonNull(action);
        for (T t : this) {
            action.accept(t);
        }
    }

    /**
     * 暂不研究
     */
    default Spliterator<T> spliterator() {
        return Spliterators.spliteratorUnknownSize(iterator(), 0);
    }
}

Iterable接口有一个Iterator iterator();方法，而Collection继承自Iterable接口，所以我们说Collection因爱与Iterator。

二、Collection 接口

Collection是一个高度封装的集合接口，它提供了所有集合要实现的默认方法接口。

我们看一下接口源码，了解它有哪些接口和默认实现。

package java.util;

import java.util.function.Predicate;
import java.util.stream.Stream;
import java.util.stream.StreamSupport;

/**
 *这是一个集合分层的根接口。集合代表了一组包含元素的对象。有些集合允许有重复的元素，有些不允许。
 *有些集合是有序的有些无序的。jdk不对这个接口提供任何直接的实现，但是再一些直接子接口例如Set和List有实现了某些接口方法。
 *所有继承Collection的类必须提供两个默认的构造函数，一个不带参数的、一个带Collection类型参数。
 *
 */

public interface Collection<E> extends Iterable<E> {
    //查询操作

    /**
     *返回集合大小，也就是集合中元素的数量
     */
    int size();

    /**
     * 如果集合包含元素则返回true，即判断集合是否为空
     */
    boolean isEmpty();

    /**
     * 判断集合是否存在某个对象，注意这里参数是个Object,并没有限制为E或其子类
     */
    boolean contains(Object o);

    /**
     * 返回一个迭代器iterator。并没有说明元素的迭代顺序，除非特别的集合有这个要求。
     */
    Iterator<E> iterator();

    /**
     *将集合转为对象数组，注意这里不是元素数组而是一个Object数组。
     *如果集合保证是有序的，那么通过迭代器返回数组有相同顺序
     *返回的数组是安全的，也就是说集合有自己的引用，数组开辟新的堆内存，也有自己的引用。所以调
     *用者可以随意操作返回的数组。
     *这个方法是数组和列表之间的桥梁
     */
    Object[] toArray();

    /**
     * 返回一个集合元素类型的数组。如果集合满足指定的数组并且有足够的空间，则在其中返回此集合
     * 否则返回此集合大小的新数组。
     * 如果集合有序，那么返回此集合迭代器遍历顺序的数组
     * 如果数组大小比集合元素多，那么在数组满足集合元素后在末尾设置为null  
     *
     * 如果在这个集合中指定数组运行时类型不是运行时元素类型的超类，那么抛ArrayStoreException异常
     * 如果指定数组为空，则抛出NullPointerException
     */
    <T> T[] toArray(T[] a);


    //修改操作

    /**
     * 确保此集合包含特定的元素类型。
     * 如果此集合增加元素成功返回true。
     * 如果此集合不允许有重复元素并且已经包含所传参数，那么返回false
     * 
     * 支持此操作的集合可能会限制向该集合添加哪些元素。特别的，有些集合会拒绝null元素，有些
     * 会对要增加的元素强加一些限制。
     * Collection实现类应该在文档中明确指出所有的限制。
     *
     * 如果集合以除已经包含元素之外的任何原因拒绝添加特定元素，则必须抛出异常
     *(而不是返回false)。这保留了集合在此调用返回后始终包含指定元素的不变式。
     */
    boolean add(E e);

    /**
     * 如果此集合中存在此元素，那么移除一个特定元素类型的实例。更正式的说，如果集合中包含一个或多个这样的元素，
     * 那么删除这样的元素(o==null?e==null:o.equals(e))。如果集合包含指定的元素(或集合因调用而发生改变)，那么返回true。
     *
     * 如果指定元素的类型和集合不相容，抛出ClassCastException异常(可选的限制条件)
     * 如果指定元素是null并且这个集合不允许null元素存在，那么抛出NullPointerException异常(可选的限制条件)
     * 如果此集合不支持remove操作那么抛出UnsupportedOperationException异常(可选的限制条件)
     */
    boolean remove(Object o);


