Java 集合 Collections
Collections 是 JDK 提供的一个工具类，位于 java.util 包下，提供了一系列的静态方法，方便对集合进行各种骚操作，算是集合框架的一个大管家。
Collections 的用法很简单，在 Intellij IDEA 中敲完 Collections。之后就可以看到它提供的方法了，大致看一下方法名和参数就能知道这个方法是干嘛的。
Collections工具类的用法总结 - 图1
这里将这些方法做了一些分类，并列举了一些简单的例子。

1、排序操作

  • reverse(List list)：反转顺序
  • shuffle(List list)：洗牌，将顺序打乱
  • sort(List list)：自然升序
  • sort(List list, Comparator c)：按照自定义的比较器排序
  • swap(List list, int i, int j)：将 i 和 j 位置的元素交换位置

来看例子：

  1. List<String> list = new ArrayList<>();
  2. list.add("二");
  3. list.add("三");
  4. list.add("四");
  5. list.add("五");
  6. list.add("六");
  8. System.out.println("原始顺序：" + list);
  10. // 反转
  11. Collections.reverse(list);
  12. System.out.println("反转后：" + list);
  14. // 洗牌
  15. Collections.shuffle(list);
  16. System.out.println("洗牌后：" + list);
  18. // 自然升序
  19. Collections.sort(list);
  20. System.out.println("自然升序后：" + list);
  22. // 交换
  23. Collections.swap(list, 2,4);
  24. System.out.println("交换后：" + list);

输出后：

  1. 原始顺序：[二, 三, 四, 五, 六]
  2. 反转后：[六, 五, 四, 三, 二]
  3. 洗牌后：[五, 二, 六, 三, 四]
  4. 自然升序后：[三, 二, 五, 六, 四]
  5. 交换后：[三, 二, 四, 六, 五]

2、查找操作

  • binarySearch(List list, Object key)：二分查找法，前提是 List 已经排序过了
  • max(Collection coll)：返回最大元素
  • max(Collection coll, Comparator comp)：根据自定义比较器，返回最大元素
  • min(Collection coll)：返回最小元素
  • min(Collection coll, Comparator comp)：根据自定义比较器，返回最小元素
  • fill(List list, Object obj)：使用指定对象填充
  • frequency(Collection c, Object o)：返回指定对象出现的次数

来看例子：

  1. System.out.println("最大元素：" + Collections.max(list));
  2. System.out.println("最小元素：" + Collections.min(list));
  3. System.out.println("出现的次数：" + Collections.frequency(list, "二"));
  5. // 没有排序直接调用二分查找，结果是不确定的
  6. System.out.println("排序前的二分查找结果：" + Collections.binarySearch(list, "二"));
  7. Collections.sort(list);
  8. // 排序后，查找结果和预期一致
  9. System.out.println("排序后的二分查找结果：" + Collections.binarySearch(list, "二"));
  11. Collections.fill(list, "八");
  12. System.out.println("填充后的结果：" + list);

输出后：

  1. 原始顺序：[二, 三, 四, 五, 六]
  2. 最大元素：四
  3. 最小元素：三
  4. 出现的次数：1
  5. 排序前的二分查找结果：0
  6. 排序后的二分查找结果：1
  7. 填充后的结果：[八, 八, 八, 八, 八]

3、同步控制

HashMap 是线程不安全的，其实 ArrayList 也是线程不安全的，没法在多线程环境下使用，那 Collections 工具类中提供了多个 synchronizedXxx 方法，这些方法会返回一个同步的对象，从而解决多线程中访问集合时的安全问题。
Collections工具类的用法总结 - 图2
使用起来也非常的简单：

  1. SynchronizedList synchronizedList = Collections.synchronizedList(list);

看一眼 SynchronizedList 的源码就明白了，不过是在方法里面使用 synchronized 关键字加了一层锁而已。

  1. static class SynchronizedList<E>
  2.     extends SynchronizedCollection<E>
  3.     implements List<E> {
  4.     private static final long serialVersionUID = -7754090372962971524L;
  6.     final List<E> list;
  8.     SynchronizedList(List<E> list) {
  9.         super(list);
  10.         this.list = list;
  11.     }
  13.     public E get(int index) {
  14.         synchronized (mutex) {return list.get(index);}
  15.     }
  17.     public void add(int index, E element) {
  18.         synchronized (mutex) {list.add(index, element);}
  19.     }
  20.     public E remove(int index) {
  21.         synchronized (mutex) {return list.remove(index);}
  22.     }
  23. }

那这样的话，其实效率和那些直接在方法上加 synchronized 关键字的 Vector、Hashtable 差不多（JDK 1.0 时期就有了），而这些集合类基本上已经废弃了，几乎不怎么用。

  1. public class Vector<E>
  2.     extends AbstractList<E>
  3.     implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
  4. {
  6.     public synchronized E get(int index) {
  7.         if (index >= elementCount)
  8.             throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
  10.         return elementData(index);
  11.     }
  13.     public synchronized E remove(int index) {
  14.         modCount++;
  15.         if (index >= elementCount)
  16.             throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
  17.         E oldValue = elementData(index);
  19.         int numMoved = elementCount - index - 1;
  20.         if (numMoved > 0)
  21.             System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
  22.                              numMoved);
  23.         elementData[--elementCount] = null; // Let gc do its work
  25.         return oldValue;
  26.     }
  27. }

正确的做法是使用并发包下的 CopyOnWriteArrayList、ConcurrentHashMap。这些放到并发编程时再讲。

4、不可变集合

  • emptyXxx()：制造一个空的不可变集合
  • singletonXxx()：制造一个只有一个元素的不可变集合
  • unmodifiableXxx()：为指定集合制作一个不可变集合

举个例子：

  1. List emptyList = Collections.emptyList();
  2. emptyList.add("非空");
  3. System.out.println(emptyList);

这段代码在执行的时候就抛出错误了。

  1. Exception in thread "main" java.lang.UnsupportedOperationException
  2.  at java.util.AbstractList.add(AbstractList.java:148)
  3.  at java.util.AbstractList.add(AbstractList.java:108)
  4.  at com.itwanger.s64.Demo.main(Demo.java:61)

这是因为 Collections.emptyList() 会返回一个 Collections 的内部类 EmptyList，而 EmptyList 并没有重写父类 AbstractList 的 add(int index, E element) 方法，所以执行的时候就抛出了不支持该操作的 UnsupportedOperationException 了。
这是从分析 add 方法源码得出的原因。除此之外，emptyList 方法是 final 的，返回的 EMPTY_LIST 也是 final 的，种种迹象表明 emptyList 返回的就是不可变对象，没法进行增伤改查。

  1. public static final <T> List<T> emptyList() {
  2.     return (List<T>) EMPTY_LIST;
  3. }
  5. public static final List EMPTY_LIST = new EmptyList<>();

5、其他

还有两个方法比较常用：

  • addAll(Collection<? super T> c, T... elements)，往集合中添加元素
  • disjoint(Collection<?> c1, Collection<?> c2)，判断两个集合是否没有交集

举个例子：

  1. List<String> allList = new ArrayList<>();
  2. Collections.addAll(allList, "九","十","二");
  3. System.out.println("addAll 后：" + allList);
  5. System.out.println("是否没有交集：" + (Collections.disjoint(list, allList) ? "是" : "否"));

输出后：

  1. 原始顺序：[二, 三, 四, 五, 六]
  2. addAll 后：[九, 十, 二]
  3. 是否没有交集：否

整体上，Collections 工具类作为集合框架的大管家，提供了一些非常便利的方法。