定制和扩展 Java Collections
对于很多 Java 开发人员来说,Java Collections API 是标准 Java 数组及其所有缺点的一个非常需要的替代品。将 Collections 主 要与 ArrayList 联系到一起本身没有错,但是对于那些有探索精神的人来说,这只是 Collections 的冰山一角。
虽然 Map(以及它的常用实现 HashMap)非常适合名-值对或键-值对,但是没有理由让自己局限于这些熟悉的工具。可以使用适当的 API,甚至适当的 Collection 来修正很多易错的代码。
本文是 5 件事 系列 中的第二篇文章,也是专门讨论 Collections 的 7 篇文章中的第一篇文章,之所以花这么大的篇幅讨论 Collections,是因为这些集合在 Java 编程中是如此重要。首先我将讨论做每件事的最快(但也许不是最常见)的方式,例如将 Array 中的内容转移到 List。然后我们深入探讨一些较少人知道的东西,例如编写定制的 Collections 类和扩展 Java Collections API。
1. Collections 比数组好
刚接触 Java 技术的开发人员可能不知道,Java 语言最初包括数组,是为了应对上世纪 90 年代初期 C++ 开发人员对于性能方面的批 评。从那时到现在,我们已经走过一段很长的路,如今,与 Java Collections 库相比,数组不再有性能优势。
例如,若要将数组的内容转储到一个字符串,需要迭代整个数组,然后将内容连接成一个 String;而 Collections 的实现都有一个可 用的 toString() 实现。
除少数情况外,好的做法是尽快将遇到的任何数组转换成集合。于是问题来了,完成这种转换的最容易的方式是什么?事实证明,Java Collections API 使这种转换变得容易,如清单 1 所示:
清单 1. ArrayToList
import java.util.*;public class ArrayToList{ public static void main(String[] args) { // This gives us nothing good System.out.println(args); // Convert args to a List of String List argList = Arrays.asList(args); // Print them out System.out.println(argList); }}
注意,返回的 List 是不可修改的,所以如果尝试向其中添加新元素将抛出一个 UnsupportedOperationException。
而且,由于 Arrays.asList() 使用 varargs 参数表示添加到 List 的元素,所以还可以使用它轻松地用以 new 新建的对象创建 List 。
2. 迭代的效率较低
将一个集合(特别是由数组转化而成的集合)的内容转移到另一个集合,或者从一个较大对象集合中移除一个较小对象集合,这些事情 并不鲜见。
您也许很想对集合进行迭代,然后添加元素或移除找到的元素,但是不要这样做。
在此情况下,迭代有很大的缺点:
每次添加或移除元素后重新调整集合将非常低效。
每次在获取锁、执行操作和释放锁的过程中,都存在潜在的并发困境。
当添加或移除元素时,存取集合的其他线程会引起竞争条件。
可以通过使用 addAll 或 removeAll,传入包含要对其添加或移除元素的集合作为参数,来避免所有这些问题。
3. 用 for 循环遍历任何 Iterable
Java 5 中加入 Java 语言的最大的便利功能之一,增强的 for 循环,消除了使用 Java 集合的最后一道障碍。
以前,开发人员必须手动获得一个 IteraTor,使用 next() 获得 IteraTor 指向的对象,并通过 hasNext() 检查是否还有更多可用对 象。从 Java 5 开始,我们可以随意使用 for 循环的变种,它可以在幕后处理上述所有工作。
实际上,这个增强适用于实现 Iterable 接口的任何对象,而不仅仅是 Collections。
清单 2 显示通过 IteraTor 提供 Person 对象的孩子列表的一种方法。 这里不是提供内部 List 的一个引用 (这使 Person 外的调 用者可以为家庭增加孩子 — 而大多数父母并不希望如此),Person 类型实现 Iterable。这种方法还使得 for 循环可以遍历所有孩子。
清单 2. 增强的 for 循环:显示孩子
// Person.javaimport java.util.*;public class Person implements Iterable{ public Person(String fn, String ln, int a, Person... kids) { this.firstName = fn; this.lastName = ln; this.age = a; for (Person child : kids) children.add(child); } public String getFirstName() { return this.firstName; } public String getLastName() { return this.lastName; } public int getAge() { return this.age; } public IteraTor iteraTor() { return children.iteraTor(); } public void setFirstName(String value) { this.firstName = value; } public void setLastName(String value) { this.lastName = value; } public void setAge(int value) { this.age = value; } public String toString() { return "[Person: " + "firstName=" + firstName + " " + "lastName=" + lastName + " " + "age=" + age + "]"; } private String firstName; private String lastName; private int age; private List children = new ArrayList();}// App.javapublic class App{ public static void main(String[] args) { Person ted = new Person("Ted", "Neward", 39, new Person("Michael", "Neward", 16), new Person("Matthew", "Neward", 10)); // Iterate over the kids for (Person kid : ted) { System.out.println(kid.getFirstName()); } }}
在域建模的时候,使用 Iterable 有一些明显的缺陷,因为通过 iteraTor() 方法只能那么 “隐晦” 地支持一个那样的对象集合。但 是,如果孩子集合比较明显,Iterable 可以使针对域类型的编程更容易,更直观。
4. 经典算法和定制算法
您是否曾想过以倒序遍历一个 Collection?对于这种情况,使用经典的 Java Collections 算法非常方便。
在上面的 清单 2 中,Person 的孩子是按照传入的顺序排列的;但是,现在要以相反的顺序列出他们。虽然可以编写另一个 for 循环 ,按相反顺序将每个对象插入到一个新的 ArrayList 中,但是 3、4 次重复这样做之后,就会觉得很麻烦。
在此情况下,清单 3 中的算法就有了用武之地:
清单 3. ReverseIteraTor