    //容量操作

    /**
     * 如果this集合包含指定集合的所有元素，返回true
     * c集合必须要检查是否被包含在this集合
     * 如果指定元素的类型和集合不相容，抛出ClassCastException异常(可选的限制条件)
     * 如果指定元素是null并且这个集合不允许null元素存在，那么抛出NullPointerException异常(可选的限制条件)
     */
    boolean containsAll(Collection<?> c);

    /**
     * 将指定集合的所有元素到this集合中(可选的操作)。
     * 如果指定的集合在操作进行时被修改了，那么此操作行为未定义。
     * (这意味着如果指定的集合是这个集合，并且这个集合是非空的，那么这个调用的行为是未定义的。)
     * 
     * @参数:c集合包含了要被添加到这个集合的元素
     * @返回:如果调用结果改变了this集合返回true
     * @throws:如果 addAll操作不被此集合支持，那么抛出UnsupportedOpertaionException异常
     * @throws: 如果指定集合包含了空元素而this集合不允许有空元素，那么抛出NullPointerException异常
     * @throws:如果this集合阻止hiding集合元素类型添加，那么抛出ClassCastException异常
     * @throws:如果指定集合的元素的某些属性阻止将其添加到此集合，则抛出IllegalArgumentException
     * @throws:由于插入限制，如果不是所有元素都可以在此时添加，则抛出IllegalStateException异常
     */
    boolean addAll(Collection<? extends E> c);

    /**
     * 移除此集合中所有的包含在指定集合中的元素(可选的操作)。调用过此函数之后，那么此集合和指定集合将不再包含相同元素。
     *
     * @param:包含要从该集合中删除的元素的c集合
     * @return:如果此集合因调用而更改那么返回true
     * @throws:如果此集合不支持removeAll方法，则抛出UnsupportedOperationException
     * @throws:如果集合中一个或多个元素的类型与指定集合不兼容，则抛出ClassCastException(可选的操作)
     * @throws:如果该集合包含一个或多个空元素，且指定的集合不支持空元素(optional)，或者指定的集合为空，
     * 则抛出NullPointerException异常
     */
    boolean removeAll(Collection<?> c);

    /**
     * 移除此集合中所有符合给定Predicate的元素。在迭代期间或由Predicate引发的错误或运行时异常将被转发给调用方
     * @implSpec
     * 默认实现使用其迭代器遍历集合的所有元素。每一个匹配的元素使用iterator.remove()来移除。
     * 如果集合的iterator不支持移除将会抛出UnsupportedOperationException异常在匹匹厄到
     * 第一个元素时。
     * @param 过滤一个predicate
     * @param 筛选要删除的元素返回true的Predicate
     * @return 如果任何一个元素被删除返回true
     * @throws 指定过滤器为空，抛出NullPointerException
     * @throws 如果元素没有被删除，或者移除操作不支持，
     *  则立即抛出UnsupportedOperationException异常
     * @since 1.8
     */
    default boolean removeIf(Predicate<? super E> filter) {
        //如果filter为null抛出NullPointerException
        Objects.requireNonNull(filter);
        boolean removed = false;
        final Iterator<E> each = iterator();
        //通过迭代器遍历删除，只要删除一个removed就为true
        while (each.hasNext()) {
            if (filter.test(each.next())) {
                each.remove();
                removed = true;
            }
        }
        return removed;
    }

    /**
     * 只保留此集合中包含在指定集合中的元素(可选的操作)。
     * 也就是说，此集合中不包含在指定集合中的所有元素。
     * @param:要保留的元素的集合c
     * @return:如果此集合改变了返回true
     * @throws:如果此集合不支持retainAll，则抛出UnsupportedOperationException异常
     * @throws:如果集合中一个或多个元素的类型与指定集合不兼容，则抛出ClassCastException(可选的操作)
     * @throws:如果该集合包含一个或多个空元素，且指定的集合不支持空元素(optional)，或者指定的集合为空
     */
    boolean retainAll(Collection<?> c);

    /**
     * 移除此集合中所有元素(可选操作),调用此方法后集合里将为空。
     * @throws: 如果此集合clear操作不支持将会抛出UnsupportOperationException异常。
     */
    void clear();



    //比较和hash

    /**
     * 比较指定的对象与此集合是否相等
     * 
     */
    boolean equals(Object o);

