WikiDer > Фреймворк коллекций Java

Java collections framework
java.util.Collection класс и иерархия интерфейса
Класс Java java.util.Map и иерархия интерфейсов

В Ява рамки коллекций это набор классы и интерфейсы которые реализуют часто используемую коллекцию структуры данных.[1]

Хотя упоминается как рамки, он работает как библиотека. Платформа коллекций предоставляет как интерфейсы, которые определяют различные коллекции, так и классы, реализующие их.

Отличия от массивов

Коллекции и массивы похожи тем, что они содержат ссылки на объекты, и ими можно управлять как группой. Однако, в отличие от массивов, коллекциям не нужно назначать определенную емкость при создании экземпляров. Коллекции также могут автоматически увеличиваться и уменьшаться в размере при добавлении или удалении объектов. Коллекции не могут содержать элементы базовых типов данных (примитивные типы), такие как int, long или double; вместо этого они содержат классы оболочки, такие как Integer, Long или Double.[2]

История

Реализации коллекций в пре-JDK 1.2 версии платформы Java включали несколько классов структур данных, но не содержали структуру коллекций.[3] Стандартные методы группировки Java-объектов осуществлялись с помощью классов array, Vector и Hashtable, которые, к сожалению, было нелегко расширить и не реализовали стандартный интерфейс-член.[4]

Для удовлетворения потребности в коллекции многоразового использования структуры данных, было разработано несколько независимых фреймворков,[3] самое используемое существо Дуг Лис Пакет коллекций,[5] и ObjectSpace Библиотека общих коллекций (JGL),[6] чьей главной целью было соответствие C ++ Стандартная библиотека шаблонов (STL).[7]

Каркас коллекций был разработан и разработан в основном Джошуа Блох, и был введен в JDK 1.2. Он повторно использовал многие идеи и классы Дуга Ли. Пакет коллекций, который в результате был устарел.[5] Sun Microsystems решили не использовать идеи JGL, потому что им нужна была компактная структура, и согласованность с C ++ не была одной из их целей.[8]

Позже Дуг Ли разработал параллелизм упаковка, включающий новые классы, связанные с коллекциями.[9] Обновленная версия этих утилит параллелизма была включена в JDK 5.0 с JSR 166.

Архитектура

Почти все коллекции в Java являются производными от интерфейса java.util.Collection. Коллекция определяет основные части всех коллекций. В интерфейсе указаны методы add () и remove () для добавления и удаления из коллекции соответственно. Также требуется метод toArray (), который преобразует коллекцию в простой массив всех элементов в коллекции. Наконец, метод contains () проверяет, находится ли указанный элемент в коллекции. Интерфейс Collection является подинтерфейсом java.lang.Iterable, поэтому любой Collection может быть целью оператора for-each. (Интерфейс Iterable предоставляет метод iterator (), используемый операторами for-each.) Все коллекции имеют итератор, который проходит через все элементы в коллекции. Кроме того, Collection - это общий. Любую коллекцию можно записать для хранения любого класса. Например, Collection может содержать строки, а элементы из коллекции могут использоваться как строки без необходимости приведения типов.[10] Обратите внимание, что угловые скобки <> могут содержать аргумент типа, указывающий, какой тип содержит коллекция.

Три типа сбора

Существует три общих типа коллекций: упорядоченные списки, словари / карты и наборы.

Упорядоченные списки позволяют программисту вставлять элементы в определенном порядке и извлекать эти элементы в том же порядке. Примером может служить лист ожидания. Базовые интерфейсы для упорядоченных списков называются List и Queue.

Словари / Карты хранят ссылки на объекты с ключом поиска для доступа к значениям объекта. Одним из примеров ключа является идентификационная карта. Базовый интерфейс словарей / карт называется Карта.

