馴服Tiger(J2SE5.0)之集合框架
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：支持泛型的語言級別上的新變化，以及可以在 java.util.concurrent 包中找到的并發集合工具包。在本文中，我將研究其他三個變化：更新過的 Arrays 和 Collections 類、新的 Queue 接口以及它的 PriorityQueue 實現。
數組（Array）
Arrays 類提供了一系列處理數組的靜態工具方法，這些索引的數據結構的大小是固定的。在 5.0 版本之前，Arrays 類擁有針對原始數據庫類型和通用 Object 類型的每種不同數組類型的 binarySearch()、equals()、fill() 和 sort() 方法。用于將 Object 數組轉換成 List 的附加 asList() 方法仍然有用。Tiger 為所有數組添加了 hashCode() 和 toString() 方法，還添加了特定于 Object 數組的 deepEquals()、deepHashCode() 和 deepToString() 方法。總計有 21 個新方法可用：
新添加的第一個方法是 hashCode()。對于任意數組類型，都可以調用 Arrays.hashCode(arrayVar) 方法來獲得格式良好的哈希碼。這個哈希碼可以用作 HashMap 或者其他相關目的的鍵。如果您不知道如何生成良好的哈希碼，那么最好使用 Arrays 類，它能產生更少沖突。Arrays 類生成等價于擁有相同元素的 List 的代碼。
在創建自己的類時，既需要提供 equals() 方法，又需要提供 hashCode() 方法。在 Arrays 的新方法 hashCode() 的幫助下，可以為任何本地數組類型生成哈希碼，而不用在每次需要它的時候折騰您自己。
所有數組類型都可用的另一個方法是 toString()。對于任何數組類型，都可以調用 Arrays.toString(arrayVar) 獲得逗號分隔的元素列表，列表用方括號包圍，如清單 1 的程序所示：
清單 1. 用 Arrays.toString 生成字符串
清單 2 顯示了結果：
清單 2. 清單 1 的結果
新的 deepEquals()、deepHashCode() 和 deepToString() 方法的工作方式類似于它們那些非深度（non-deep）的同類，但它們不僅會停下手來處理頂級數組的每個元素，還會更深入地研究生成結果的多維數組。
雖然不是一個新方法，但 asList() 方法在 5.0 的工作方式有所不同。以前，這個方法接受 Object[] 數組作為它的參數。現在，因為 Tiger 的可變參數列表特性，任何用逗號分隔的列表都可以接受，如清單 3 所示：
清單 3. Arrays.asList 的區別
如果傳遞給命令行的元素不同，清單 3 中的兩個示例沒必要產生同樣的結果 ，但是它確實展示了 Tiger 在語言級別上的變化如何擴展了 Arrays 原有的 asList() 方法。
集合
Arrays 用于處理不同集合的輔助類是 Collections 類。同樣，這個類也不是一個新類，但是該類的特性已經針對 5.0 作了擴展。現在有 13 個新方法：
清單 4. 檢測后的集合
使用 Java 5.0 平臺，您可能以為：由于將集合聲明為通用集合 （Collection＜String＞ c = new HashSet＜String＞();），所以不需要進行運行時檢測了。但是如果向工具方法傳遞 String 版本的 HashSet，而工具方法只能處理非通用的 Set，那么該方法可能就會錯誤地向集合添加一個非 String 元素。通過臨時修改程序，用 Collection＜String＞ c = Collections.checkedCollection(new HashSet＜String＞(), String.class); 添加運行時檢查，您可以迅速發現問題的根源。
三個 empty*() 方法 —— emptySet()、emptyList() 和 emptyMap() —— 生成空的不可改變的集合。雖然也可以用 new ArraySet() 這樣的方法創建空集合，但是還要通過某個 unmodifiable*() 方法才能確保新集合是不可改變的。empty 方法用更理想的方式提供了空的只讀集合。
隊列（Queue）接口
5.0 集合框架較大的一個改變就是添加了新的基接口 Queue。雖然這個接口是在“并發集合”技巧中描述的，但它的應用并不限于并發。在計算機科學中，隊列數據結構是基本的先進先出（FIFO） 結構。項目添加到尾部，并且要從頂部刪除。不僅能添加和刪除元素，還能查看隊列中有哪些元素。清單 5 顯示了 Queue 接口的 5 個方法：
清單 5. Queue 接口
請記住，Queue 是從 Collection 接口擴展的，所以實現 Queue 接口也就實現了 Collection。在使用 Queue 的實現時，應當將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() 方法來實現，它在失敗時會拋出未檢測異常。相反，如果大小有限的隊列滿了，那么 offer() 方法會返回 false，而不需要處理隊列滿的異常。
