使用Collections

廖雪峰
资深软件开发工程师，业余马拉松选手。

Collections是JDK提供的工具类，同样位于java.util包中。它提供了一系列静态方法，能更方便地操作各种集合。

我们一般看方法名和参数就可以确认Collections提供的该方法的功能。例如，对于以下静态方法：

public static boolean addAll(Collection<? super T> c, T... elements) { ... }

addAll()方法可以给一个Collection类型的集合添加若干元素。因为方法签名是Collection，所以我们可以传入List，Set等各种集合类型。

创建空集合

对于旧版的JDK，可以使用Collections提供的一系列方法来创建空集合：

• 创建空List：List<T> emptyList()
• 创建空Map：Map<K, V> emptyMap()
• 创建空Set：Set<T> emptySet()

要注意到返回的空集合是不可变集合，无法向其中添加或删除元素。

新版的JDK≥9可以直接使用List.of()、Map.of()、Set.of()来创建空集合。

创建单元素集合

对于旧版的JDK，Collections提供了一系列方法来创建一个单元素集合：

• 创建一个元素的List：List<T> singletonList(T o)
• 创建一个元素的Map：Map<K, V> singletonMap(K key, V value)
• 创建一个元素的Set：Set<T> singleton(T o)

要注意到返回的单元素集合也是不可变集合，无法向其中添加或删除元素。

新版的JDK≥9可以直接使用List.of(T...)、Map.of(T...)、Set.of(T...)来创建任意个元素的集合。

排序

Collections可以对List进行排序。因为排序会直接修改List元素的位置，因此必须传入可变List：

import java.util.*;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("apple");
        list.add("pear");
        list.add("orange");
        // 排序前:
        System.out.println(list);
        Collections.sort(list);
        // 排序后:
        System.out.println(list);
    }
}

洗牌

Collections提供了洗牌算法，即传入一个有序的List，可以随机打乱List内部元素的顺序，效果相当于让计算机洗牌：

import java.util.*;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<>();
        for (int i=0; i<10; i++) {
            list.add(i);
        }
        // 洗牌前:
        System.out.println(list);
        // 洗牌:
        Collections.shuffle(list);
        // 洗牌后:
        System.out.println(list);
    }
}

不可变集合

Collections还提供了一组方法把可变集合封装成不可变集合：

• 封装成不可变List：List<T> unmodifiableList(List<? extends T> list)
• 封装成不可变Set：Set<T> unmodifiableSet(Set<? extends T> set)
• 封装成不可变Map：Map<K, V> unmodifiableMap(Map<? extends K, ? extends V> m)

这种封装实际上是通过创建一个代理对象，拦截掉所有修改方法实现的。我们来看看效果：

import java.util.*;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> mutable = new ArrayList<>();
        mutable.add("apple");
        mutable.add("pear");
        // 变为不可变集合:
        List<String> immutable = Collections.unmodifiableList(mutable);
        immutable.add("orange"); // UnsupportedOperationException!
    }
}

然而，继续对原始的可变List进行增删是可以的，并且，会直接影响到封装后的“不可变”List：

import java.util.*;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> mutable = new ArrayList<>();
        mutable.add("apple");
        mutable.add("pear");
        // 变为不可变集合:
        List<String> immutable = Collections.unmodifiableList(mutable);
        mutable.add("orange");
        System.out.println(immutable);
    }
}

因此，如果我们希望把一个可变List封装成不可变List，那么，返回不可变List后，最好立刻扔掉可变List的引用，这样可以保证后续操作不会意外改变原始对象，从而造成“不可变”List变化了：

import java.util.*;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> mutable = new ArrayList<>();
        mutable.add("apple");
        mutable.add("pear");
        // 变为不可变集合:
        List<String> immutable = Collections.unmodifiableList(mutable);
        // 立刻扔掉mutable的引用:
        mutable = null;
        System.out.println(immutable);
    }
}

线程安全集合

Collections还提供了一组方法，可以把线程不安全的集合变为线程安全的集合：

• 变为线程安全的List：List<T> synchronizedList(List<T> list)
• 变为线程安全的Set：Set<T> synchronizedSet(Set<T> s)
• 变为线程安全的Map：Map<K,V> synchronizedMap(Map<K,V> m)

多线程的概念我们会在后面讲。因为从Java 5开始，引入了更高效的并发集合类，所以上述这几个同步方法已经没有什么用了。

小结

Collections类提供了一组工具方法来方便使用集合类：

• 创建空集合；
• 创建单元素集合；
• 创建不可变集合；
• 排序／洗牌等操作。