Java 集合深入理解（3）：Collection

點選檢視 Java 集合框架深入理解 系列， - ( ゜- ゜)つロ 乾杯~

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今天心情有點粉，來學學 Collection 吧！

什麼是集合？

• 集合，或者叫容器，是一個包含多個元素的物件；
• 集合可以對資料進行儲存，檢索，操作；
• 它們可以把許多個體組織成一個整體：
  
  • 比如一副撲克牌（許多牌組成的集合）;
  • 比如一個電話本（許多姓名和號碼的對映）。

什麼是集合框架？

集合框架是一個代表、操作集合的統一架構。所有的集合框架都包含以下幾點：

• 介面：表示集合的抽象資料型別。介面允許我們操作集合時不必關注具體實現，從而達到“多型”。在物件導向程式語言中，介面通常用來形成規範。
• 實現類：集合介面的具體實現，是重用性很高的資料結構。
• 演算法：用來根據需要對實體類中的物件進行計算，比如查詢，排序。
  
  • 同一種演算法可以對不同的集合實現類進行計算，這是利用了“多型”。
  • 重用性很高。

不僅 Java，其他語言也有一些集合框架，比如 C艹 的 STL（標準模板庫），Smalltalk 的集合層次結構。不同於他們陡峭的學習曲線，Java 集合框架設計的更加合理，學習起來更加輕鬆。

使用集合框架有什麼好處呢?

使用 Java 集合框架能有以下幾點好處：

• 編碼更輕鬆：Java 集合框架為我們提供了方便使用的資料結構和演算法，讓我們不用從頭造輪子，直接操心上層業務就好了。
• 程式碼質量更上一層樓：Java 集合框架經過幾次升級迭代，資料結構和演算法的效能已經優化地很棒了。由於是針對介面程式設計，不同實現類可以輕易互相替換。這麼優雅的設計，省下你自己磨練多少工夫，恩？！
• 減少學習新 API 的成本：過去每個集合 API 下還有子 API 來對 API 進行操作，你得學好幾層才能知道怎麼使用，而且還容易出錯。現在好了!有了標準的 Java 集合框架，每個 API 都繼承自己頂層 API，只負責具體實現，一口氣學 5 個集合，不費勁！
• 照貓畫虎也容易多了：由於頂層介面已經把基礎方法都定義好了，你只要實現介面，把具體實現方法填好，再也不用操心架構設計。

Java 集合框架主要結構圖

如上圖所示，Java 的集合主要按兩種介面分類：Collection, Map.

Collection 介面

Collection 作為集合的一個根介面，定義了一組物件和它的子類需要實現的 15 個方法：

對集合的基礎操作，比如 :

• int size()
  
  • 獲取元素個數
  • boolean isEmpty()
  • 是否個數為 0
  • boolean contains(Object element)
  • 是否包含指定元素
  • boolean add(E element)
  • 新增元素，成功時返回 true
  • boolean remove(Object element)
  • 刪除元素，成功時返回 true
  • Iterator<E> iterator()
  • 獲取迭代器

還有一些操作整個集合的方法，比如 :

• boolean containsAll(Collection<?> c)
  
  • 是否包含指定集合 c 的全部元素
• boolean addAll(Collection<? extends E> c)
  
  • 新增集合 c 中所有的元素到本集合中，如果集合有改變就返回 true
• boolean removeAll(Collection<?> c)
  
  • 刪除本集合中和 c 集合中一致的元素，如果集合有改變就返回 true
• boolean retainAll(Collection<?> c)
  
  • 保留本集合中 c 集合中兩者共有的，如果集合有改變就返回 true
• void clear()
  
  • 刪除所有元素

還有對陣列操作的方法：

• Object[] toArray()
  
  • 返回一個包含集合中所有元素的陣列
• <T> T[] toArray(T[] a)
  
  • 返回一個包含集合中所有元素的陣列，執行時根據集合元素的型別指定陣列的型別

在 JDK 8 以後，Collection 介面還提供了從集合獲取連續的或者並行流：

• Stream<E> stream()
• Stream<E> parallelStream()

點選這裡瞭解流 Stream.