Наборы - это неупорядоченные коллекции, которые можно повторять и которые содержат каждый элемент не более одного раза. Базовый интерфейс для наборов называется Set.[2]

Интерфейс списка

Списки реализованы в структуре коллекций через интерфейс java.util.List. Он определяет список как более гибкую версию массива. Элементы имеют определенный порядок, и разрешены повторяющиеся элементы. Элементы можно разместить в определенном месте. Их также можно искать в списке. Два примера конкретных классов, реализующих List:

  • java.util.ArrayList, который реализует список как массив. Всякий раз, когда требуются функции, специфичные для списка, класс перемещает элементы внутри массива, чтобы сделать это.
  • java.util.LinkedList. Этот класс хранит элементы в узлах, каждый из которых имеет указатель на предыдущий и следующий узлы в списке. По списку можно перемещаться, следуя указателям, а элементы можно добавлять или удалять, просто изменяя указатели вокруг, чтобы разместить узел в нужном месте.[11]

Класс стека

Стеки создаются с помощью java.util.Stack. Стек предлагает методы для помещения нового объекта в стек (метод push ()) и получения объектов из стека (метод pop ()). Стек возвращает объект в соответствии с последним вошел - первым вышел (LIFO), например объект, который был помещен в стек последним, возвращается первым. java.util.Stack - это стандартная реализация стека, предоставляемая Java. Класс Stack представляет стек объектов в порядке очереди (LIFO). Он расширяет класс java.util.Vector пятью операциями, которые позволяют рассматривать вектор как стек. Предоставляются обычные операции push и pop, а также метод для просмотра верхнего элемента в стеке, метод для проверки того, пуст ли стек, и метод для поиска элемента в стеке и определения того, насколько далеко он сверху. Когда стопка создается впервые, она не содержит элементов.

Интерфейсы очереди

Интерфейс java.util.Queue определяет структуру данных очереди, в которой элементы хранятся в том порядке, в котором они вставлены. Новые дополнения идут в конец строки, а элементы удаляются с лицевой стороны. Это создает систему «первым пришел - первым обслужен». Этот интерфейс реализуется с помощью java.util.LinkedList, java.util.ArrayDeque и java.util.PriorityQueue. LinkedList, конечно же, также реализует интерфейс List и также может использоваться как один. Но в нем также есть методы очереди. ArrayDeque реализует очередь как массив. И LinkedList, и ArrayDeque также реализуют интерфейс java.util.Deque, что придает ему большую гибкость.[12]

java.util.Queue можно использовать более гибко с его подинтерфейсом java.util.concurrent.BlockingQueue. Интерфейс BlockingQueue работает как обычная очередь, но добавление и удаление из очереди блокируются. Если метод remove вызывается в пустой очереди, его можно настроить на ожидание в указанное время или неопределенное время, пока элемент не появится в очереди. Точно так же добавление элемента подлежит необязательному ограничению емкости очереди, и метод может дождаться, пока в очереди станет доступным пространство, прежде чем вернуться.[13]

java.util.PriorityQueue реализует java.util.Queue, но также изменяет его. Вместо того, чтобы упорядочивать элементы в порядке их вставки, они упорядочиваются по приоритету. Метод, используемый для определения приоритета, - это либо метод compareTo () в элементах, либо метод, указанный в конструкторе. Класс создает это, используя кучу для сортировки элементов.[14]

Двусторонние интерфейсы очереди (deque)

Интерфейс java.util.Queue расширяется подинтерфейсом java.util.Deque. Deque создает двустороннюю очередь. В то время как обычная очередь допускает только вставку сзади и удаление спереди, двухсторонняя очередь позволяет вставлять или удалять как спереди, так и сзади. Двухсторонняя очередь похожа на очередь, которую можно использовать вперед или назад, или и то, и другое одновременно. Кроме того, могут быть сгенерированы как прямой, так и обратный итераторы. Интерфейс Deque реализуется с помощью java.util.ArrayDeque и java.util.LinkedList.[15]

Интерфейс java.util.concurrent.BlockingDeque работает аналогично java.util.concurrent.BlockingQueue. Предусмотрены те же методы для вставки и удаления с ограничениями по времени ожидания возможности вставки или удаления. Однако интерфейс также обеспечивает гибкость двухсторонней очереди. Вставки и удаления могут происходить с обоих концов. Функция блокировки сочетается с функцией deque.[16]