public class ReverseIteraTor{ public static void main(String[] args) { Person ted = new Person("Ted", "Neward", 39, new Person("Michael", "Neward", 16), new Person("Matthew", "Neward", 10)); // Make a copy of the List List kids = new ArrayList(ted.getChildren()); // Reverse it Collections.reverse(kids); // Display it System.out.println(kids); }}
Collections 类有很多这样的 “算法”,它们被实现为静态方法,以 Collections 作为参数,提供独立于实现的针对整个集合的行为 。
而且,由于很棒的 API 设计,我们不必完全受限于 Collections 类中提供的算法 — 例如,我喜欢不直接修改(传入的 Collection 的)内容的方法。所以,可以编写定制算法是一件很棒的事情,例如清单 4 就是一个这样的例子:
清单 4. ReverseIteraTor 使事情更简单
class MyCollections{ public static List reverse(List src) { List results = new ArrayList(src); Collections.reverse(results); return results; }}
5. 扩展 Collections API
以上定制算法阐释了关于 Java Collections API 的一个最终观点:它总是适合加以扩展和修改,以满足开发人员的特定目的。
例如,假设您需要 Person 类中的孩子总是按年龄排序。虽然可以编写代码一遍又一遍地对孩子排序(也许是使用 Collections.sort 方法),但是通过一个 Collection 类来自动排序要好得多。
实际上,您甚至可能不关心是否每次按固定的顺序将对象插入到 Collection 中(这正是 List 的基本原理)。您可能只是想让它们按 一定的顺序排列。
java.util 中没有 Collection 类能满足这些需求,但是编写一个这样的类很简单。只需创建一个接口,用它描述 Collection 应该提 供的抽象行为。对于 SortedCollection,它的作用完全是行为方面的。
清单 5. SortedCollection
public interface SortedCollection extends Collection{ public ComparaTor getComparaTor(); public void setComparaTor(ComparaTor comp);}
编写这个新接口的实现简直不值一提:
清单 6. ArraySortedCollection
import java.util.*;public class ArraySortedCollection implements SortedCollection, Iterable{ private ComparaTor comparaTor; private ArrayList list; public ArraySortedCollection(ComparaTor c) { this.list = new ArrayList(); this.comparaTor = c; } public ArraySortedCollection(Collection src, ComparaTor c) { this.list = new ArrayList(src); this.comparaTor = c; sortThis(); } public ComparaTor getComparaTor() { return comparaTor; } public void setComparaTor(ComparaTor cmp) { comparaTor = cmp; sortThis(); } public boolean add(E e) { boolean r = list.add(e); sortThis(); return r; } public boolean addAll(Collection ec) { boolean r = list.addAll(ec); sortThis(); return r; } public boolean remove(Object o) { boolean r = list.remove(o); sortThis(); return r; } public boolean removeAll(Collection c) { boolean r = list.removeAll(c); sortThis(); return r; } public boolean retainAll(Collection ec) { boolean r = list.retainAll(ec); sortThis(); return r; } public void clear() { list.clear(); } public boolean contains(Object o) { return list.contains(o); } public boolean containsAll(Collection c) { return list.containsAll(c); } public boolean isEmpty() { return list.isEmpty(); } public IteraTor iteraTor() { return list.iteraTor(); } public int size() { return list.size(); } public Object[] toArray() { return list.toArray(); } public T[] toArray(T[] a) { return list.toArray(a); } public boolean equals(Object o) { if (o == this) return true; if (o instanceof ArraySortedCollection) { ArraySortedCollection rhs = (ArraySortedCollection)o; return this.list.equals(rhs.list); } return false; } public int hashCode() { return list.hashCode(); } public String toString() { return list.toString(); } private void sortThis() { Collections.sort(list, comparaTor); }}
这个实现非常简陋,编写时并没有考虑优化,显然还需要进行重构。但关键是 Java Collections API 从来无意将与集合相关的任何东 西定死。它总是需要扩展,同时也鼓励扩展。
当然,有些扩展比较复杂,例如 java.util.concurrent 中引入的扩展。但是另一些则非常简单,只需编写一个定制算法,或者已有 Collection 类的简单的扩展。
扩展 Java Collections API 看上去很难,但是一旦开始着手,您会发现远不如想象的那样难。
结束语
和 Java Serialization 一样,Java Collections API 还有很多角落等待有人去探索 —正因为如此,我们还不准备结束这个话题。在 5 件事 系列 的下一篇文章中,将可以看到用 Java Collections API 做更多事情的 5 种新的方式。
原文地址:http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-5things2.html
天不负;卧薪尝胆,三千越甲可吞吴。