Java 常用API的运用，效率及技巧七

 7. Java集合类

我们在写程序的时候并不是每次只使用一个对象， 更多的是对一组对象进行操作， 这就需要知道如何组合这些对象， 还有在编码的时候我们有时并不知道到底有多少对象，它们需要进行动态的分配存放。

 

Java的集合类只能容纳对象句柄， 对于简单类型的数据存放， 只能通过数据来存放， 数组可以存放简单类型的数据也能存放对象。

 

Java提供了四种类型的集合类： Vector(矢量)， BitSet(位集)， Stack(堆栈)， Hashtable(散列表)。

 

1.      矢量： 一组有序的元素， 可以通过index进行访问。

2.      位集： 其实就是由二进制位构成的Vector， 用来保存大量”开-关”信息， 它所占的空间比较小， 但是效率不是很高， 如果想高效率访问， 还不如用固定长度的数组。

3.      堆栈： 先入后出（LIFO）集合， java.util.Stack类其实就是从Vector继承下来的， 实现了pop, push方法。

4.      散列表： 由一组组“键--值”组成， 这里的键必须是Object类型。 通过Object的hashCode进行高效率的访问。

 

对于这些集合之间的关联关系见下图， 其中标色的部分为我们常用的类。

由上图可以看出， 基本接口有两个：

Collection： 所有的矢量集合类都从它继承下去的， 但并不直接从它继承下去的。 List与Set这两个接口直接继承了Collection， 他们的区别是List里面可以保存相同的对象句柄， 而Set里面的值是不重复的。 我们经常用的Vector与ArrayList就是从List继承下去的， 而HashSet是从Set继承的。

Map：散列表的接口， Hashtable与HashMap继承了这个接口。

 

下面给出常用集合类的常用方法。

 

/**
 * Vector 与 ArrayList的操作几乎是一样的
 * 常用的追加元素用add(), 删除元素用remove()
 * 取元素用get(), 遍历它可以循环用get()取. 或者
 * 先得到一个Iterator, 然后通过遍历Iterator的方法
 * 遍历Vector或ArrayList
 */
// 生成一个空的Vector
Vector vector = new Vector();
// 在最后追加一个元素。
vector.add("one");
vector.add("two");
// 在指定的地方设置一个值
vector.set(0, "new one");
// 移走一个元素或移走指定位置的元素
vector.remove(0);
// 用for循环遍历这个Vector
for (int i = 0; i < vector.size(); i++) {
	String element = (String) vector.get(i);
}
// 用枚举器(Enumeration)遍历它(只有Vector有，ArrayList没有)
Enumeration enu = vector.elements();
while (enu.hasMoreElements()) {
	enu.nextElement();
}
// 用反复器(Iterator)遍历它
Iterator it = vector.iterator();
while (it.hasNext()) {
	it.next();
}

/**
 * Hashtable与HashMap的操作, 追加元素用put(不是add)
 * 删除元素用remove, 遍历可以用Iterator 既可以遍历
 * 它的key, 也可以是value
 */
// 生成一个空的Hashtable或HashMap
Hashtable hashtable = new Hashtable();
// 追加一个元素
hashtable.put("one", "one object value");
// 删除一个元素
hashtable.remove("one");
// 用Iterator遍历
Iterator keyIt = hashtable.keySet().iterator();
while (keyIt.hasNext()) {
	Object keyName = keyIt.next();
	String value = (String) hashtable.get(keyName);
}
Iterator valueIt = hashtable.values().iterator();
while (valueIt.hasNext()) {
	valueIt.next();
}

// 用Enumeration遍历, 只有Hashtable有, HashMap没有.
Enumeration enu = hashtable.elements();
while (enu.hasMoreElements()) {
	enu.nextElement();
}

 

说明： Enumeration是老集合库中的接口， 而Iterator是新集合（1.2）中出现的， 而Vector与Hashtable也都是老集合中的类， 所以只有Vector与Hashtable可以用Enumeration。

 

Vector与ArrayList对比：

虽然在使用的时候好象这两个类没什么区别， 它们都是从List继承下来的， 拥有相同的方法， 但它们的内部还是有些不同的，

Ø  首先Vector在内部的一些方法作了线程同步(synchronized)。 同步的代价就是降低了执行效率， 但提高了安全性。而ArrayList则是线程不同步的， 可以多线程并发读写它。

