Java(JDK1.9)集合框架归纳总结——集合框架图与两个顶级接口

注：该系列文章总结自JDK1.9源码的文档注释和源码，我对源码的部分中文注释已经同步到Github：https://github.com/Dodozhou/JDK

Java Collections Framework概述

Java集合框架继承图：

Java集合框架由两个顶层接口衍生而出。这两个接口区别如下：

• Collection：保存一维列表，有数组和链表两种形式。
• Map：保存二维键值对，分为有序和无序两种形式。

顶级结构定义了该类型集合的基本操作方法，和需要遵循的规范。

Collection定义的规范

• 所有通用的集合类（Collection子接口的实现类）都必须提供两个标准的构造器，一个是无参，另一个只包含一个Collection类型的参数，用来创建一个包含同样元素的新集合。由于接口不能有构造方法，所以该规范不能强制要求，但都应该遵守。
• 并不是每个子类都要实现所有的方法，当子类执行不支持的操作，需要抛出UnsupportedOperationException。如对不可变集合执行addAll()方法。
• 不同的实现对装入的元素有不同的要求，如有的允许null值，有的不允许。
• 默认的方法实现并不支持同步，每个实现类的同步策略由自己决定。
• 有些方法可能会因为持有自己的引用（self-referential）而导致递归遍历失败，如clone()、equals()、hashCode()、toString()
• 集合框架接口的很多方法都是基于Object.equals()方法，如contains(obj)。但是具体实现可以自由地实施优化，从而避免了equals调用，例如，首先比较两个元素的散列码。更一般地，各种集合框架接口的实现可以自由地利用底层对象方法的指定行为，只要实现者认为合适。

新增加的方法

在JDK1.8中，Collection接口加入了一些新的默认方法，如

default boolean removeIf(Predicate filter) {
        Objects.requireNonNull(filter);
        boolean removed = false;
        final Iterator each = iterator();
        while (each.hasNext()) {
            if (filter.test(each.next())) {
                each.remove();
                removed = true;
            }
        }
        return removed;
    }

该方法使用了函数接口Predicate，这是Java对函数式编程逐渐支持的体现。
类似的方法有：default removeIf(Predicate filter)、default Stream stream()、default Stream parallelStream()。

Map定义的规范

• 该Map定义的是一个存储键到值映射的对象集合。键不能重复，且每一个键只能映射最多一个值。
• 该接口已经完全替代了抽象类Dictionary
• Map接口提供了3个集合视图，分别是容纳所有key的Set，容纳所有value的Colleciton，以及容纳所有key-value映射的Set。
• Map的顺序被定义为在Map集合视图上的迭代器返回它们的元素的顺序。一些特别的map，如TreeMap会保证自己的顺序。
• 如果对象的值以影响相等比较（equals或compareTo等）的方式更改，而对象是映射中的键，则不会匹配到映射的行为。
• 所有通用的map实现必须体用两个构造方法：1、无参的构造方法 2、只有一个Map类型参数的构造方法，用于创建一个与传入map有相同键值对的map。事实上，后一个构造器可以用于复制Map。
• 本接口中的有些方法，可能子类并不会实现，当没有实现特定方法的子类调用该方法，应该抛出UnsupportedOperationException异常。
• 不同的实现对键和值有不同的要求。如，有的实现允许null作为键和值，有的不允许。
• 如果一个map直接或间接持有自己的引用，那么那些使用递归遍历的方法可能会抛出异常

新增加的方法

在JDK1.8中，Map接口加入了一些新的默认方法，如getOrDefault(Object key, V defaultValue)

 /**
     * 如果map中包含该key，那么返回对应的value。
     * 如果不存在该key，那么返回一个默认值。
     * Returns the value to which the specified key is mapped, or
     * {@code defaultValue} if this map contains no mapping ofr the key.
     *
     * @implSpec
     * 默认的实现对该方法的同步或原子性质没有保证，如果任何实现要提供原子操作的保证，那么
     * 必须重写该方法，并注明其同步策略。
     * The default implementation makes no guarantees about synchronization
     * or atomicity properties of this method. Any implementation providing
     * atomicity guarantees must override this method and document its
     * concurrency properties.
     *
     * @param key the key whose associated value is to be returned
     * @param defaultValue the default mapping of the key
     * @return the value to which the specified key is mapped, or
     * {@code defaultValue} if this map contains no mapping for the key
     * @throws ClassCastException if the key is of an inappropriate type for
     * this map
     * ("{@docRoot}/java/util/Collection.html#optional-restrictions">optional)
     * @throws NullPointerException if the specified key is null and this map
     * does not permit null keys
     * ("{@docRoot}/java/util/Collection.html#optional-restrictions">optional)
     * @since 1.8
     */
    default V getOrDefault(Object key, V defaultValue) {
        V v;
        return (((v = get(key)) != null) || containsKey(key))
            ? v
            : defaultValue;
    }

这样的方法有：

方法	方法
getOrDefault(Object key, V defaultValue)	forEach(BiConsumer action)
replaceAll(BiFunction function)	putIfAbsent(K key, V value)
remove(Object key, Object value)	replace(K key, V oldValue, V newValue)
replace(K key, V value)	computeIfAbsent(K key,Function mappingFunction)
computeIfPresent(K key,BiFunction remappingFunction)	compute(K key,BiFunction remappingFunction)
merge(K key, V value,BiFunction remappingFunction)

它们大多都是使用函数式接口实现了类别无关性，因此，统一放置在顶级接口中，以避免子类重复实现。

除此之外，在JDK1.9，该接口又增加了几种方法，如

 /**
     * Returns an immutable map containing zero mappings.
     * See Immutable Map Static Factory Methods for details.
     *
     * @param  the {@code Map}'s key type
     * @param  the {@code Map}'s value type
     * @return an empty {@code Map}
     *
     * @since 9
     */
    static  Map of() {
        return ImmutableCollections.Map0.instance();
    }

Map.Of()方法有11个，参数分别是0~11个键值对，还有一个Map.ofEntries()。它们提供了一个便捷的方式来创建不可变maps。被这些方法所创建的map具有如下特点：

1. 他们是结构不可更改的。不能添加、删除或者更新键值。进行这些操作将抛出UnsupportedOperationException
2. 他们不允许出现null的键或值，否则会抛出NullPointerException。
3. 如果所有的键和值是可以序列化的，那么该map也是可以序列化的。
4. 在创建时，他们拒绝重复的键。给静态工厂方法传递重复的键会导致抛出IllegalArgumentException
5. 对映射的遍历顺序并没指明，它是可更改的。
6. 他们是依赖于值的。

调用者不要依赖于这些实例的身份来编程，因为工厂可以自由决定是创建一个新的实例还是重用一个旧实例。因此，身份敏感的操作（如引用相等==、哈希码相等或者synchronization）是不可信的，应该被避免的。

除此之外，还有一个静态方法：

static  Entry entry(K k, V v) {
        // KeyValueHolder checks for nulls
        return new KeyValueHolder<>(k, v);
    }

该方法返回一个包含给定key和value的不可变的Entry。