前言:
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Java集合的底层接口主要分为两个:Map和Collection;其对应的继承结构图如下所示;本篇内容主要是对Map、Collection、Iterable这三个接口以及其中的部分默认方法进行讲解,其他的接口和抽象类将在后续的文章中进行讲解,会按照Map和Collection体系分别讲解,并且尽量按照图中的层次从上至下,一层层讲解;
1、Iterable接口
Iterable接口相对简单,实现这个接口的对象,可以使用for-each循环语句,也可以通过iterator遍历元素
1.1 方法说明
default void forEach(Consumer<? super T> action)
对Iterable对象的每个元素执行指定的操作(action),直到所有元素都处理完毕或操作(action)抛出异常(异常抛给调用者)
Iterator<T> iterator()
返回类型为T的元素的迭代器, T是集合元素的类型
default Spliterator<T> spliterator()
返回Spliterator对象
2、Collection接口
集合是一组对象,对象就是集合里面的元素;在JDK中,Collection是集合对应的实现,是集合框架结构中的根接口,它提供了集合应该具备的操作规范(方法);在集合的具体实现类中,有些集合允许重复元素,有些则不允许,有些是有序的,有些是无序的,具体取决于实现类。JDK中的具体实现类并没有直接实现这个接口,因为JDK根据场景提供了更具体的子接口,如Set和List。实现类都是实现这些具体的接口或者对应的抽象方法。Collection这个接口通常用于传递集合,并在需要最大通用性的情况下对集合进行操作。
集合规范中提到,Collection的实现类一般可以提供两个构造函数
1. 无参构造函数:创建一个空的集合
2. 入参类型是Collection的构造函数:目的是创建一个包含入参集合元素的集合(即复制入参集合)
Collection的具体实现类根据场景,在实现Collection接口的方法时,会抛出一些异常,具体如下:
1. 如果collection的实现类不支持的操作,则实现类在方法体中需要抛出UnsupportedOperationException异常
2. Collection的不同实现类对元素类型可能会有限制,例如不能null,或者只接受指定的元素类型;因此可能会抛出非检查异常,例如:NullPointerException或ClassCastException;添加不符合的元素时,可能抛出异常,可能执行成功(只是方法执行成功),但是元素并不会进入到集合中;对于查询不符合条件的元素,会直接返回false
3. Collection默认不支持同步控制,实现类可以自行指定具体使用的同步控制策略;
4. 默认方法实现(继承的或其他方式)没有使用任何同步协议。如果集合的实现类需要使用同步协议,那么它必须覆盖默认方法的实现以使用同步协议。
使用的注意事项:
集合的元素需要注意,如果元素直接或者间接包含了自身引用,则某些对集合执行递归遍历的操作可能会失败(抛出异常),例如clone()、equals()、hashCode()和toString()方法。具体示例如下:
// 集合元素public class SelfRef { SelfRef selfRef; public SelfRef getSelfRef() { return selfRef; } public void setSelfRef(SelfRef selfRef) { this.selfRef = selfRef; } @Override public String toString() { return selfRef.toString(); }}// 集合操作示例代码ArrayList<SelfRef> selfRefList = new ArrayList<>();SelfRef selfRef = new SelfRef();selfRef.setSelfRef(selfRef);selfRefList.add(selfRef);selfRef.toString(); // 抛出异常2.1、方法说明
boolean add(E e)
添加元素到集合中
boolean addAll(Collection<? extends E> c)
添加一个集合中的元素到当前集合中
void clear()
清除集合中的元素
boolean contains(Object o)
判断集合是否包含指定的对象
boolean containsAll(Collection<?> c)
判断是否包含指定集合中所有的元素
boolean equals(Object o)
判断是否与指定的对象相等
int hashCode()
返回集合的hash码
boolean isEmpty()
判断集合是否为空
Iterator<E> iterator()
返回包含元素的iterator对象
default Stream<E> parallelStream()
返回并发执行的流对象(这是默认方法,已有具体逻辑)
boolean remove(Object o)
删除指定的元素
boolean removeAll(Collection<?> c)
删除存在于指定集合中所有的元素
default boolean removeIf(Predicate<? super E> filter)
根据谓词对象删除符合条件的元素(这是默认方法,已有逻辑)
boolean retainAll(Collection<?> c)
保留存在于指定集合中的所有元素
int size()
返回返回集合中元素的数量
default Spliterator<E> spliterator()
返回包含元素的spliterator对象(这是默认方法,已有逻辑)
default Stream<E> stream()
返回包含元素的流对象(这是默认方法,已有逻辑)
Object[] toArray()
将元素以Object数组形式返回,返回的数组与集合互不影响
<T> T[] toArray(T[] a)
返回指定类型的数组,返回的数组与集合互不影响
2.2、方法解析
对于Collection接口,本小节对removeIf方法进行分析说明,该方法是删除集合中符合谓词表达式的元素;其业务逻辑过程如下
1. 谓词对象非空校验
2. 获取迭代器iterator
