Java的集合类都可以使用for each
循环,List
、Set
和Queue
会迭代每个元素,Map
会迭代每个key。以List
为例:
List<String> list = List.of("Apple", "Orange", "Pear");
for (String s : list) {
System.out.println(s);
}
实际上,Java编译器并不知道如何遍历List
。上述代码能够编译通过,只是因为编译器把for each
循环通过Iterator
改写为了普通的for
循环:
for (Iterator<String> it = list.iterator(); it.hasNext(); ) {
String s = it.next();
System.out.println(s);
}
我们把这种通过Iterator
对象遍历集合的模式称为迭代器。好处在于,调用方总是以统一的方式遍历各种集合类型,而不必关系它们内部的存储结构。因为Iterator
对象是集合对象自己在内部创建的,它自己知道如何高效遍历内部的数据集合,调用方则获得了统一的代码,编译器才能把标准的for each
循环自动转换为Iterator
遍历。
如果我们自己编写了一个集合类,想要使用for each
循环,只需满足以下条件:
Iterable
接口,该接口要求返回一个Iterator
对象;Iterator
对象迭代集合内部数据。这里的关键在于,集合类通过调用iterator()
方法,返回一个Iterator
对象,这个对象必须自己知道如何遍历该集合。
一个简单的Iterator
示例如下,它总是以倒序遍历集合:
import java.util.*;
import java.util.function.Consumer;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
ReverseList<String> rlist = new ReverseList<>();
rlist.add("Apple");
rlist.add("Orange");
rlist.add("Pear");
for (String s : rlist) {
System.out.println(s);
}
}
}
class ReverseList<T> implements Iterable<T> {//集合类实现Iterable接口
private List<T> list = new ArrayList<>();
public void add(T t) {
list.add(t);
}
@Override
public Iterator<T> iterator() {//返回一个Iterator对象
return new ReverseIterator(list.size());
}
class ReverseIterator implements Iterator<T> {//内部类实现Iterator接口
int index;
ReverseIterator(int index) {
this.index = index;
}
@Override
public boolean hasNext() {
return index > 0;
}
@Override
public T next() {
index--;
return ReverseList.this.list.get(index);
}
}
}
在编写Iterator
的时候,我们通常可以用一个内部类来实现Iterator
接口,这个内部类可以直接访问对应的外部类的所有字段和方法。例如,上述代码中,内部类ReverseIterator
可以用ReverseList.this
获得当前外部类的this
引用,然后,通过这个this
引用就可以访问ReverseList
的所有字段和方法。
Collections
是JDK提供的工具类,同样位于java.util
包中。它提供了一系列静态方法,能更方便地操作各种集合。 注意Collections结尾多了一个s,不是Collection!
Collections
提供了一系列方法来创建一个单元素集合:
创建一个元素的List:List<T> singletonList(T o)
创建一个元素的Map:Map<K, V> singletonMap(K key, V value)
创建一个元素的Set:Set<T> singleton(T o)
要注意到返回的空集合是不可变集合,无法向其中添加或删除元素。
此外,也可以用各个集合接口提供的of(T...)
方法创建空集合。例如,以下创建空List
的两个方法是等价的:
List<String> list1 = List.of();
List<String> list2 = Collections.emptyList();
Collections
提供了一系列方法来创建一个单元素集合:
创建一个元素的List:List<T> singletonList(T o)
创建一个元素的Map:Map<K, V> singletonMap(K key, V value)
创建一个元素的Set:Set<T> singleton(T o)
要注意到返回的单元素集合也是不可变集合,无法向其中添加或删除元素。
此外,也可以用各个集合接口提供的of(T...)
方法创建单元素集合。例如,以下创建单元素List
的两个方法是等价的:
List<String> list1 = List.of("apple");
List<String> list2 = Collections.singletonList("apple");
实际上,使用List.of(T...)
更方便,因为它既可以创建空集合,也可以创建单元素集合,还可以创建任意个元素的集合:
List<String> list1 = List.of(); // empty list
List<String> list2 = List.of("apple"); // 1 element
List<String> list3 = List.of("apple", "pear"); // 2 elements
List<String> list4 = List.of("apple", "pear", "orange"); // 3 elements
Collections
可以对List
进行排序。因为排序会直接修改List
元素的位置,因此必须传入可变List
:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("apple");
list.add("pear");
list.add("orange");
// 排序前:
System.out.println(list);
Collections.sort(list);
// 排序后:
System.out.println(list);
}
}
Collections
提供了洗牌算法,即传入一个有序的List
,可以随机打乱List
内部元素的顺序,效果相当于让计算机洗牌:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list = new ArrayList<>();
for (int i=0; i<10; i++) {
list.add(i);
}
// 洗牌前:
System.out.println(list);
Collections.shuffle(list);
// 洗牌后:
System.out.println(list);
}
}
Collections
还提供了一组方法把可变集合封装成不可变集合:
封装成不可变List:List<T> unmodifiableList(List<? extends T> list)
封装成不可变Set:Set<T> unmodifiableSet(Set<? extends T> set)
封装成不可变Map:Map<K, V> unmodifiableMap(Map<? extends K, ? extends V> m)
这种封装实际上是通过创建一个代理对象,拦截掉所有修改方法实现的:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
List<String> mutable = new ArrayList<>();
mutable.add("apple");
mutable.add("pear");
// 变为不可变集合:
List<String> immutable = Collections.unmodifiableList(mutable);
immutable.add("orange"); // UnsupportedOperationException!
}
}
然而,继续对原始的可变List
进行增删是可以的,并且,会直接影响到封装后的“不可变”List
:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
List<String> mutable = new ArrayList<>();
mutable.add("apple");
mutable.add("pear");
// 变为不可变集合:
List<String> immutable = Collections.unmodifiableList(mutable);
mutable.add("orange");
System.out.println(immutable);
}
}
output:[apple, pear, orange]
因此,如果我们希望把一个可变List
封装成不可变List
,那么,返回不可变List
后,最好立刻扔掉可变List
的引用,这样可以保证后续操作不会意外改变原始对象,从而造成“不可变”List
变化了:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
List<String> mutable = new ArrayList<>();
mutable.add("apple");
mutable.add("pear");
// 变为不可变集合:
List<String> immutable = Collections.unmodifiableList(mutable);
// 立刻扔掉mutable的引用:
mutable = null;
System.out.println(immutable);
}
}
Collections
还提供了一组方法,可以把线程不安全的集合变为线程安全的集合:
变为线程安全的List:List<T> synchronizedList(List<T> list)
变为线程安全的Set:Set<T> synchronizedSet(Set<T> s)
变为线程安全的Map:Map<K,V> synchronizedMap(Map<K,V> m)
(因为从Java 5开始,引入了更高效的并发集合类,所以上述这几个同步方法已经没有什么用了。)