Java 常用工具类 Collections 源码分析
文章出处
文章出自:安卓进阶学习指南
作者:shixinzhang
完稿日期:2017.10.25
Collections
和 Arrays
是 JDK 为我们提供的常用工具类,方便我们操作集合和数组。
这次之所以总结这个,是因为在一次面试中被问到一个细节,回答地不太好,这里补一下吧。
由于两个都是工具类,我们就放在一起学习。
读完本文你将了解:
- 文章出处
- Collections
- 提供的多种内部类
- 不可变集合
- 同步的集合
- 有类型检查的集合
- 空集合
- 只含一个元素的集合
- 提供的多种集合操作方法
- 排序
- 二分查找
- 反转列表
- 打乱列表中的元素
- 填充列表
- 求出集合中最小大值
- 查找子列表最早出现的索引
- 提供的多种内部类
- 总结
- Thanks
Collections
Collections
从名字就可以看出来,是对集合的操作,它提供了一系列内部类集合,主要为以下类型:
- 不可变集合
- 同步的集合
- 有类型检查的集合
- 空集合
- 只含一个元素的集合
还提供了一系列很有用的静态方法,主要包括以下功能:
- 排序
- 二分查找
- 反转
- 打乱
- 交换元素位置
- 复制
- 求出集合中最小/大值
我们先来看内部类的实现。
提供的多种内部类
1.不可变集合
有时候我们拿到一部分数据,这个数据不允许修改、删除,只允许读取,我们可以使用 Collections.unmodifiableXXX()
方法来实现。
Collections
提供了对以下集合的不可变支持:
我们选几个看一下源码。
首先看下最大范围的 Collections.unmodifiableCollection(c)
方法,它可以返回一个容器的包装类,这个包装类的添加、替换、删除操作都会抛出异常 UnsupportedOperationException
。
public static <T> Collection<T> unmodifiableCollection(Collection<? extends T> c) {return new UnmodifiableCollection<>(c);
}//一个不可变的集合
static class UnmodifiableCollection<E> implements Collection<E>, Serializable {private static final long serialVersionUID = 1820017752578914078L;final Collection<? extends E> c;UnmodifiableCollection(Collection<? extends E> c) {if (c==null)throw new NullPointerException();this.c = c;}//普通查询操作都是支持的,没什么特别public int size() {return c.size();}public boolean isEmpty() {return c.isEmpty();}public boolean contains(Object o) {return c.contains(o);}public Object[] toArray() {return c.toArray();}public <T> T[] toArray(T[] a) {return c.toArray(a);}public String toString() {return c.toString();}public Iterator<E> iterator() {return new Iterator<E>() {private final Iterator<? extends E> i = c.iterator();public boolean hasNext() {return i.hasNext();}public E next() {return i.next();}public void remove() { //迭代器的 remove 也不支持throw new UnsupportedOperationException();}@Overridepublic void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {// Use backing collection versioni.forEachRemaining(action);}};}//这里开始一系列修改操作就不支持了public boolean add(E e) {throw new UnsupportedOperationException();}public boolean remove(Object o) {throw new UnsupportedOperationException();}public boolean containsAll(Collection<?> coll) {return c.containsAll(coll);}public boolean addAll(Collection<? extends E> coll) {throw new UnsupportedOperationException();}public boolean removeAll(Collection<?> coll) {throw new UnsupportedOperationException();}public boolean retainAll(Collection<?> coll) {throw new UnsupportedOperationException();}public void clear() {throw new UnsupportedOperationException();}// Override default methods in Collection@Overridepublic void forEach(Consumer<? super E> action) {c.forEach(action);}@Overridepublic boolean removeIf(Predicate<? super E> filter) {throw new UnsupportedOperationException();}
}
剩下的也基本一样了,再看个 Collections.unmodifiableList()
吧:
public static <T> List<T> unmodifiableList(List<? extends T> list) {return (list instanceof RandomAccess ?new UnmodifiableRandomAccessList<>(list) :new UnmodifiableList<>(list));
}static class UnmodifiableList<E> extends UnmodifiableCollection<E>implements List<E> {private static final long serialVersionUID = -283967356065247728L;final List<? extends E> list;UnmodifiableList(List<? extends E> list) {super(list);this.list = list;}public boolean equals(Object o) {return o == this || list.equals(o);}public int hashCode() {return list.hashCode();}public E get(int index) {return list.get(index);}public E set(int index, E element) { //不支持throw new UnsupportedOperationException();}public void add(int index, E element) { //不支持throw new UnsupportedOperationException();}public E remove(int index) {//不支持throw new UnsupportedOperationException();}public int indexOf(Object o) {return list.indexOf(o);}public int lastIndexOf(Object o) {return list.lastIndexOf(o);}public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {throw new UnsupportedOperationException();}@Overridepublic void replaceAll(UnaryOperator<E> operator) {throw new UnsupportedOperationException();}@Overridepublic void sort(Comparator<? super E> c) {throw new UnsupportedOperationException();}public ListIterator<E> listIterator() {return listIterator(0);}public ListIterator<E> listIterator(final int index) {return new ListIterator<E>() {private final ListIterator<? extends E> i= list.listIterator(index);public boolean hasNext() {return i.hasNext();}public E next() {return i.next();}public boolean hasPrevious() {return i.hasPrevious();}public E previous() {return i.previous();}public int nextIndex() {return i.nextIndex();}public int previousIndex() {return i.previousIndex();}public void remove() {throw new UnsupportedOperationException();}public void set(E e) {throw new UnsupportedOperationException();}public void add(E e) {throw new UnsupportedOperationException();}@Overridepublic void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {i.forEachRemaining(action);}};}public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {return new UnmodifiableList<>(list.subList(fromIndex, toIndex));}