3. 利用while循环和iterator遍历链表的中的元素
4. 利用谓词对象的test方法验证元素是否符合谓词表达式,符合,则利用iterator删除该元素,然后返回步骤3,进行下一轮循环;
removeIf方法具体代码如下:
default boolean removeIf(Predicate<? super E> filter) { // 1. 谓词对象非空校验Objects.requireNonNull(filter); boolean removed = false; // 2. 获取迭代器iteratofinal Iterator<E> each = iterator(); // 3. 利用while循环和iterator遍历链表的中的元素while (each.hasNext()) {// 4.利用谓词对象的test方法验证元素是否符合谓词表达式,符合,则利用iterator删除该元素, // 然后返回步骤3,进行下一轮循环 if (filter.test(each.next())) { each.remove(); removed = true; } } return removed;}3、Map
Map是将key和value进行映射的对象;一个Map对象不能包含重复的key值,一个key最多只能映射到一个value,即key 与value是一一对应的;Map接口的出现是对抽象类Dictionary的替代;
Map接口提供了三个视图:key的集合视图,value的集合视图,key-value映射关系的集合视图;Map的顺序是指Map集合视图中迭代器返回元素的顺序。有些Map接口的实现类会明确指定元素的顺序,比如TreeMap类;其他实现类则不一定能够保证元素的顺序是固定的,如HashMap类。
集合规范中提到,Map实现类一般可以提供两个构造函数:
1. 无参构造函数,用于创建一个空的Map;
2. 只有一个Map类型的参数的构造函数:用于创建一个新的Map,其key-value的映射关系与参数Mapd对象相同。实际上是允许用户复制任何Map,生成一个等效的Map。
Map的实现类根据不同的场景使用不同的实现策略,总体原则如下:
1. 如果不支持修改Map的方法,则在操作修改Map的方法时,会抛出UnsupportedOperationException异常。
2. 有些Map的实现对包含的key和value有限制。例如,有些实现类禁止空的key和空value,有些实现类对key的类型有限制。尝试插入不符合条件的key或value会抛出未检异常,通常是NullPointerException或ClassCastException。查询不符合条件的key或value可能会抛出异常,也可能直接返回false。更一般地说,如果对不符合条件的key或value进行操作,而操作可能会抛出异常,也可能会成功,这取决于实现方式; 但操作无论成功还是失败都不会导致不符合条件的元素插入到Map中,则这种异常在此接口的规范中标记为“可选”。
使用中的注意事项:
1. 如果使用可变对象作为Map的键,则必须要注意。因为如果一个对象的值发生了改变(这个会影响equals方法的比较结果),而该对象是Map中的key,那么Map的行为将会变得不确定。还有一个特殊情况是,不允许Map将自身作为key。虽然Map允许将自身包含为一个value,但我们要特别小心:equals和hashCode方法的定义已经不适用这样的Map了。
2. 一些对Map进行递归遍历的操作可能会失败,当map直接或间接包含自己时,会出现自引用实例的异常。其中包括clone()、equals()、hashCode()和toString()方法。具体如下:
// 元素public class SelfRef { SelfRef selfRef; public SelfRef getSelfRef() { return selfRef; } public void setSelfRef(SelfRef selfRef) { this.selfRef = selfRef; } @Override public String toString() { return selfRef.toString(); }}// 示例代码Map<String, SelfRef> selfRefMap = new HashMap<>();selfRefMap.put("selfRef", selfRef);selfRefMap.toString();// 抛出异常3.1、方法说明
void clear()
清除Map中的元素
default V compute(K key, BiFunction<? super K,? super V,? extends V> remappingFunction)
尝试为指定的key及其当前的value(如果key不在Map中则value为空)计算新的value值;如果key在Map中,并且新的value不为空,则更新value值,否则删除key对应元素
如果Key不在Map中,新的value不为空,则将key和新的value加入到Map中,如果新的value为空,则Map保持不变
default V computeIfAbsent(K key, Function<? super K,? extends V> mappingFunction)
为指定的key计算新的value值;如果key不在Map中,或则映射到null,并且新的value不为null,则加入Map;否则Map保持不变
default V computeIfPresent(K key, BiFunction<? super K,? super V,? extends V> remappingFunction)
为指定的key计算新的value值;如果key在Map中,并且对应的value不为空;在新的value不为null时,则Map中key对应的value;否则删除Map中的key
boolean containsKey(Object key)
判断是否包含指定的key
boolean containsValue(Object value)
判断是否包含指定的value
Set<Map.Entry<K,V>> entrySet()
返回key-value对象的集合视图
boolean equals(Object o)
判断当前Map是否等于指定的对象
default void forEach(BiConsumer<? super K,? super V> action)
