Java, Теория

Java. Общие сведения о Java Collections Framework

Общие сведения о Java Collections Framework

Содержание

Поиск на других ресурсах:

1. Пакет java.util. Обзор коллекций

Пакет java.util содержит широкий спектр средств, дающих мощные функциональные возможности для разработки программ на языке Java. Одной из этих возможностей является управление и организация работы с наборами (группами) объектов, которые называются коллекциями. В языке Java коллекции были внедрены начиная с версии J2SE 1.2. Коллекции образуют так называемый каркас, называемый Java Collection Framework и представляющий собой сложную иерархию классов и интерфейсов.

В каркасе коллекций реализован набор стандартных операций над известными видами групп объектов, к которым относятся:

  • очередь;
  • множество;
  • список;
  • массив;
  • хэш-таблица;
  • дерево.

Основные причины (преимущества) разработки каркаса коллекций:

  • избегание «ручного» программирования доступа к организованным данным и использование готовых решений;
  • обеспечение высокой (максимальной) производительности при работе с большими группами данных;
  • обеспечение единого способа управления для всех наборов данных;
  • при необходимости, обеспечение удобного механизма расширения коллекций и/или их адаптации за счет использования набора стандартных интерфейсов;
  • легкость создания собственных коллекций, основанных на использовании существующего каркаса;
  • обеспечение интеграции с такими базовыми структурами данных как массивы.

Весь пакет работы с коллекциями включает в себя следующие содержательные элементы:

  • интерфейсы, обеспечивающие возможность расширения существующего функционала по своему усмотрению;
  • классы – содержат средства организации работы со стеками, очередями, массивами и т.п.;
  • алгоритмы – набор статических методов, реализующих стандартные операции над коллекциями (сортировка, поиск и т.д.);
  • итераторы – обеспечивают единственный стандартизированный способ поочередного доступа к элементам коллекции.

Начиная с версии JDK 5, в механизм работы с коллекциями внедрены следующие нововведения:

  • поддержка обобщений (все коллекции обобщены);
  • автоматическая упаковка и распаковка;
  • организация цикла for в стиле for each. Это значит, что все классы в каркасе коллекции поддерживают интерфейс Iterable.

Поддержка обобщений позволила обеспечить типовую безопасность в коллекциях. Благодаря обобщению можно явно указывать тип данных, хранящихся в коллекции. Это позволяет избежать трудноуловимых ошибок при выполнении.
В коллекциях можно хранить только ссылки, а не значения примитивных типов. Это означает, что для создания коллекции целых чисел нужно указывать тип оболочки Integer вместо примитивного типа int. В противном случае компилятор выдаст ошибку. При этом упаковка и автораспаковка из int в Integer и наоборот производится автоматически. Более подробно об особенностях автоупаковки и автораспаковки в Java можно прочесть здесь.

  ⇑

2. Стандартные интерфейсы. Обзор

Расширение коллекций и их адаптация обеспечивается за счет реализации стандартных интерфейсов, которые включены в Java Collection Framework. К этим интерфейсам относятся:

  • Collection – базовый интерфейс, находящийся в вершине иерархии коллекций;
  • Queue – реализация односторонней очереди, в которой элементы удаляются только с начала очереди. Этот интерфейс расширяет интерфейс Collection;
  • Deque – расширяет интерфейс Queue с целью организации двухсторонней очереди;
  • List – расширяет интерфейс Collection для управления последовательностями (списками объектов);
  • Set – реализует множество путем расширения интерфейса Collection. Во множестве нет одинаковых элементов (каждый элемент встречается только 1 раз);
  • SortedSet – расширяет интерфейс Set, добавляя сортировку. Получается отсортированное множество;
  • NavigableSet – расширяет интерфейс SortedSet. Обеспечивает получение элементов по первому совпадению.

  ⇑

3. Классы коллекций. Перечень

В Java Collection Framework реализован ряд стандартных классов коллекций, реализующих интерфейсы коллекций (см. п. 2.). Стандартные классы коллекций делятся на 2 группы:

  • классы, представляющие полную реализацию соответствующих интерфейсов. Эти классы можно использовать напрямую;
  • классы, являющиеся шаблонами. Эти классы служат основой создания конкретных коллекций.

Хотя классы коллекций не синхронизированы, допускается дальнейшая синхронизация этих классов.

Список стандартных классов коллекций следующий:

  • AbstractCollection – обеспечивает реализацию большей части интерфейса Collection;
  • AbstractList – унаследован от класса AbstractCollection и реализует большую часть интерфейса List;
  • AbstractQueue – унаследован от класса AbstractCollection и реализует часть интерфейса Queue;
  • AbstractSequentalList – наследует (расширяет) класс AbstractList для применения в коллекциях, использующих последовательности при доступе к элементам;
  • LinkedList – унаследован от класса AbstractSequentialList и реализует связанный список;
  • ArrayList – класс, унаследованный от AbstractList и реализующий динамический массив;
  • ArrayDeque – унаследован от AbstractCollection и реализует интерфейс Deque;
  • AbstractSet – унаследован от класса AbstractCollection и реализует большую часть интерфейса Set;
  • EnumSet – унаследован от класса AbstractSet для применения вместе с элементами типа enum;
  • HashSet – унаследован от класса AbstractSet. Этот класс реализует так называемые хэш-таблицы, элементы которых представляют собой пары key:value (ключ:значение);
  • LinkedHashSet – класс, унаследованный из HashSet и характерный тем, что элементы вводятся в определенном порядке;
  • PriorityQueue – унаследован от класса AbstractQueue и реализует очередь с приоритетами;
  • TreeSet – унаследован от класса AbstractSet. Этот класс реализует множество, хранящееся в виде древовидной структуры.