java.util.concurrent 包中具有 Queue 接口的多個實現，但并不包含所有實現。LinkedList 類針對 JDK 5.0 的 Queue 接口作了修正，而 PriorityQueue 是隨 JDK 5.0 添加進來的。余下的實現 —— ArrayBlockingQueue、ConcurrentLinkedQueue、DelayQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue 和 SynchronousQueue —— 都是 java.util.concurrent 包的組成部分。
因為 LinkedList 不是新事物，所以我們來看一下新的 PriorityQueue 類。如清單 6 所示，可以用 6 種方法創建它。在不能使用 Comparator 時，可以使用元素的自然順序來確定優先級。如果元素沒有實現 Comparable 接口，那么就會產生運行時錯誤：
清單 6. PriorityQueue 構造函數
為了演示 PriorityQueue 的用法，清單 7 中的程序添加了所有命令行元素，并按字母順序處理它們。由于隊列結構是 LinkedList，所以順序應當是典型的 FIFO 順序，但是 PriorityQueue 將根據優先級對元素進行排序：
清單 7. PriorityQueue 的用法
清單 8 顯示了用命令行 one two three four 運行程序之后的輸出 ：
清單 8. 清單 7 的結果
關于新的 Queue 接口，有件事需要提一下，這件事與 Collections 類有關：方法 checkedQueue()、emptyQueue()、synchronizedQueue() 和 unmodifiableQueue() 全都是 Collections 類中所缺少的。根據 bug 報告，除了 checkedQueue() 之外，所有類都是故意缺失的。對于 synchronizedQueue()，并發集合是比純粹的包裝器更好的選擇。其他方法則被認為不是必需的。也許新版本中會添加 checkedQueue()（和 checkedBlockingQueue()） 。
數組（Array）
Arrays 類提供了一系列處理數組的靜態工具方法，這些索引的數據結構的大小是固定的。在 5.0 版本之前，Arrays 類擁有針對原始數據庫類型和通用 Object 類型的每種不同數組類型的 binarySearch()、equals()、fill() 和 sort() 方法。用于將 Object 數組轉換成 List 的附加 asList() 方法仍然有用。Tiger 為所有數組添加了 hashCode() 和 toString() 方法，還添加了特定于 Object 數組的 deepEquals()、deepHashCode() 和 deepToString() 方法。總計有 21 個新方法可用：
- 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)
新添加的第一個方法是 hashCode()。對于任意數組類型，都可以調用 Arrays.hashCode(arrayVar) 方法來獲得格式良好的哈希碼。這個哈希碼可以用作 HashMap 或者其他相關目的的鍵。如果您不知道如何生成良好的哈希碼，那么最好使用 Arrays 類，它能產生更少沖突。Arrays 類生成等價于擁有相同元素的 List 的代碼。
在創建自己的類時，既需要提供 equals() 方法，又需要提供 hashCode() 方法。在 Arrays 的新方法 hashCode() 的幫助下，可以為任何本地數組類型生成哈希碼，而不用在每次需要它的時候折騰您自己。
所有數組類型都可用的另一個方法是 toString()。對于任何數組類型，都可以調用 Arrays.toString(arrayVar) 獲得逗號分隔的元素列表，列表用方括號包圍，如清單 1 的程序所示：
清單 1. 用 Arrays.toString 生成字符串
import java.util.Arrays; public class ArgsToString { public static void main(String args[]) { System.out.println(Arrays.toString(args)); } } |
清單 2 顯示了結果：
清單 2. 清單 1 的結果
＞java ArgsToString One Two Three [One, Two, Three] |
新的 deepEquals()、deepHashCode() 和 deepToString() 方法的工作方式類似于它們那些非深度（non-deep）的同類，但它們不僅會停下手來處理頂級數組的每個元素，還會更深入地研究生成結果的多維數組。
雖然不是一個新方法，但 asList() 方法在 5.0 的工作方式有所不同。以前，這個方法接受 Object[] 數組作為它的參數。現在，因為 Tiger 的可變參數列表特性，任何用逗號分隔的列表都可以接受，如清單 3 所示：
清單 3. Arrays.asList 的區別
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"); } } |
如果傳遞給命令行的元素不同，清單 3 中的兩個示例沒必要產生同樣的結果 ，但是它確實展示了 Tiger 在語言級別上的變化如何擴展了 Arrays 原有的 asList() 方法。
集合
Arrays 用于處理不同集合的輔助類是 Collections 類。同樣，這個類也不是一個新類，但是該類的特性已經針對 5.0 作了擴展。現在有 13 個新方法：
