java.util包(转贴)

ArrayList是List接口的一个可变长数组实现。实现了所有List接口的操作，并允许存储null值。除了没有进行同步，ArrayList基本等同于Vector。在Vector中几乎对所有的方法都进行了同步，但ArrayList仅对writeObject和readObject进行了同步，其它比如add(Object)、remove(int)等都没有同步。
1.存储
ArrayList使用一个Object的数组存储元素。
private transient Object elementData[];
ArrayList实现了java.io.Serializable接口，这儿的transient标示这个属性不需要自动序列化。下面会在writeObject()方法中详细讲解为什么要这样作。
2.add和remove
    public boolean add(Object o) {
    ensureCapacity(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = o;
    return true;
    }
注意这儿的ensureCapacity()方法，它的作用是保证elementData数组的长度可以容纳一个新元素。在“自动变长机制”中将详细讲解。
    public Object remove(int index) {
    RangeCheck(index);
    modCount++;
    Object oldValue = elementData[index];
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                 numMoved);
    elementData[--size] = null; // Let gc do its work
    return oldValue;
    }
RangeCheck()的作用是进行边界检查。由于ArrayList采用一个对象数组存储元素，所以在删除一个元素时需要把后面的元素前移。删除一个元素时只是把该元素在elementData数组中的引用置为null，具体的对象的销毁由垃圾收集器负责。
modCount的作用将在下面的“iterator()中的同步”中说明。
注：在前移时使用了System提供的一个实用方法：arraycopy()，在本例中可以看出System.arraycopy()方法可以对同一个数组进行操作，这个方法是一个native方法，如果对同一个数组进行操作时，会首先把从源部分拷贝到一个临时数组，在把临时数组的元素拷贝到目标位置。
3.自动变长机制
在实例化一个ArrayList时，你可以指定一个初始容量。这个容量就是elementData数组的初始长度。如果你使用：
    ArrayList list = new ArrayList();
则使用缺省的容量：10。
    public ArrayList() {
    this(10);
    }
ArrayList提供了四种add()方法，
public boolean add(Object o)
public void add(int index, Object element)
public boolean addAll(Collection c)
public boolean addAll(int index, Collection c)
在每一种add()方法中，都首先调用了一个ensureCapacity(int miniCapacity)方法，这个方法保证elementData数组的长度不小于miniCapacity。ArrayList的自动变长机制就是在这个方法中实现的。
    public void ensureCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;
    int oldCapacity = elementData.length;
    if (minCapacity > oldCapacity) {
        Object oldData[] = elementData;
        int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;
            if (newCapacity < minCapacity)
        newCapacity = minCapacity;
        elementData = new Object[newCapacity];
        System.arraycopy(oldData, 0, elementData, 0, size);
    }
    }
从这个方法实现中可以看出ArrayList每次扩容，都扩大到原来大小的1.5倍。
每种add()方法的实现都大同小异，下面给出add(Object)方法的实现：
    public boolean add(Object o) {
    ensureCapacity(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = o;
    return true;
    }
4.iterator()中的同步
在父类AbstractList中定义了一个int型的属性：modCount，记录了ArrayList结构性变化的次数。
    protected transient int modCount = 0;
在ArrayList的所有涉及结构变化的方法中都增加modCount的值，包括：add()、remove()、addAll()、removeRange()及clear()方法。这些方法每调用一次，modCount的值就加1。
注：add()及addAll()方法的modCount的值是在其中调用的ensureCapacity()方法中增加的。