Установить интерфейсы

Интерфейс Java java.util.Set определяет набор. В наборе не может быть повторяющихся элементов. Кроме того, в наборе нет установленного порядка. Таким образом, элементы не могут быть найдены по индексу. Набор реализуется с помощью java.util.HashSet, java.util.LinkedHashSet и java.util.TreeSet. HashSet использует хеш-таблицу. В частности, он использует java.util.HashMap для хранения хэшей и элементов и предотвращения дублирования. java.util.LinkedHashSet расширяет это, создавая двусвязный список, который связывает все элементы в порядке их вставки. Это гарантирует, что порядок итераций по набору предсказуем. java.util.TreeSet использует красно-черное дерево реализуется java.util.TreeMap. Красно-черное дерево следит за тем, чтобы не было дубликатов. Кроме того, он позволяет TreeSet реализовывать java.util.SortedSet.[17]

Интерфейс java.util.Set расширен интерфейсом java.util.SortedSet. В отличие от обычного набора, элементы в отсортированном наборе сортируются либо методом элемента compareTo (), либо методом, предоставленным конструктору отсортированного набора. Первый и последний элементы отсортированного набора могут быть извлечены, а подмножества могут быть созданы с помощью минимальных и максимальных значений, а также начала или окончания в начале или в конце отсортированного набора. Интерфейс SortedSet реализуется java.util.TreeSet.[18]

java.util.SortedSet дополнительно расширяется через интерфейс java.util.NavigableSet. Он похож на SortedSet, но есть несколько дополнительных методов. Методы floor (), потолка (), lower () и upper () находят в наборе элемент, близкий к параметру. Кроме того, предоставляется убывающий итератор по элементам в наборе. Как и SortedSet, java.util.TreeSet реализует NavigableSet.[19]

Интерфейсы карты

Карты определяются интерфейсом java.util.Map в Java. Карты - это простые структуры данных, которые связывают ключ с элементом. Это позволяет карте быть очень гибкой. Если ключом является хэш-код элемента, карта по сути представляет собой набор. Если это просто увеличивающееся число, оно становится списком. Карты реализуются с помощью java.util.HashMap, java.util.LinkedHashMap и java.util.TreeMap. HashMap использует хеш-таблица. Хэши ключей используются для поиска элементов в различных сегментах. LinkedHashMap расширяет это, создавая двусвязный список между элементами, позволяя получить к ним доступ в том порядке, в котором они были вставлены на карту. TreeMap, в отличие от HashMap и LinkedHashMap, использует красно-черное дерево. Ключи используются как значения для узлов в дереве, а узлы указывают на элементы на карте.[20]

Интерфейс java.util.Map расширен его подинтерфейсом java.util.SortedMap. Этот интерфейс определяет карту, отсортированную по предоставленным ключам. Снова используя метод compareTo () или метод, предоставленный в конструкторе для отсортированной карты, пары ключ-элемент сортируются по ключам. Можно вызвать первый и последний ключи на карте. Кроме того, подкарты могут быть созданы из минимального и максимального ключей. SortedMap реализуется java.util.TreeMap.[21]

Интерфейс java.util.NavigableMap расширяет java.util.SortedMap различными способами. Могут быть вызваны методы, которые находят ключ или запись карты, наиболее близкую к заданному ключу в любом направлении. Карту также можно перевернуть, и из нее можно сгенерировать итератор в обратном порядке. Это реализовано java.util.TreeMap.[22]

Расширения среды коллекций Java

Структура коллекций Java расширена Apache Commons Библиотека коллекций, которая добавляет типы коллекций, такие как сумка и двунаправленная карта, а также утилиты для создания объединений и пересечений.[23]

