驯服 Tiger: 集合框架

JDK 5.0 中最吸引人的地方在于集合框架的一些最突出的特性上，例如：支持泛型的语言级别上的新变化，以及可以在 java.util.concurrent 包中找到的并发集合工具包。实际上，以前在 developerWorks 上的“驯服 Tiger: 并发集合”和“介绍 JDK 5.0 中的泛型”这两篇教程中介绍了上述特性。但是其他增强还没有得到足够的重视。在本文中，我将研究其他三个变化：更新过的 Arrays 和 Collections 类、新的 Queue 接口以及它的 PriorityQueue 实现。

数组（Array）

Arrays 类提供了一系列处理数组的静态工具方法，这些索引的数据结构的大小是固定的。在 5.0 版本之前，Arrays 类拥有针对原始数据库类型和通用 Object 类型的每种不同数组类型的 binarySearch()、equals()、fill() 和 sort() 方法。用于将 Object 数组转换成 List 的附加 asList() 方法仍然有用。Tiger 为所有数组添加了 hashCode() 和 toString() 方法，还添加了特定于 Object 数组的 deepEquals()、deepHashCode() 和 deepToString() 方法。总计有 21 个新方法可用：

• public static boolean deepEquals(Object[] a1, Object[] a2)
• public static int deepHashCode(Object[] a)
• public static String deepToString(Object[] a)
• public static int hashCode(boolean[] a)
• public static int hashCode(byte[] a)
• public static int hashCode(char[] a)
• public static int hashCode(double[] a)
• public static int hashCode(float[] a)
• public static int hashCode(int[] a)
• public static int hashCode(long[] a)
• public static int hashCode(Object[] a)
• public static int hashCode(short[] a)
• public static String toString(boolean[] a)
• public static String toString(byte[] a)
• public static String toString(char[] a)
• public static String toString(double[] a)
• public static String toString(float[] a)
• public static String toString(int[] a)
• public static String toString(long[] a)
• public static String toString(Object[] a)
• public static String toString(short[] a)

自从集合框架初次出现在 J2SE 1.2 中以来，人们第一次对实用工具类进行了更改。我无法确定为什么 Sun 要等这么久才进行更改，但是对于可用的帮助器方法系列来说，这些更改是受欢迎的添加。

新添加的第一个方法是 hashCode()。对于任意数组类型，都可以调用 Arrays.hashCode(arrayVar) 方法来获得格式良好的哈希码。这个哈希码可以用作 HashMap 或者其他相关目的的键。如果您不知道如何生成良好的哈希码，那么最好使用 Arrays 类，它能产生更少冲突。Arrays 类生成等价于拥有相同元素的 List 的代码。

在创建自己的类时，既需要提供 equals() 方法，又需要提供 hashCode() 方法。在 Arrays 的新方法 hashCode() 的帮助下，可以为任何本地数组类型生成哈希码，而不用在每次需要它的时候折腾您自己。

所有数组类型都可用的另一个方法是 toString()。对于任何数组类型，都可以调用 Arrays.toString(arrayVar) 获得逗号分隔的元素列表，列表用方括号包围，如清单 1 的程序所示：

            import java.util.Arrays;
            public class ArgsToString {
            public static void main(String args[]) {
            System.out.println(Arrays.toString(args));
            }
            }
            

清单 2 显示了结果：

>java ArgsToString One Two Three
            [One, Two, Three]
            

新的 deepEquals()、deepHashCode() 和 deepToString() 方法的工作方式类似于它们那些非深度（non-deep）的同类，但它们不仅会停下手来处理顶级数组的每个元素，还会更深入地研究生成结果的多维数组。

虽然不是一个新方法，但 asList() 方法在 5.0 的工作方式有所不同。以前，这个方法接受 Object[] 数组作为它的参数。现在，因为 Tiger 的可变参数列表特性，任何用逗号分隔的列表都可以接受，如清单 3 所示：

            import java.util.Arrays;
            public class AsList {
            public static void main(String args[]) {
            // Before
            List before = Arrays.asList(args);
            // After
            List after = Arrays.asList("One", "Two", "Three");
            }
            }
            

如果传递给命令行的元素不同，清单 3 中的两个示例没必要产生同样的结果 ，但是它确实展示了 Tiger 在语言级别上的变化如何扩展了 Arrays 原有的 asList() 方法。

集合

Arrays 用于处理不同集合的辅助类是 Collections 类。同样，这个类也不是一个新类，但是该类的特性已经针对 5.0 作了扩展。现在有 13 个新方法：

• checkedCollection()
• checkedSet()
• checkedSortedSet()
• checkedList()
• checkedMap()
• checkedSortedMap()
• emptySet()
• emptyList()
• emptyMap()
• reverseOrder()
• frequency()
• disjoint()
• addAll()