- checkedCollection()
- checkedSet()
- checkedSortedSet()
- checkedList()
- checkedMap()
- checkedSortedMap()
- emptySet()
- emptyList()
- emptyMap()
- reverseOrder()
- frequency()
- disjoint()
- addAll()
清單 4. 檢測后的集合
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 平臺，您可能以為：由于將集合聲明為通用集合 （Collection＜String＞ c = new HashSet＜String＞();），所以不需要進行運行時檢測了。但是如果向工具方法傳遞 String 版本的 HashSet，而工具方法只能處理非通用的 Set，那么該方法可能就會錯誤地向集合添加一個非 String 元素。通過臨時修改程序，用 Collection＜String＞ c = Collections.checkedCollection(new HashSet＜String＞(), String.class); 添加運行時檢查，您可以迅速發現問題的根源。
三個 empty*() 方法 —— emptySet()、emptyList() 和 emptyMap() —— 生成空的不可改變的集合。雖然也可以用 new ArraySet() 這樣的方法創建空集合，但是還要通過某個 unmodifiable*() 方法才能確保新集合是不可改變的。empty 方法用更理想的方式提供了空的只讀集合。
隊列（Queue）接口
5.0 集合框架較大的一個改變就是添加了新的基接口 Queue。雖然這個接口是在“并發集合”技巧中描述的，但它的應用并不限于并發。在計算機科學中，隊列數據結構是基本的先進先出（FIFO） 結構。項目添加到尾部，并且要從頂部刪除。不僅能添加和刪除元素，還能查看隊列中有哪些元素。清單 5 顯示了 Queue 接口的 5 個方法：
清單 5. Queue 接口
public boolean offer(Object element) public Object remove() public Object poll() public Object element() public Object peek() |
請記住，Queue 是從 Collection 接口擴展的，所以實現 Queue 接口也就實現了 Collection。在使用 Queue 的實現時，應當將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() 方法來實現，它在失敗時會拋出未檢測異常。相反，如果大小有限的隊列滿了，那么 offer() 方法會返回 false，而不需要處理隊列滿的異常。
java.util.concurrent 包中具有 Queue 接口的多個實現，但并不包含所有實現。LinkedList 類針對 JDK 5.0 的 Queue 接口作了修正，而 PriorityQueue 是隨 JDK 5.0 添加進來的。余下的實現 —— ArrayBlockingQueue、ConcurrentLinkedQueue、DelayQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue 和 SynchronousQueue —— 都是 java.util.concurrent 包的組成部分。
因為 LinkedList 不是新事物，所以我們來看一下新的 PriorityQueue 類。如清單 6 所示，可以用 6 種方法創建它。在不能使用 Comparator 時，可以使用元素的自然順序來確定優先級。如果元素沒有實現 Comparable 接口，那么就會產生運行時錯誤：
清單 6. PriorityQueue 構造函數
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) |
為了演示 PriorityQueue 的用法，清單 7 中的程序添加了所有命令行元素，并按字母順序處理它們。由于隊列結構是 LinkedList，所以順序應當是典型的 FIFO 順序，但是 PriorityQueue 將根據優先級對元素進行排序：
清單 7. PriorityQueue 的用法
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); } } } |
清單 8 顯示了用命令行 one two three four 運行程序之后的輸出 ：
清單 8. 清單 7 的結果
java Priority one two three four four one three two |
關于新的 Queue 接口，有件事需要提一下，這件事與 Collections 類有關：方法 checkedQueue()、emptyQueue()、synchronizedQueue() 和 unmodifiableQueue() 全都是 Collections 類中所缺少的。根據 bug 報告，除了 checkedQueue() 之外，所有類都是故意缺失的。對于 synchronizedQueue()，并發集合是比純粹的包裝器更好的選擇。其他方法則被認為不是必需的。也許新版本中會添加 checkedQueue()（和 checkedBlockingQueue()） 。