遍歷 Collection 的幾種方式：

1. for-each語法

   Collection<Person> persons = new ArrayList<Person>();
   for (Person person : persons) { 
       System.out.println(person.name);  
   }  
   

2. 使用 Iterator 迭代器

   Collection<Person> persons = new ArrayList<Person>();
   Iterator iterator = persons.iterator();
   while (iterator.hasNext) { 
       System.out.println(iterator.next);  
   }  
   

3. 使用 aggregate operations 聚合操作

   Collection<Person> persons = new ArrayList<Person>();
   persons
       .stream()
       .forEach(new Consumer<Person>() {  
           @Override  
           public void accept(Person person) {  
               System.out.println(person.name);  
           }  
   }); 
   

Aggregate Operations 聚合操作

在 JDK 8 以後，推薦使用聚合操作對一個集合進行操作。聚合操作通常和 lambda 表示式結合使用，讓程式碼看起來更簡潔（因此可能更難理解）。下面舉幾個簡單的栗子：

1.使用流來遍歷一個 ShapesCollection，然後輸出紅色的元素：

myShapesCollection.stream()
    .filter(e -> e.getColor() == Color.RED)
    .forEach(e -> System.out.println(e.getName()));

2.你還可以獲取一個並行流（parallelStream），當集合元素很多時使用併發可以提高效率：

myShapesCollection.parallelStream()
    .filter(e -> e.getColor() == Color.RED)
    .forEach(e -> System.out.println(e.getName()));                         

3.聚合操作還有很多操作集合的方法，比如說你想把 Collection 中的元素都轉成 String 物件，然後把它們 連起來：

String joined = elements.stream()
    .map(Object::toString)
    .collect(Collectors.joining(", "));

看起來是不是非常簡潔呢！

聚合操作還有很多功能，這裡僅做介紹，想要了解更多可以檢視Aggregate Operations 官方指引。

Iterator 迭代器

在Java 集合解析：Iterator 和 Java 集合解析：ListIterator 我介紹了 Collection 的迭代器 Iterator 以及用於 List 的迭代器 ListIterator。

結合 Collection 和 Iterator 可以實現一些複用性很強的方法，比如這樣：

public static void filter(Collection<?> c) {
    for (Iterator<?> it = c.iterator(); it.hasNext(); )
        if (!condition(it.next()))
            it.remove();
}

這個 filter 方法是多型的，可以用於所有 Collection 的子類、實現類。 這個例子說明了使用 Java 集合框架我們可以很隨便就寫出 “優雅，可擴充，複用性強” 的程式碼~

總結

Collection 介面是類集框架的基礎之一。

它建立所有類集都將擁有的 15 個核心方法。

因為幾乎所有集合類集都實現了 Collection介面，所以熟悉它對於清楚地理解框架是必要的。

接下來將逐步瞭解集合框架的各個子介面及實現類。

感謝 密哥 提醒，parallel 應該是並行，而不是併發。

併發與並行的概念區別還是挺大的。

並行”是指無論從微觀還是巨集觀，二者都是一起執行的，就好像兩個人各拿一把鐵杴在挖坑，一小時後，每人一個大坑。
而“併發”在微觀上不是同時執行的，只是把時間分成若干段，使多個程式快速交替的執行，從巨集觀外來看，好像是這些程式都在執行，這就好像兩個人用同一把鐵杴，輪流挖坑，一小時後，兩個人各挖一個小一點的坑，要想挖兩個大一點得坑，一定會用兩個小時。
從以上本質不難看出，“併發”執行，在多個程式存在資源衝突時，並沒有從根本提高執行效率。
http://zhidao.baidu.com/link?url=1L6YSAULAhjLH4ZYfO0yCbKlvo8DJeQMtCmCLKYpENStbpxNDiFCwaJf4iZaNDr7cho37GctXOddek3LhrO3_K

這裡 看到的一幅生動形象圖：

Thanks

https://docs.oracle.com/javase/tutorial/collections/intro/index.html

https://docs.oracle.com/javase/tutorial/collections/interfaces/collection.html

http://joearms.github.io/2013/04/05/concurrent-and-parallel-programming.html