其中 6 个 checked*() 方法工作起来与 6 个 synchronized*() 和 unmodifiable*() 方法类似。使用 synchronized*() 方法时，要向该方法提供一个集合，然后该方法将返回同一个集合的同步的、线程安全的版本。使用 unmodifiable*() 方法时，得到的是指定集合的只读视图。除了集合参数之外，checked*() 操作可能还要求第二个或者第三个参数（如清单 4 所示），并返回该集合的动态的类型安全视图：

              public static <E> Collection<E> checkedCollection(
            Collection<E> c, Class<E> type)
            public static <E> Set<E> checkedSet(
            Set<E> s, Class<E> type)
            public static <E> SortedSet<E> checkedSortedSet(
            SortedSet<E> s, Class<E> type)
            public static <E> List<E> checkedList(
            List<E> list, Class<E> type)
            public static <K,V> Map<K,V> checkedMap(
            Map<K,V> m, Class<K> keyType, Class<V> valueType)
            public static <K,V> SortedMap<K,V> checkedSortedMap(
            SortedMap<K,V> m, Class<K> keyType, Class<V> valueType)
            

使用 Java 5.0 平台，您可能以为：由于将集合声明为通用集合 （Collection<String> c = new HashSet<String>();），所以不需要进行运行时检测了。但是如果向工具方法传递 String 版本的 HashSet，而工具方法只能处理非通用的 Set，那么该方法可能就会错误地向集合添加一个非 String 元素。通过临时修改程序，用 Collection<String> c = Collections.checkedCollection(new HashSet<String>(), String.class); 添加运行时检查，您可以迅速发现问题的根源。

三个 empty*() 方法 —— emptySet()、emptyList() 和 emptyMap() —— 生成空的不可改变的集合。虽然也可以用 new ArraySet() 这样的方法创建空集合，但是还要通过某个 unmodifiable*() 方法才能确保新集合是不可改变的。empty 方法用更理想的方式提供了空的只读集合。

队列（Queue）接口

5.0 集合框架较大的一个改变就是添加了新的基接口 Queue。虽然这个接口是在“并发集合”技巧 （请参阅 参考资料）中描述的，但它的应用并不限于并发。在计算机科学中，队列数据结构是基本的先进先出（FIFO） 结构。项目添加到尾部，并且要从顶部删除。不仅能添加和删除元素，还能查看队列中有哪些元素。清单 5 显示了 Queue 接口的 5 个方法：

              public boolean offer(Object element)
            public Object remove()
            public Object poll()
            public Object element()
            public Object peek()
            

请记住，Queue 是从 Collection 接口扩展的，所以实现 Queue 接口也就实现了 Collection。在使用 Queue 的实现时，应当将自己限制在接口的方法上。例如，向 Queue 添加元素可以用 Collection 的 add() 方法来实现，它在失败时会抛出未检测异常。相反，如果大小有限的队列满了，那么 offer() 方法会返回 false，而不需要处理队列满的异常。

java.util.concurrent 包中具有 Queue 接口的多个实现，但并不包含所有实现。LinkedList 类针对 JDK 5.0 的 Queue 接口作了修正，而 PriorityQueue 是随 JDK 5.0 添加进来的。余下的实现 —— ArrayBlockingQueue、ConcurrentLinkedQueue、DelayQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue 和 SynchronousQueue —— 都是 java.util.concurrent 包的组成部分。

因为 LinkedList 不是新事物，所以我们来看一下新的 PriorityQueue 类。如清单 6 所示，可以用 6 种方法创建它。在不能使用 Comparator 时，可以使用元素的自然顺序来确定优先级。如果元素没有实现 Comparable 接口，那么就会产生运行时错误：

              PriorityQueue()
            PriorityQueue(Collection<? extends E> c)
            PriorityQueue(int initialCapacity)
            PriorityQueue(int initialCapacity, Comparator<? super E> comparator)
            PriorityQueue(PriorityQueue<? extends E> c)
            PriorityQueue(SortedSet<? extends E> c)
            

为了演示 PriorityQueue 的用法，清单 7 中的程序添加了所有命令行元素，并按字母顺序处理它们。由于队列结构是 LinkedList，所以顺序应当是典型的 FIFO 顺序，但是 PriorityQueue 将根据优先级对元素进行排序：

            import java.util.*;
            import java.util.concurrent.*;
            public class Priority {
            public static void main(String args[]) {
            Queue<String> queue =
            new PriorityQueue<String>(Arrays.asList(args));
            String element;
            while ((element = queue.poll()) != null) {
            System.out.println(element);
            }
            }
            }
            

清单 8 显示了用命令行 one two three four 运行程序之后的输出 ：

>java Priority one two three four
            four
            one
            three
            two
            

关于新的 Queue 接口，有件事需要提一下，这件事与 Collections 类有关：方法 checkedQueue()、emptyQueue()、synchronizedQueue() 和 unmodifiableQueue() 全都是 Collections 类中所缺少的。根据 bug 报告，除了 checkedQueue() 之外，所有类都是故意缺失的。对于 synchronizedQueue()，并发集合是比纯粹的包装器更好的选择。其他方法则被认为不是必需的。也许 Tiger/6.0 版本中会添加 checkedQueue()（和 checkedBlockingQueue()） 。