AbstractList中的iterator()方法（ArrayList直接继承了这个方法）使用了一个私有内部成员类Itr，生成一个Itr对象（Iterator接口）返回：
    public Iterator iterator() {
    return new Itr();
    }
Itr实现了Iterator()接口，其中也定义了一个int型的属性：expectedModCount，这个属性在Itr类初始化时被赋予ArrayList对象的modCount属性的值。
    int expectedModCount = modCount;
注：内部成员类Itr也是ArrayList类的一个成员，它可以访问所有的AbstractList的属性和方法。理解了这一点，Itr类的实现就容易理解了。
在Itr.hasNext()方法中：
    public boolean hasNext() {
        return cursor != size();
    }
调用了AbstractList的size()方法，比较当前光标位置是否越界。
在Itr.next()方法中，Itr也调用了定义在AbstractList中的get(int)方法，返回当前光标处的元素：
    public Object next() {
        try {
        Object next = get(cursor);
        checkForComodification();
        lastRet = cursor++;
        return next;
        } catch(IndexOutOfBoundsException e) {
        checkForComodification();
        throw new NoSuchElementException();
        }
    }
注意，在next()方法中调用了checkForComodification()方法，进行对修改的同步检查：
    final void checkForComodification() {
        if (modCount != expectedModCount)
        throw new ConcurrentModificationException();
    }
现在对modCount和expectedModCount的作用应该非常清楚了。在对一个集合对象进行跌代操作的同时，并不限制对集合对象的元素进行操作，这些操作包括一些可能引起跌代错误的add()或remove()等危险操作。在AbstractList中，使用了一个简单的机制来规避这些风险。这就是modCount和expectedModCount的作用所在。
5.序列化支持
ArrayList实现了java.io.Serializable接口，所以ArrayList对象可以序列化到持久存储介质中。ArrayList的主要属性定义如下：
private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
private transient Object elementData[];
private int size;
可以看出serialVersionUID和size都将自动序列化到介质中，但elementData数组对象却定义为transient了。也就是说ArrayList中的所有这些元素都不会自动系列化到介质中。为什么要这样实现？因为elementData数组中存储的“元素”其实仅是对这些元素的一个引用，并不是真正的对象，序列化一个对象的引用是毫无意义的，因为序列化是为了反序列化，当你反序列化时，这些对象的引用已经不可能指向原来的对象了。所以在这儿需要手工的对ArrayList的元素进行序列化操作。这就是writeObject()的作用。
    private synchronized void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
        throws java.io.IOException{
    // Write out element count, and any hidden stuff
    s.defaultWriteObject();
   // Write out array length
    s.writeInt(elementData.length);
    // Write out all elements in the proper order.
    for (int i=0; i<size; i++)
            s.writeObject(elementData);
    }
这样元素数组elementData中的所以元素对象就可以正确地序列化到存储介质了。
对应的readObject()也按照writeObject()方法的顺序从输入流中读取：
    private synchronized void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
        throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
    // Read in size, and any hidden stuff
    s.defaultReadObject();
    // Read in array length and allocate array
    int arrayLength = s.readInt();
    elementData = new Object[arrayLength];
    // Read in all elements in the proper order.
