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9.5 Collections工具类

Collections 是 JDK 提供的一个工具类，位于 java.util 包下，提供了一系列的静态方法，方便我们对集合进行各种骚操作，算是集合框架的一个大管家。

还记得我们前面讲过的 Arrays 工具类吗？可以回去温习下。

Collections 的用法很简单，在 Intellij IDEA 中敲完 Collections. 之后就可以看到它提供的方法了，大致看一下方法名和参数就能知道这个方法是干嘛的。

为了节省大家的学习时间，我将这些方法做了一些分类，并列举了一些简单的例子。

01、排序操作

reverse(List list)：反转顺序
shuffle(List list)：洗牌，将顺序打乱
sort(List list)：自然升序
sort(List list, Comparator c)：按照自定义的比较器排序
swap(List list, int i, int j)：将 i 和 j 位置的元素交换位置

来看例子：

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("沉默王二");
list.add("沉默王三");
list.add("沉默王四");
list.add("沉默王五");
list.add("沉默王六");

System.out.println("原始顺序：" + list);

// 反转
Collections.reverse(list);
System.out.println("反转后：" + list);

// 洗牌
Collections.shuffle(list);
System.out.println("洗牌后：" + list);

// 自然升序
Collections.sort(list);
System.out.println("自然升序后：" + list);

// 交换
Collections.swap(list, 2,4);
System.out.println("交换后：" + list);

输出后：

原始顺序：[沉默王二, 沉默王三, 沉默王四, 沉默王五, 沉默王六]
反转后：[沉默王六, 沉默王五, 沉默王四, 沉默王三, 沉默王二]
洗牌后：[沉默王五, 沉默王二, 沉默王六, 沉默王三, 沉默王四]
自然升序后：[沉默王三, 沉默王二, 沉默王五, 沉默王六, 沉默王四]
交换后：[沉默王三, 沉默王二, 沉默王四, 沉默王六, 沉默王五]

02、查找操作

binarySearch(List list, Object key)：二分查找法，前提是 List 已经排序过了
max(Collection coll)：返回最大元素
max(Collection coll, Comparator comp)：根据自定义比较器，返回最大元素
min(Collection coll)：返回最小元素
min(Collection coll, Comparator comp)：根据自定义比较器，返回最小元素
fill(List list, Object obj)：使用指定对象填充
frequency(Collection c, Object o)：返回指定对象出现的次数

来看例子：

System.out.println("最大元素：" + Collections.max(list));
System.out.println("最小元素：" + Collections.min(list));
System.out.println("出现的次数：" + Collections.frequency(list, "沉默王二"));

// 没有排序直接调用二分查找，结果是不确定的
System.out.println("排序前的二分查找结果：" + Collections.binarySearch(list, "沉默王二"));
Collections.sort(list);
// 排序后，查找结果和预期一致
System.out.println("排序后的二分查找结果：" + Collections.binarySearch(list, "沉默王二"));

Collections.fill(list, "沉默王八");
System.out.println("填充后的结果：" + list);

输出后：

原始顺序：[沉默王二, 沉默王三, 沉默王四, 沉默王五, 沉默王六]
最大元素：沉默王四
最小元素：沉默王三
出现的次数：1
排序前的二分查找结果：0
排序后的二分查找结果：1
填充后的结果：[沉默王八, 沉默王八, 沉默王八, 沉默王八, 沉默王八]

03、同步控制

HashMap 是线程不安全的，这个我们前面讲到了。那其实 ArrayList 也是线程不安全的，没法在多线程环境下使用，那 Collections 工具类中提供了多个 synchronizedXxx 方法，这些方法会返回一个同步的对象，从而解决多线程中访问集合时的安全问题。

使用起来也非常的简单：

SynchronizedList synchronizedList = Collections.synchronizedList(list);

看一眼 SynchronizedList 的源码就明白了，不过是在方法里面使用 synchronized 关键字加了一层锁而已。

static class SynchronizedList<E>
    extends SynchronizedCollection<E>
    implements List<E> {
    private static final long serialVersionUID = -7754090372962971524L;

    final List<E> list;

    SynchronizedList(List<E> list) {
        super(list); // 调用父类 SynchronizedCollection 的构造方法，传入 list
        this.list = list; // 初始化成员变量 list
    }

    // 获取指定索引处的元素
    public E get(int index) {
        synchronized (mutex) {return list.get(index);} // 加锁，调用 list 的 get 方法获取元素
    }
    
    // 在指定索引处插入指定元素
    public void add(int index, E element) {
        synchronized (mutex) {list.add(index, element);} // 加锁，调用 list 的 add 方法插入元素
    }
    
    // 移除指定索引处的元素
    public E remove(int index) {
        synchronized (mutex) {return list.remove(index);} // 加锁，调用 list 的 remove 方法移除元素
    }
}

那这样的话，其实效率和那些直接在方法上加 synchronized 关键字的 Vector、Hashtable 差不多（JDK 1.0 时期就有了），而这些集合类基本上已经废弃了，几乎不怎么用。

public class Vector<E>
    extends AbstractList<E>
    implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{

    // 获取指定索引处的元素
    public synchronized E get(int index) {
        if (index >= elementCount) // 如果索引超出了列表的大小，则抛出数组下标越界异常
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);

        return elementData(index); // 返回指定索引处的元素
    }

    // 移除指定索引处的元素
    public synchronized E remove(int index) {
        modCount++; // 修改计数器，标识列表已被修改
        if (index >= elementCount) // 如果索引超出了列表的大小，则抛出数组下标越界异常
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
        E oldValue = elementData(index); // 获取指定索引处的元素

        int numMoved = elementCount - index - 1; // 计算需要移动的元素个数
        if (numMoved > 0) // 如果需要移动元素
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved); // 将数组中的元素向左移动一位
        elementData[--elementCount] = null; // 将最后一个元素设置为 null，等待垃圾回收

        return oldValue; // 返回被移除的元素
    }
}

正确的做法是使用并发包下的 CopyOnWriteArrayList、ConcurrentHashMap。这些我们放到并发编程时再讲。

04、不可变集合

emptyXxx()：制造一个空的不可变集合
singletonXxx()：制造一个只有一个元素的不可变集合
unmodifiableXxx()：为指定集合制作一个不可变集合