  ⇑

4. Алгоритмы

Алгоритмы определены в классе Collections посредством статических методов и предназначены для оперирования коллекциями. Поскольку алгоритмы это статические методы, то они доступны всем классам коллекций, то есть общие для использования.

Ниже представлен список алгоритмов, которые могут применяться к коллекциям:

  • addAll – вставляет указанные элементы в заданную коллекцию;
  • asLifoQueue – конвертирует коллекцию в стек;
  • binarySearch – реализует поиск значения в заданном списке;
  • checkedCollection, checkedList, checkedMap, checkedNavigableMap, checkedNavigableSet, checkedQueue, checkedSet, checkedSortedMap, checkedSortedSet – возвращают динамически типизированное представление отображения для списков, карт отображений;
  • copy – копирует элементы из одного списка в другой;
  • disjoint – сравнивает элементы двух коллекций;
  • emptyEnumeration – возвращает пустое перечисление;
  • emptyIterator – возвращает пустой итератор;
  • emptyList, emptyListIterator – возвращает пустой список и пустой итератор списка;
  • emptyMap – возвращает пустое отображение типа Map;
  • emptyNavigableMap – возвращает неизменяемое пустое отображение типа, выводимого из интерфейса NavigableMap;
  • emptySet – возвращает неизменяемое пустое множество;
  • emptyNavigableSet – возвращает неизменяемое пустое множество типа NavigableSet;
  • emptySortedMap, emptySortedSet – возвращают неизменяемое пустое отображение типа, получаемого из интерфейсов SortedMap и SortedSet;
  • enumeration – возвращает перечисление элементов на основе заданной коллекции;
  • fill – заполняет заданный список значением объекта;
  • frequency – подсчитывает количество вхождений заданного объекта в заданной коллекции;
  • indexOfSubList – возвращает позицию первого вхождения заданного подсписка в списке;
  • lastIndexOfSubList – возвращает позицию последнего вхождения заданного подсписка в списке;
  • list – возвращает массив типа ArrayList на основе заданного перечисления;
  • max – возвращает максимальный элемент из заданной коллекции;
  • min – возвращает минимальный элемент в коллекции;
  • newSetFromMap – возвращает множество, которое образуется на основе заданного отображения;
  • nCopies – возвращает список, содержащий заданное количество копий заданного объекта;
  • replaceAll – производит замену всех вхождений заданного элемента на новое значение в заданном списке;
  • reverse – реверсирует заданный список;
  • reverseOrder – возвращает компаратор, обратный к заданному;
  • rotate – реализует смещение заданного списка на заданное количество позиций;
  • shuffle – реализует перемешивание (случайным образом) элементов заданного списка;
  • singleton – возвращает заданный объект в виде неизменяемого множества;
  • singletonList – возвращает заданный объект в виде неизменяемого списка;
  • singletonMap – конвертирует пару key:value в отображение;
  • sort – сортирует элементы заданного списка;
  • swap – меняет местами элементы заданного списка;
  • synchronizedCollection, synchronizedList, synchronizedMap, synchronizedNavigableMap, synchronizedNavigableSet, synchronizedSet, synchronizedSortedMap, synchronizedSortedSet – возвращают синхронизированную последовательность, которая является потокобезопасной. Обрабатываются коллекции, списки, отображения, множество;
  • unmodifialbleCollection, unmodifiableList, unmodifiableMap, unmodifiableNavigableSet, unmodifiableSet, unmodifiableSortedMap, unmodifiableSortedSet – на основе заданной последовательности возвращают неизменяемую последовательность. Рассматриваются реализации для коллекций, списков, отображений, множеств.

  ⇑

5. Итераторы

Итераторы – это специальные классы, реализующие интерфейсы для стандартизированного доступа к отдельным элементам коллекции. Итераторы обеспечивают метод перебора содержимого коллекций. Любой итератор – это объект класса, реализующий один из двух интерфейсов:

  • Iterator – обеспечивает организацию цикла для перебора коллекции с доступом к элементам этой коллекции;
  • ListIterator – унаследован от интерфейса Iterator и реализует двухсторонний обход списка с доступом к элементам.

Объявление интерфейсов Iterator и ListIterator имеет вид

interface Iterator<E>
interface ListIterator<E>

здесь

  • E – тип перебираемых объектов.

  ⇑

Связанные темы

  ⇑