循环对元素执行指定的操作action
V get(Object key)
获取指定key对应的value,如果key不存在,则返回null
default V getOrDefault(Object key, V defaultValue)
获取指定key对应的value,如果key不存在,则返回指定的默认值defaultValue
int hashCode()
返回Map的hashcode
boolean isEmpty()
判断Map是否为空,但map为null,则会抛出异常
Set<K> keySet()
返回Key对象的集合视图
default V merge(K key, V value, BiFunction<? super V,? super V,? extends V> remappingFunction)
计算key对应的value值,如果原的value为null或者key不存在,则将参数的value作为key的新value;如果key对应的原value不为空,则通过remappingFunction重新计算新的value值,如果新的value值不为空,则更新key的value值或者将key添加至集合中,如果新的value为空,则删除key对应的元素
V put(K key, V value)
将Key与value进行关联
Void putAll(Map<? extends K,? extends V> m)
将入参Map中key-value对象复制到当前的Map中
default V putIfAbsent(K key, V value)
为当前存在于Map中的key关联新的value值
V remove(Object key)
删除指定的key对应的元素
default Boolean remove(Object key, Object value)
删除Map中key和value与指定的key和value匹配的元素
default V replace(K key, V value)
替换key对应的value,如果key不存在,则不操作
default Boolean replace(K key, V oldValue, V newValue)
如果key的原value与入参oldvalue匹配,则替换key的value为newValue,如果不满足,则不操作
default void replaceAll(BiFunction<? super K,? super V,? extends V> function)
将Map中所有的key的value进行更新,新的value由入参指定的函数确定
Int size()
返回Map中元素刷领
Collection<V> values()
返回value的集合视图
3.2、方法解析
jdk1.8开始,接口允许默认方法有方法,本小节针对以下几个默认方法进行讲解分析:
1. compute(…)
2. computeIfAbsent(…)
3. computeIfPresent(…)
4. merge(…)
3.2.1、Compute方法
Compute方法是根据当前的key以及对应value,利用remappingFunction对象计算新的value值,具体业务逻辑如下:
1. remappingFunction对象的非空校验,remappingFunction对象是用于计算新的value的值
2. 根据key获取对应的value
3. 根据key、原有的value(oldValue),通过remappingFunction的apply方法计算新的value值
4. 新的value值(newValue)等于null,
4.1. 如果key存在于Map中,则需要删除key对应的元素,返回null;
4.2. 如果key不在Map中,则不处理,Map保持不变,返回null;
5. 新的value值不等于null,则将key和新的value值存入Map中,返回新的value值
代码如下:
default V compute(K key, BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> remappingFunction) { // 1. remappingFunction对象的非空校验,remappingFunction对象是用于计算新的value的值Objects.requireNonNull(remappingFunction); // 2. 根据key获取对应的valueV oldValue = get(key);// 3. 根据key、原有的value(oldValue),通过remappingFunction的apply方法计算新的value值 V newValue = remappingFunction.apply(key, oldValue); // 4. 新的value值(newValue)等于nullif (newValue == null) {// 4.1如果key存在于Map中,则需要删除key对应的元素,返回null; if (oldValue != null || containsKey(key)) { // something to remove remove(key); return null; } else { // 4.2 如果key不在Map中,则不处理,Map保持不变,返回null. return null; } } else { // 5.新的value值不等于null,则将key和新的value值存入Map中,返回新的value值// add or replace old mapping put(key, newValue); return newValue; }}3.2.2、computeIfAbsent
computeIfAbsent与Compute类似,在新的value值不为null的前提下,只有在key不存在Map中,或者key对应的原value为null时,才会更新key的value值为新的值;具体业务逻辑如下:
1. mappingFunction对象的非空校验,mappingFunction对象是用于计算新的value的值
2. 根据key获取对应的value
3. 如果value为null(表示key不存在,或者对应的value为null),则根据key,通过mappingFunction的apply方法计算新的value值