举个例子：

List emptyList = Collections.emptyList();
emptyList.add("非空");
System.out.println(emptyList);

这段代码在执行的时候就抛出错误了。

Exception in thread "main" java.lang.UnsupportedOperationException
	at java.util.AbstractList.add(AbstractList.java:148)
	at java.util.AbstractList.add(AbstractList.java:108)
	at com.itwanger.s64.Demo.main(Demo.java:61)

这是因为 Collections.emptyList() 会返回一个 Collections 的内部类 EmptyList，而 EmptyList 并没有重写父类 AbstractList 的 add(int index, E element) 方法，所以执行的时候就抛出了不支持该操作的 UnsupportedOperationException 了。

这是从分析 add 方法源码得出的原因。除此之外，emptyList 方法是 final 的，返回的 EMPTY_LIST 也是 final 的，种种迹象表明 emptyList 返回的就是不可变对象，没法进行增删改查。

public static final <T> List<T> emptyList() {
    return (List<T>) EMPTY_LIST;
}

public static final List EMPTY_LIST = new EmptyList<>();

05、其他

还有两个方法比较常用：

addAll(Collection<? super T> c, T... elements)，往集合中添加元素
disjoint(Collection<?> c1, Collection<?> c2)，判断两个集合是否没有交集

举个例子：

List<String> allList = new ArrayList<>();
Collections.addAll(allList, "沉默王九","沉默王十","沉默王二");
System.out.println("addAll 后：" + allList);

System.out.println("是否没有交集：" + (Collections.disjoint(list, allList) ? "是" : "否"));

输出后：

原始顺序：[沉默王二, 沉默王三, 沉默王四, 沉默王五, 沉默王六]
addAll 后：[沉默王九, 沉默王十, 沉默王二]
是否没有交集：否

06、CollectionUtils：Spring 和 Apache 都有提供的集合工具类

对集合操作，除了前面说的 JDK 原生 Collections 工具类，CollectionUtils工具类也很常用。

目前比较主流的是Spring的org.springframework.util包下的 CollectionUtils 工具类。

和Apache的org.apache.commons.collections包下的 CollectionUtils 工具类。

Maven 坐标如下：

<dependency>
    <groupId>org.apache.commons</groupId>
    <artifactId>commons-collections4</artifactId>
    <version>4.4</version>
</dependency>

Apache 的方法比 Spring 的更多一些，我们就以 Apache 的为例，来介绍一下常用的方法。

集合判空

通过 CollectionUtils 工具类的isEmpty方法可以轻松判断集合是否为空，isNotEmpty方法判断集合不为空。

List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(2);
list.add(1);
list.add(3);

if (CollectionUtils.isEmpty(list)) {
    System.out.println("集合为空");
}

if (CollectionUtils.isNotEmpty(list)) {
    System.out.println("集合不为空");
}

对两个集合进行操作

有时候我们需要对已有的两个集合进行操作，比如取交集或者并集等。

List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(2);
list.add(1);
list.add(3);

List<Integer> list2 = new ArrayList<>();
list2.add(2);
list2.add(4);

//获取并集
Collection<Integer> unionList = CollectionUtils.union(list, list2);
System.out.println(unionList);

//获取交集
Collection<Integer> intersectionList = CollectionUtils.intersection(list, list2);
System.out.println(intersectionList);

//获取交集的补集
Collection<Integer> disjunctionList = CollectionUtils.disjunction(list, list2);
System.out.println(disjunctionList);

//获取差集
Collection<Integer> subtractList = CollectionUtils.subtract(list, list2);
System.out.println(subtractList);

执行结果：

[1, 2, 3, 4]
[2]
[1, 3, 4]
[1, 3]

说句实话，对两个集合的操作，在实际工作中用得挺多的，特别是很多批量的场景中。以前我们需要写一堆代码，但没想到有现成的轮子。

07、小结

整体上，Collections 工具类作为集合框架的大管家，提供了一些非常便利的方法供我们调用，也非常容易掌握，没什么难点，看看方法的注释就能大致明白干嘛的。

不过，工具就放在那里，用是一回事，为什么要这么用就是另外一回事了。能不能提高自己的编码水平，很大程度上取决于你到底有没有去钻一钻源码，看这些设计 JDK 的大师们是如何写代码的，学会一招半式，在工作当中还是能很快脱颖而出的。

恐怕 JDK 的设计者是这个世界上最好的老师了，文档写得不能再详细了，代码写得不能再优雅了，基本上都达到了性能上的极致。

可能有人会说，工具类没什么鸟用，不过是调用下方法而已，但这就大错特错了：如果要你来写，你能写出来 Collections 这样一个工具类吗？

这才是高手要思考的一个问题。

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9.5 Collections工具类

01、排序操作

02、查找操作

03、同步控制

04、不可变集合

05、其他

06、CollectionUtils：Spring 和 Apache 都有提供的集合工具类

集合判空

对两个集合进行操作

07、小结

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01、排序操作

02、查找操作

03、同步控制

04、不可变集合

05、其他

06、CollectionUtils：Spring 和 Apache 都有提供的集合工具类

集合判空

对两个集合进行操作

07、小结