    /**
     *返回这个集合的hashCode。当集合接口没有对Object.hashCode方法的一般协议做任何规定，编程
     *人员应该注意在重写equals方法时必须重写hashCode方法，以便满足一般协议对这个
     *Object.hashCode方法。特别的，c1.equals(c2)表明c1.hashCode()==c2.hashCode()。
     */
    int hashCode();

    /**
     *一下1.8新增的Spliterator，暂不研究
     */
    @Override
    default Spliterator<E> spliterator() {
        return Spliterators.spliterator(this, 0);
    }
    default Stream<E> stream() {
        return StreamSupport.stream(spliterator(), false);
    }
    default Stream<E> parallelStream() {
        return StreamSupport.stream(spliterator(), true);
    }
}

三、AbstractCollection类

AbstractCollection是一个实现了Collection接口的抽象类，除了iterator()和size()接口，它提供了一些其他接口的默认实现，其他集合类可以继承此类来复用。

AbstractCollection源码

package java.util;

public abstract class AbstractCollection<E> implements Collection<E> {
    /*唯一的构造函数*/
    protected AbstractCollection(){

    }

    //查询操作

    public abstract Iterator<E> iterator();

    public abstract int size();

    /*
     * 返回size() == 0
     */
    public boolean isEmpty(){
        return size() == 0;
    }

    /**
     * 实现的contains方法，通过迭代器遍历
     */
    public boolean contains(Object o){
        Iterator<E> it = iterator();
        if (o == null){
            while (it.hasNext())
                if (it.next() == null)
                    return true;
        }else{
            while (it.hasNext())
                if (o.equals(it.next()))
                    return true;
        }
        return false;
    }

    /**
     * 此默认实现，考虑到数组在迭代器遍历过程中大小可能会改变，
     * 也就是可能会增加或减少元素怒
     */
    public Object[] toArray(){
        //估计数组大小，并做好变小或变大的准备
        Object[] r = new Object[size()];
        Iterator<E> it = iterator();
        for (int i = 0; i < r.length; i++){
            if (! it.hasNext())  //比期望的元素少，那么调用Arrays.copyOf()方法返回一个新的数组
                return Arrays.copyOf(r, i);
            r[i] = it.next();
        }
        //判断集合有没有被增加(迭代器改变)，如果没有返回数组，如果有调用finishToArray()方法返回数组
        return it.hasNext() ? finishToArray(r, it) : r;
    }

    /**
     * 
     */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public <T> T[] toArray(T[] a) {
        // Estimate size of array; be prepared to see more or fewer elements
        int size = size();
        T[] r = a.length >= size ? a :
                  (T[])java.lang.reflect.Array
                  .newInstance(a.getClass().getComponentType(), size);
        Iterator<E> it = iterator();

        for (int i = 0; i < r.length; i++) {
            if (! it.hasNext()) { // fewer elements than expected
                if (a == r) {
                    r[i] = null; // null-terminate
                } else if (a.length < i) {
                    return Arrays.copyOf(r, i);
                } else {
                    System.arraycopy(r, 0, a, 0, i);
                    if (a.length > i) {
                        a[i] = null;
                    }
                }
                return a;
            }
            r[i] = (T)it.next();
        }
        // more elements than expected
        return it.hasNext() ? finishToArray(r, it) : r;
    }

    /**
     * 一些VM会在数组中保留头信息，所以要占用8字节空间，头信息大小不能超过8
     * 重新分配更大的长度给数组，如果要求的数组大小超过VM限制，会抛出OutOfMemoryError
     * 默认值 2147483647 - 8;
     */
    private static final int MAX_ARRAY_SIZE　＝　Integer.MAX_VALUE - 8;