    for (int i=0; i<size; i++)
            elementData = s.readObject();
    }
本章介绍Java的实用工具类库java.util包。在这个包中，Java提供了一些实用的方法和数据结构。例如，Java提供日期(Data)类、日历(Calendar)类来产生和获取日期及时间，提供随机数(Random)类产生各种类型的随机数，还提供了堆栈(Stack)、向量(Vector) 、位集合(Bitset)以及哈希表(Hashtable)等类来表示相应的数据结构。
　　图1.1给出了java.util包的基本层次结构图。下面我们将具体介绍其中几个重要的类。
　　　　　　　　　　　┌java.util.BitSet
　　　　　　　　　　　│java.util.Calendar
　　　　　　　　　　　│　　　　　　└java.util.GregorianCalendar
　　　　　　　　　　　│java.util.Date
　　　　　　　　　　　│java.util.Dictionary
　　　　　　　　　　　│　　　　　　└java.util.Hashtable
　　　　　　　　　　　│　　　　　　　　　　　　　└java.util.Properties
　　　　　　　　　　　│java.util.EventObject
　　　　　　　　　　　│java.util.ResourceBundle
　　　　　　　┌普通类┤　　　　　　├java.util.ListResourceBundle
　　　　　　　│　　　│　　　　　　└java.util.PropertyResourceBundle
　　　　　　　│　　　│java.util.Local
　　　　　　　│　　　│java.util.Observable
　　　　　　　│　　　│java.util.Random
　　　　　　　│　　　│java.util.StringTokenizer
　　　　　　　│　　　│java.util.Vector
　　　　　　　│　　　│　　　　　　└java.util.Stack
　　Java.util┤　　　└java.util.TimeZone
　　　　　　　│　　　　　　　　　　└java.util.SimpleTimeZone
　　　　　　　│　　　┌java.util.Enumeration
　　　　　　　├接　口┤java.util.EventListener
　　　　　　　│　　　└java.util.Observer
　　　　　　　│　　　┌java.util.EmptyStackException
　　　　　　　└异常类┤java.util.MissingResourceException
　　　　　　　　　　　│java.util.NoSuchElementException
　　　　　　　　　　　└java.util.TooManyListenersException
　　　　　　　图1.1 java.util包的基本层次结构
1.2 日期类Date
　　Java在日期类中封装了有关日期和时间的信息，用户可以通过调用相应的方法来获取系统时间或设置日期和时间。Date类中有很多方法在JDK1.0公布后已经过时了，在8.3中我们将介绍JDK1.0中新加的用于替代Date的功能的其它类。
　　在日期类中共定义了六种构造函数。
　　(1)public Date()
　　创建的日期类对象的日期时间被设置成创建时刻相对应的日期时间。
　　例 Date today=new Date()；//today被设置成创建时刻相对应的日期时间。
　　(2)public Date (long date)
　　long 型的参数date可以通过调用Date类中的static方法parse(String s)来获得。
　　例 long l=Date.parse("Mon 6 Jan 1997 13:3:00");
　　　　Date day=new Date(l);
　　//day中时间为1997年 1月6号星期一，13:3:00。
　　(3)public Date(String s)
　　按字符串s产生一日期对象。s的格式与方法parse中字符串参数的模式相同。
　　例 Date day=new Date("Mon 6 Jan 1997 13:3:00");
　　//day 中时间为1997年1月6号星期一，13:3:00.
　　(4)public Date(int year,int month,int date)
　　(5)public Date(int year,int month,int date,int hrs,int min)
　　(6)public Date(int year,int month,int date,int hrs,int min,int sec)
　　按给定的参数创建一日期对象。
　　参数说明：
　　year的值为：需设定的年份-1900。例如需设定的年份是1997则year的值应为97，即1997-1900的结果。所以Date中可设定的年份最小为1900；
　　month的值域为0～11，0代表1月，11表代表12月；
　　date的值域在1～31之间；
　　hrs的值域在0～23之间。从午夜到次日凌晨1点间hrs=0，从中午到下午1点间hrs=12；
　　min和sec的值域在0～59之间。
　　例 Date day=new Date(11,3,4);
　　//day中的时间为：04-Apr-11 12:00:00 AM
另外，还可以给出不正确的参数。
　　例　设定时间为1910年2月30日，它将被解释成3月2日。
　　Date day=new Date(10,1,30,10,12,34);
　　System.out.println("Day's date is:"+day);
　　//打印结果为：Day's date is:Web Mar 02 10:13:34 GMT+08:00 1910
　　下面我们给出一些Date类中常用方法。