4. 新的value值(newValue)不等于null, 则将key和新的value值存入Map中,返回新的value值
代码如下:
default V computeIfAbsent(K key, Function<? super K, ? extends V> mappingFunction) { // 1.mappingFunction对象的非空校验Objects.requireNonNull(mappingFunction); V v; // 2. 根据key获取对应的valueif ((v = get(key)) == null) { V newValue; // 3.如果value为null(表示key不存在,或者对应的value为null), //则根据key,通过mappingFunction的apply方法计算新的value值 if ((newValue = mappingFunction.apply(key)) != null) { // 4. 新的value值(newValue)不等于null, // 则将key和新的value值存入Map中,返回新的value值 put(key, newValue); return newValue; } } return v;}3.2.3、computeIfPresent
computeIfPresent与Compute类似,在key存在Map中的前提下,新的value不为null时,才会更新key的value值为新的值,新的value为null时,删除key对应的元素;具体业务逻辑如下:
1. remappingFunction对象的非空校验,remappingFunction对象是用于计算新的value的值
2. 根据key获取对应的value
3. 如果原有的value不为null,才处理新的值
3.1. 根据key、原有的value(oldValue),通过remappingFunction的apply方法计算新的value值
3.2. 新的value值不等于null,则将key和新的value值存入Map中,返回新的value值
3.3. 新的value值(newValue)等于null,则需要删除key对应的元素,返回null;
4. 如果原有的value为null,或者key不存在,则不做任何操作,直接返回null
default V computeIfPresent(K key, BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> remappingFunction) { // 1 remappingFunction对象的非空校验Objects.requireNonNull(remappingFunction); V oldValue; // 2 根据key获取对应的value// 3 如果原有的value不为null,才处理新的值if ((oldValue = get(key)) != null) { // 3.1 根据key、原有的value(oldValue),通过remappingFunction的apply方法计算新的value值V newValue = remappingFunction.apply(key, oldValue); // 3.2新的value值不等于null,则将key和新的value值存入Map中,返回新的value值if (newValue != null) { put(key, newValue); return newValue; } else {// 3.3 新的value值(newValue)等于null,则需要删除key对应的元素,返回null; remove(key); return null; } } else {// 4 如果原有的value为null,或者key不存在,则不做任何操作,直接返回null return null; }}3.2.4、merge
merge方法生成value的方式比之前的所有类似;计算新的value由两种方式
将入参的第二个参数作为新的value值根据第二个参数value和原value,利用remappingFunction对象计算新的value的值
具体业务逻辑过程如下:
1. remappingFunction对象的非空校验
2. 方法的value对象(第二个参数)的非空校验
3. 根据key获取对应的原value
4. 如果原value为null,则取入参的第二个参数value作为新的值;如果原有的value不为null,则使用原有的value、入参的value(第二个参数),通过remappingFunction计算新的value
5. 如果新的value为null,将key从Map中删除,返回新的value值(为null)
6. 如果新的value不为null,将key和新的value值存入Map中,返回新的value值
具体代码如下:
default V merge(K key, V value, BiFunction<? super V, ? super V, ? extends V> remappingFunction) { // 1 remappingFunction对象的非空校验 Objects.requireNonNull(remappingFunction); // 2 方法的value对象(第二个参数)的非空校验 Objects.requireNonNull(value); // 3 根据key获取对应的原value V oldValue = get(key); // 4 如果原value为null, 则取入参的第二个参数value作为新的值;如果原有的value不为null,则使用原有的value、入参的value(第二个参数),通过remappingFunction计算新的value V newValue = (oldValue == null) ? value : remappingFunction.apply(oldValue, value); //5. 如果新的value为null,将key从Map中删除,返回新的新的value值if(newValue == null) { remove(key); } else { // 6. 如果新的value不为null,将key和新的value值存入Map中,返回新的value值 put(key, newValue); } return newValue;}
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