    /**
     * 重新在toArray方法中，如果iterator返回了比期望中的大小更多的元素时，重新给数组分配空间来完成填充数组。
     * @param 之前的已经被填满的数组
     * @param 操作中集合的iterator
     * @return 除了给定的数组之外，增加了从迭代器中获取的元素，并修正数组长度
     */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    private static <T> T[] finishToArray(T[] r, Iterator<?> it) {
        int i = r.length; //被填充满的数组长度(原始集合大小)
        while (it.hasNext()) {
            int cap = r.length;
            if (i == cap) {  //第一次(刚进来的时候)一定为true,那么分配新的数组大小
                int newCap = cap + (cap >> 1) + 1; //右移一位+1再加上原大小
                if (newCap - MAX_ARRAY_SIZE > 0)  
                    //新数组大小大于集合默认最大值，调用hugeCapacity()方法重新分配，值为Integer.MAX_VALUE
                    newCap = hugeCapacity(cap + 1);
                r = Arrays.copyOf(r, newCap);
            }
            r[i++] = (T)it.next();
        }
        // 修正数组多余的空间，如果正好直接返回，否则调用Arrays.copyOf()方法
        return (i == r.length) ? r : Arrays.copyOf(r, i);
    }

    private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // 内存溢出
            throw new OutOfMemoryError
                ("Required array size too large");
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }



    //修改操作
    /**
     * 此操作总是抛出 UnsupportedOperationException
     * @throws UnsupportedOperationException {@inheritDoc}
     * @throws ClassCastException            {@inheritDoc}
     * @throws NullPointerException          {@inheritDoc}
     * @throws IllegalArgumentException      {@inheritDoc}
     * @throws IllegalStateException         {@inheritDoc}
     */
    public boolean add(E e) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    /**
     * 通过集合迭代器查找元素，如果找到调用iterator.remove()方法删除元素。
     * 删除一个就返回true
     */
    public boolean remove(Object o) {
        Iterator<E> it = iterator();
        if (o==null) {
            while (it.hasNext()) {
                if (it.next()==null) {
                    it.remove();
                    return true;
                }
            }
        } else {
            while (it.hasNext()) {
                if (o.equals(it.next())) {
                    it.remove();
                    return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }

    // Bulk Operations
    /**
     * 判断此集合是否包含指定集合所有元素，有一个没有返回false
     */
    public boolean containsAll(Collection<?> c) {
        for (Object e : c)
            if (!contains(e))
                return false;
        return true;
    }

    /**
     * 调用add(E e)方法添加指定集合到此集合中
     *
     * @see #add(Object)
     */
    public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        boolean modified = false;
        for (E e : c)
            if (add(e))
                modified = true;
        return modified;
    }

    /**
     * 这个方法将从此集合中删除指定集合的所有元素，通过迭代器删除。
     * @throws UnsupportedOperationException {@inheritDoc}
     * @throws ClassCastException            {@inheritDoc}
     * @throws NullPointerException          {@inheritDoc}
     *
     * @see #remove(Object)
     * @see #contains(Object)
     */
    public boolean removeAll(Collection<?> c) {
        Objects.requireNonNull(c);
        boolean modified = false;
        Iterator<?> it = iterator();
        while (it.hasNext()) {
            if (c.contains(it.next())) {
                it.remove();
                modified = true;
            }
        }
        return modified;
    }

    /**
     * 此集合中保留指定集合的所有元素，也就是说调用此方法之后，此集合中删除了不存在指定集合中
     *的元素
     * 
     */
    public boolean retainAll(Collection<?> c) {
        Objects.requireNonNull(c);
        boolean modified = false;
        Iterator<E> it = iterator();
        while (it.hasNext()) {
            if (!c.contains(it.next())) {
                it.remove();
                modified = true;
            }
        }
        return modified;
    }

    /**
     * 清空集合中所有元素
     * @throws UnsupportedOperationException {@inheritDoc}
     */
    public void clear() {
        Iterator<E> it = iterator();
        while (it.hasNext()) {
            it.next();
            it.remove();
        }
    }


    //  String conversion

    /**
     * 集合的toString方法，所有继承AbstractCollection的类都有此方法
     */
    public String toString() {
        Iterator<E> it = iterator();
        if (! it.hasNext())
            return "[]";

        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append('[');
        for (;;) {
            E e = it.next();
            //如果将自己这个集合添加到自己，就会打印(this Collection)
            sb.append(e == this ? "(this Collection)" : e);
            if (! it.hasNext())
                return sb.append(']').toString();
            sb.append(',').append(' ');
        }
    }

}
}

AbstractCollection类默认实现的方法，在上面源代码中我都已经讲解过了，很多常用的集合都会使用 默认实现，比如常用的toString方法，我们在输出ArrayList时调用的就是此方法。

引自：http://www.manongjc.com/article/66616.html