　　(1)public static long UTC(int year,int month,int date,int hrs. int min,int sec)
　　该方法将利用给定参数计算UTC值。UTC是一种计时体制，与GMT(格林威治时间)的计时体系略有差别。UTC计时体系是基于原子时钟的，而GTMT计时体系是基于天文学观测的。计算中使用的一般为GMT计时体系。
　　(2)public static long parse(String s)
　　该方法将字符串s转换成一个long型的日期。在介绍构造方法Date(long date)时曾使用过这个方法。
　　字符串s有一定的格式，一般为：
　　(星期 日 年 时间GMT+时区)
　　若不注明时区，则为本地时区。
　　(3)public void setMonth(int month)
　　(4)public int getMonth()
　　这两个方法分别为设定和获取月份值。
　　获取的月份的值域为0～11，0代表1月，11代表12月。
　　(5)public String toString()
　　(6)public String toLocalString()
　　(7)public String toGMTString()
　　将给定日期对象转换成不同格式的字符串。它们对应的具体的格式可参看例子8.1。
　　(8)public int getTimezoneOffset()
　　该方法用于获取日期对象的时区偏移量。
　　例8.1中对上面介绍的Date类中的基本方法进行了具体的应用，并打印了相应的结果。由于使用了一些过时的方法，所以编译时会有警告信息。另外，由于本例中的时间表示与平台有关，不同的JDK版本对此处理不完全相同，因此不同版本的JDK执行本例的结果可能有细微差异。
　　例1.1 DateApp.java
　　import java.lang.System;
　　import java.util.Date;
　　public class DateApp{
　　　public static void main(String args[]){
　　　　Date today=new Date();
　　　　//today中的日期被设成创建时刻的日期和时间，假设创建时刻为1997年3月
　　　　//23日17时51分54秒。
　　　　System.out.println("Today's date is "+today);
　　　　//返回一般的时间表示法，本例中结果为
　　　　//Today's date is Fri May 23 17:51:54 1997
　　　　System.out.println("Today's date(Internet GMT)is:"
　　　　　+today.toGMTString());
　　　　//返回结果为GMT时间表示法，本例中结果为
　　　　//Today's date(Internet GMT)is: 23 May 1997 09:51:54:GMT
　　　　System.out.println("Today's date(Locale) is:"
　　　　　+today.toLocaleString());
　　　　//返回结果为本地习惯的时间表示法，结果为
　　　　//Today's date(Locale)is:05/23/97 17:51:54
　　　　System.out.println("Today's year is: "+today.getYear());
　　　　System.out.println("Today's month is: "+(today.getMonth()+1));
　　　　System.out.println("Today's date is: "+today.getDate());
　　　　//调用Date类中方法，获取年月日的值。
　　　　//下面调用了不同的构造方法来创建Date类的对象。
　　　　Date day1=new Date(100,1,23,10,12,34);
　　　　System.out.println("Day1's date is: "+day1);
　　　　Date day2=new Date("Sat 12 Aug 1996 13:3:00");
　　　　System.out.println("Day2's date is: "+day2);
　　　　long l= Date.parse("Sat 5 Aug 1996 13:3:00 GMT+0800");
　　　　Date day3= new Date(l);
　　　　System.out.println("Day3's date(GMT)is: "+day3.toGMTString());
　　　　System.out.println("Day3's date(Locale)is: "
　　　　　+day3.toLocaleString());
　　　　System.out.println("Day3's time zone offset is:"
　　　　　+day3.getTimezoneOffset());
　　　}
　　}
　　运行结果(JDK1.3版，与原文不同，原文是JDK1.0版)：
　　E:\java\tutorial\java01>java DateApp
　　Today's date is Thu Dec 27 17:58:16 CST 2001
　　Today's date(Internet GMT)is:27 Dec 2001 09:58:16 GMT
　　Today's date(Locale) is:2001-12-27 17:58:16
　　Today's year is: 101
　　Today's month is: 12
　　Today's date is: 27
　　Day1's date is: Wed Feb 23 10:12:34 CST 2000
　　Day2's date is: Fri Aug 12 13:03:00 CST 1996