Google выпустил собственные библиотеки коллекций как часть библиотеки гуавы.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Урок: Знакомство с коллекциями». Корпорация Oracle. Получено 2010-12-22.
  2. ^ а б Хорстманн, Кей (2014). Большие ранние объекты Java.
  3. ^ а б «Структура коллекций Java» (PDF). IBM. Архивировано из оригинал (PDF) на 07.08.2011.
  4. ^ Беккер, Дэн (1 ноября 1998 г.). «Начните работу с Java Collections Framework». JavaWorld. Получено 2020-07-13. До того, как Collections дебютировали с большим успехом, стандартные методы группировки Java-объектов были через массив, Vector и Hashtable. Все три из этих коллекций имеют разные методы и синтаксис для доступа к членам: массивы используют символы квадратных скобок ([]), Vector использует метод elementAt, а Hashtable использует получать и положить методы.
  5. ^ а б Ли, Дуг. «Обзор коллекций Пакет». Получено 2011-01-01. В комплект Sun Java Development Kit JDK1.2 наконец-то входит стандартный набор классов коллекций. Несмотря на некоторые различия в дизайне и реализации, пакет JDK1.2 содержит большую часть тех же базовых абстракций, структуры и функций, что и этот пакет. По этой причине этот пакет коллекций НЕ будет обновляться.
  6. ^ "Библиотека общих коллекций для Java ™". Получено 2011-01-01.
  7. ^ Ванхелсуве, Лоуренс (1 июня 1997 г.). «Нужен хороший набор абстрактных структур данных? JGL от ObjectSpace - отличный вариант!». JavaWorld. Получено 2020-07-13. Как и сама Java, Java Generic Library в значительной степени заимствует из лагеря C ++: она берет лучшее от STL C ++, но оставляет позади недостатки C ++. Большинство программистов на C ++ сегодня знают о своем STL, но лишь немногим удается использовать его потенциал.
  8. ^ Ванхелсуве, Лоуренс (1 января 1999 г.). «Битва контейнерных фреймворков: что лучше использовать?». JavaWorld. Получено 2020-07-13. Сравнение JGL от ObjectSpace Inc. и Sun Collections Framework похоже на сравнение яблок и киви. На первый взгляд кажется, что эти две платформы соревнуются за одних и тех же разработчиков, но после более тщательного изучения становится ясно, что их нельзя сравнивать справедливо, не признав сначала, что две структуры преследуют разные цели. Если, как указано в документации Sun, Collections собираются гомогенизировать собственные API-интерфейсы Sun (основной API, расширения и т. Д.), То, безусловно, Collections должны быть отличной новостью и хорошей вещью даже для самого фанатичного наркомана JGL. Если Sun не нарушит свои обещания в этой области, я буду рад вложить свои ресурсы в серьезное внедрение Коллекций.
  9. ^ Ли, Дуг. "Обзор пакета util.concurrent Release 1.3.4". Получено 2011-01-01. Примечание. После выпуска J2SE 5.0 этот пакет переходит в режим обслуживания: будут выпущены только существенные исправления. Пакет J2SE5 java.util.concurrent включает улучшенные, более эффективные, стандартизированные версии основных компонентов в этом пакете.
  10. ^ «Итерируемый (Java Platform SE 7)». Docs.oracle.com. 2013-06-06. Получено 2013-08-16.
  11. ^ «Список (Java Platform SE 7)». Docs.oracle.com. 2013-06-06. Получено 2013-08-16.
  12. ^ «Очередь (Java Platform SE 7)». Docs.oracle.com. 2013-06-06. Получено 2013-08-16.
  13. ^ "BlockingQueue (Java Platform SE 7)". Docs.oracle.com. 2013-06-06. Получено 2013-08-16.
  14. ^ «PriorityQueue (Java Platform SE 7)». Docs.oracle.com. 2013-06-06. Получено 2013-08-16.
  15. ^ "Deque (Java Platform SE 7)". Docs.oracle.com. 2013-06-06. Получено 2013-08-16.
  16. ^ "BlockingDeque (Java Platform SE 7)". Docs.oracle.com. 2013-06-06. Получено 2013-08-16.
  17. ^ «Установить (Java Platform SE 7)». Docs.oracle.com. 2013-06-06. Получено 2013-08-16.
  18. ^ "SortedSet (Java Platform SE 7)". Docs.oracle.com. 2013-06-06. Получено 2013-08-16.
  19. ^ "NavigableSet (Java Platform SE 7)". Docs.oracle.com. 2013-06-06.
  20. ^ «Карта (Java Platform SE 7)». Docs.oracle.com. 2013-06-06. Получено 2013-08-16.
  21. ^ «SortedMap (Java Platform SE 7)». Docs.oracle.com. 2013-06-06. Получено 2013-08-16.
  22. ^ "NavigableMap (Java Platform SE 7)". Docs.oracle.com. 2013-06-06. Получено 2013-08-16.
  23. ^ «Коллекции - Дом». Commons.apache.org. 2013-07-04. Получено 2013-08-16.