Ø  内部数据增长率。 所有的这些矢量集合在内部都是用Object的数组进行存储和操作的。 所以也就明白了为什么它可以接受任何类型的Object， 但取出来的时候需要进行类型再造。 Vector与ArrayList具有自动伸缩的功能， 我们不用管它size多大， 我们都可以在它的后面追加元素。 Vector与ArrayList内部的数组增长率是不一样的， 当内部的数组不能容纳更多元素的时候， Vector会自动增长到原两倍大小， ArrayList会变为原一倍半大小， 而不是我们所想象的一个元素一个元素的增长。

 

Hashtable与HashMap对比：

Hashtable与HashMap都是从Map继承下来的， 方法几乎都一样， 它们内部有两个不同点：

Ø  与Vector和ArrayList一样， 它们在线程同步是不同的， Hashtable在内部做了线程同步， 而HashMap是线程不同步的。

Ø  HashMap的键与值都可以为null， 而Hashtable不可以， 如果你试图将一个null值放到Hashtable里面去， 会抛一个NullPointException的。

 

性能对比：

抛开不常用的集合不讲， 每种集合都应该有一个我们常用的集合类， 而在不同的场合下应该使用效率最高的一个。 一般来说我推荐尽量使用新的集合类， 除非不得已， 比如说需要用用了老集合类写的产品的程序。 也就是说尽量使用ArrayList与HashMap， 而少使用Vector与Hashtable。

Ø  在单线程中使用ArrayList与HashMap， 而在多线程中如果需要进行线程同步可以使用Vector与Hashtable， 但也可以用synchronized对ArrayList与HashMap进行同步， 不过同步后的ArrayList与HashMap是比Vector与Hashtable慢的。 不过我认为需要进行线程同步的地方并不多。 如果一个变量定义在方法内部同时只可能有一个线程对之进行操作， 就不必要进行同步， 如果定义在类的内部并且不是静态的， 属于实例变量， 而这个类并没有被多线程使用也就不必要同步。
一般自己写的程序很少会自己去另开线程的， 但在Web开发的时候， 如果用了Servlet， 则每个request都是一个线程， 也就是说每个Servlet都是在多线程环境下运行的， 如果Servlet中使用了全局静态的成员变量就得小心点儿， 如果需要同步就得在方法上加上synchronized修饰符， 如果允许多个线程操作它， 并且你知道不会有什么冲突问题就可以大胆的使用ArrayList与HashMap。 另外如果在多线程中有线程在对ArrayList或HashMap进行修改（结构上的修改）， 而有一个线程在用Iterator进行读取操作， 这个时候就有可能会抛ConcurrentModificationException, 因为用Iterator的时候， 不允许原List的结构改变。但可以用get方法来取。

 

常用技巧：

1.      采用面向接口的编程技巧， 比如现在需要写一个共通函数，对矢量集合类诸如Vector，ArrayList，HashSet等等进行操作， 但我并不知道最终用户会具体传给我什么类型的类， 这个时候我们可以使用Collection接口， 从而使代码具有很大的灵活性。 代码示例如下：

 

/**
 * 将list里面的所有元素用sep连接起来，
 * list可以为Vector, ArrayList, HashSet等。
 */
public static String join(String sep, Collection list) {
	StringBuffer sb = new StringBuffer();
	Iterator iterator = list.iterator();
	
	while (iterator.hasNext()) {
		sb.append(iterator.next());
		if (iterator.hasNext()) {
			sb.append(sep);
		}
	}
	
	return sb.toString();
}

 

2.      利用Set进行Unique， 比如有一组对象（其中有对象是重复的）， 但我们只对不同的对象感兴趣， 这个时候可以使用HashSet这个集合类， 然后可以通过覆盖Object的equals方法来选择自定义判断相等的rule。 缺省的是地址判断。 例：

class DataClass {
	private String code = null;
	private String name = null;
	
	public void setCode(String code) {
		this.code = code;
	}
	public String getCode() {
		return this.code;
	}
	
	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}
	public String getName() {
		return this.name;
	}
	
	public boolean equals(DataClass otherData) {
		if (otherData != null) {
			if (this.getCode() != null
					&& this.getCode().equals(otherData.getCode()) {
				return true;
			}
		}
		return false;
	}
}

DataClass data1 = new DataClass();
DataClass data2 = new DataClass();
data1.setCode("1");
data2.setCode("1");

HashSet singleSet = new HashSet();
singleSet.add(data1);
singleSet.add(data2);

 

 

结果singleSet里面只有data1， 因为data2.equals(data1)， 所以data2并没有加进去。

 

3.      灵活的设计集合的存储方式， 以获得较高效的处理。 集合里面可以再嵌套集合， 例：在ArrayList里面存放HashMap， HashMap里面再嵌套HashMap。