　　Day3's date(GMT)is: 5 Aug 1996 05:03:00 GMT
　　Day3's date(Locale)is: 1996-8-5 13:03:00
　　Day3's time zone offset is:-480
　　E:\java\tutorial\java01>
1.3 日历类Calendar
　　在早期的JDK版本中，日期(Date)类附有两大功能：(1)允许用年、月、日、时、分、秒来解释日期：(2)允许对表示日期的字符串进行格式化和句法分析。在JDK1.1中提供了类Calendar来完成第一种功能，类DateFormat来完成第二项功能。dateFormat是java.text包中的一个类。与Date类有所不同的是，DateFormat类接受用各种语言和不同习惯表示的日期字符串。本节将介绍java.util包中的类Calendar及其它新增加的相关的类。
　　类Calendar是一个抽象类，它完成日期(Date)类和普通日期表示法(即用一组整型域如YEAR，MONTH，DAY，HOUR表示日期)之间的转换。
　　由于所使用的规则不同，不同的日历系统对同一个日期的解释有所不同。在JDK1.1中提供了Calendar类一个子类GregorianCalendar??它实现了世界上普遍使用的公历系统。当然用户也可以通过继承Calendar类，并增加所需规则，以实现不同的日历系统。
　　第GregorianCalendar继承了Calendar类。本节将在介绍类GregorianCalendar的同时顺带介绍Calendar类中的相关方法。
　　类GregorianCalendar提供了七种构造函数：
　　(1)public GregorianCalendar()
　　创建的对象中的相关值被设置成指定时区，缺省地点的当前时间，即程序运行时所处的时区、地点的当前时间。
　　(2)public GregorianCalendar(TimeZone zone)
　　创建的对象中的相关值被设置成指定时区zone，缺省地点的当前时间。
　　(3)public GregorianCalendar(Locale aLocale)
　　创建的对象中的相关值被设置成缺省时区，指定地点aLocale的当前时间。
　　(4)public GregorianCalendar(TimeZone zone,Local aLocale)
　　创建的对象中的相关值被设置成指定时区，指定地点的当前时间。
　　上面使用到的类TimeZone的性质如下：
　　TimeZone是java.util包中的一个类，其中封装了有关时区的信息。每一个时区对应一组ID。类TimeZone提供了一些方法完成时区与对应ID两者之间的转换。
　　(Ⅰ)已知某个特定的ID，可以调用方法
　　public static synchronized TimeZone getTimeZone(String ID)
来获取对应的时区对象。
　　例 太平洋时区的ID为PST，用下面的方法可获取对应于太平洋时区的时区对象：
　　TimeZone tz=TimeZone.getTimeZone("PST");
　　调用方法getDefault()可以获取主机所处时区的对象。
　　TimeZone tz=TimeZone.getDefault();
　　(Ⅱ)调用以下方法可以获取时区的ID
　　■public static synchronized String[] getavailableIDs(int rawOffset)
　　根据给定时区偏移值获取ID数组。同一时区的不同地区的ID可能不同，这是由于不同地区对是否实施夏时制意见不统一而造成的。
　　例String s[]=TimeZone.getAvailableIDs(-7*60*60*1000);
　　打印s，结果为s[0]=PNT，s[1]=MST
　　■public static synchronized String[] getAvailableIDs()
　　获取提供的所有支持的ID。
　　■public String getID()
　　获取特定时区对象的ID。
　　例 TimeZone tz=TimeZone.getDefault();
　　String s=tz.getID();
　　打印s，结果为s=CTT。
　　上面使用类的对象代表了一个特定的地理、政治或文化区域。Locale只是一种机制，它用来标识一类对象，Local本身并不包含此类对象。
　　要获取一个Locale的对象有两种方法：
　　(Ⅰ)调用Locale类的构造方法
　　Locale(String language,String country)
　　Locale(String language,String country,String variant)
　　参数说明：language??在ISO-639中定义的代码，由两个小写字母组成。
　　　　　　　country??在ISO-3166中定义的代码，由两个大写字母组成。
　　　　　　　variant??售货商以及特定浏览器的代码，例如使用WIN代表Windows。
　　(Ⅱ)调用Locale类中定义的常量
　　Local类提供了大量的常量供用户创建Locale对象。
　　例 Locale.CHINA
　　　　为中国创建一个Locale的对象。
　　类TimeZone和类Locale中的其它方法，读者可查阅API。
　　(5)public GregorianCalendar(int year,int month,int date)
　　(6)public GregorianCalendar(int year,int month,int date,int hour,int minute)
　　(7)public GregorianCalendar(int year,int month,int date,int hour,int minute,int second)
　　用给定的日期和时间创建一个GregorianCalendar的对象。
　　参数说明：
　　year-设定日历对象的变量YEAR；month-设定日历对象的变量MONTH；
　　date-设定日历对象的变量DATE；hour-设定日历对象的变量HOUR_OF_DAY；
　　minute-设定日历对象的变量MINUTE；second-设定日历对象的变量SECOND。
　　与Date类中不同的是year的值没有1900这个下限，而且year的值代表实际的年份。month的含义与Date类相同，0代表1月，11代表12月。
　　例 GregorianCalendar cal=new GregorianCalendar(1991,2,4)
　　cal的日期为1991年3月4号。
　　除了与Date中类似的方法外，Calendar类还提供了有关方法对日历进行滚动计算和数学计算。计算规则由给定的日历系统决定。进行日期计算时，有时会遇到信息不足或信息不实等特殊情况。Calendar采取了相应的方法解决这些问题。当信息不足时将采用缺省设置，在GregorianCalendar类中缺省设置一般为YEAR=1970,M,DATE=1。
　　当信息不实时，Calendar将按下面的次序优先选择相应的Calendar的变量组合，并将其它有冲突的信息丢弃。
　　MONTH+DAY_OF_MONTH
　　MONTH+WEEK_OF_MONTH+DAY_OF_WEEK
　　MONTH+DAY_OF_WEEK_OF_MONTH+DAY_OF_WEEK
　　DAY_OF+YEAR
　　DAY_OF_WEEK_WEEK_OF_YEAR
　　HOUR_OF_DAY
1.4 随机数类Random
　　Java实用工具类库中的类java.util.Random提供了产生各种类型随机数的方法。它可以产生int、long、float、double以及Goussian等类型的随机数。这也是它与java.lang.Math中的方法Random()最大的不同之处，后者只产生double型的随机数。
　　类Random中的方法十分简单，它只有两个构造方法和六个普通方法。
　　构造方法：
　　(1)public Random()
　　(2)public Random(long seed)
　　Java产生随机数需要有一个基值seed，在第一种方法中基值缺省，则将系统时间作为seed。
　　普通方法：
　　(1)public synonronized void setSeed(long seed)
　　该方法是设定基值seed。
　　(2)public int nextInt()
　　该方法是产生一个整型随机数。
　　(3)public long nextLong()
　　该方法是产生一个long型随机数。
　　(4)public float nextFloat()
　　该方法是产生一个Float型随机数。
　　(5)public double nextDouble()
　　该方法是产生一个Double型随机数。
　　(6)public synchronized double nextGoussian()
　　该方法是产生一个double型的Goussian随机数。
　　例1.2 RandomApp.java。
　　//import java.lang.*;
　　import java.util.Random;
　　public class RandomApp{
　　　public static void main(String args[]){
　　　　Random ran1=new Random();
　　　　Random ran2=new Random(12345);
　　　　//创建了两个类Random的对象。
　　　　System.out.println("The 1st set of random numbers:");
　　　　System.out.println("\t Integer:"+ran1.nextInt());
　　　　System.out.println("\t Long:"+ran1.nextLong());
　　　　System.out.println("\t Float:"+ran1.nextFloat());
　　　　System.out.println("\t Double:"+ran1.nextDouble());
　　　　System.out.println("\t Gaussian:"+ran1.nextGaussian());
　　　　//产生各种类型的随机数
　　　　System.out.print("The 2nd set of random numbers:");
　　　　for(int i=0;i<5;i++){
　　　　　System.out.println(ran2.nextInt()+" ");
　　　　　if(i==2) System.out.println();
　　　　　//产生同种类型的不同的随机数。
　　　　　System.out.println();//原文如此
　　　　}
　　　}
　　}
　　运行结果：
　　E:\java01>java RandomApp
　　The 1st set of random numbers:
　　　　Integer:-173899656
　　　　Long:8056223819738127077
　　　　Float:0.6293638
　　　　Double:0.7888394520265607
　　　　Gaussian:0.5015701094568733
　　The 2nd set of random numbers:1553932502
　　-2090749135
　　-287790814
　　-355989640
　　-716867186
　　E:\java01>
1.5 向量类Vector
　　Java.util.Vector提供了向量(Vector)类以实现类似动态数组的功能。在Java语言中。正如在一开始就提到过，是没有指针概念的，但如果能正确灵活地使用指针又确实可以大大提高程序的质量，比如在C?