}
其他类型的不可变集合也基本是这样的,用一个包装器类,持有实际集合类的引用,只对外提供查询的方法,增删改的通通抛异常。
2.同步的集合
如果你需要将一个集合的所有操作都设置为线程安全的,Collections.synchronizedXXX()
是一种方法。
Collections
提供了对以下集合的同步化支持:
我们选几个典型的看看实现。
public static <T> Collection<T> synchronizedCollection(Collection<T> c) {return new SynchronizedCollection<>(c);
}//第二个参数是用于同步的对象
static <T> Collection<T> synchronizedCollection(Collection<T> c, Object mutex) {return new SynchronizedCollection<>(c, mutex);
}static class SynchronizedCollection<E> implements Collection<E>, Serializable {private static final long serialVersionUID = 3053995032091335093L;final Collection<E> c; // 实际的集合final Object mutex; // 同步的对象SynchronizedCollection(Collection<E> c) {this.c = Objects.requireNonNull(c);mutex = this;}SynchronizedCollection(Collection<E> c, Object mutex) {this.c = Objects.requireNonNull(c);this.mutex = Objects.requireNonNull(mutex);}public int size() {synchronized (mutex) {return c.size();}}public boolean isEmpty() {synchronized (mutex) {return c.isEmpty();}}public boolean contains(Object o) {synchronized (mutex) {return c.contains(o);}}public Object[] toArray() {synchronized (mutex) {return c.toArray();}}public <T> T[] toArray(T[] a) {synchronized (mutex) {return c.toArray(a);}}public Iterator<E> iterator() {return c.iterator(); // 迭代器没有进行同步操作,需要使用者自己同步}public boolean add(E e) {synchronized (mutex) {return c.add(e);}}public boolean remove(Object o) {synchronized (mutex) {return c.remove(o);}}public boolean containsAll(Collection<?> coll) {synchronized (mutex) {return c.containsAll(coll);}}public boolean addAll(Collection<? extends E> coll) {synchronized (mutex) {return c.addAll(coll);}}public boolean removeAll(Collection<?> coll) {synchronized (mutex) {return c.removeAll(coll);}}public boolean retainAll(Collection<?> coll) {synchronized (mutex) {return c.retainAll(coll);}}public void clear() {synchronized (mutex) {c.clear();}}public String toString() {synchronized (mutex) {return c.toString();}}// Override default methods in Collection@Overridepublic void forEach(Consumer<? super E> consumer) {synchronized (mutex) {c.forEach(consumer);}}@Overridepublic boolean removeIf(Predicate<? super E> filter) {synchronized (mutex) {return c.removeIf(filter);}}@Overridepublic Spliterator<E> spliterator() {return c.spliterator(); // Must be manually synched by user!}@Overridepublic Stream<E> stream() {return c.stream(); // Must be manually synched by user!}@Overridepublic Stream<E> parallelStream() {return c.parallelStream(); // Must be manually synched by user!}private void writeObject(ObjectOutputStream s) throws IOException {synchronized (mutex) {s.defaultWriteObject();}}
}
可以看到实现很简单,几乎在所有方法上都添加了 synchronized
,这样得到的集合在并发环境中效率可是大打折扣。要是对准确率要求比性能高,可以用用。
不过需要注意的是,我们在使用 Collections.synchronizedCollection(c)
返回的迭代器时,需要手动对迭代器进行同步,比如这样:
Collection c = Collections.synchronizedCollection(myCollection);...synchronized (c) {Iterator i = c.iterator(); // Must be in the synchronized blockwhile (i.hasNext())foo(i.next());}
否则在迭代时有并发操作,可能会导致不确定性问题。
其他的同步集合也都类似,暴力的使用了 synchronized
,没什么特别的,就不赘述了。
3.有类型检查的集合
日常开发中我们经常需要使用 Object 作为返回值,然后在具体的使用处强转成指定的类型,在这个强转的过程中,编译器无法检测出强转是否成功。
这时我们就可以使用 Collections.checkedXXX(c, type)
方法创建一个只保存某个类型数据的集合,在添加时会进行类型检查操作。
虽然使用泛型也可以实现在编译时检查,但在运行时,泛型擦除成 Object,最终还是需要强转。
Collections
提供了对以下集合的类型检查:
Collections.checkedCollection(c, type)
方法提供了操作所有集合的基本操作,我们直接看它如何实现的就好了:
public static <E> Collection<E> checkedCollection(Collection<E> c,Class<E> type) {return new CheckedCollection<>(c, type);
}@SuppressWarnings("unchecked")
static <T> T[] zeroLengthArray(Class<T> type) {return (T[]) Array.newInstance(type, 0);
}/*** @serial include*/
static class CheckedCollection<E> implements Collection<E>, Serializable {private static final long serialVersionUID = 1578914078182001775L;final Collection<E> c;final Class<E> type; //目标类型void typeCheck(Object o) {if (o != null && !type.isInstance(o)) //检查是否和目标类型一致throw new ClassCastException(badElementMsg(o));}private String badElementMsg(Object o) {return "Attempt to insert " + o.getClass() +" element into collection with element type " + type;}CheckedCollection(Collection<E> c, Class<E> type) {if (c==null || type == null)throw new NullPointerException();this.c = c;this.type = type;}public int size() { return c.size(); }public boolean isEmpty() { return c.isEmpty(); }public boolean contains(Object o) { return c.contains(o); }public Object[] toArray() { return c.toArray(); }public <T> T[] toArray(T[] a) { return c.toArray(a); }public String toString() { return c.toString(); }public boolean remove(Object o) { return c.remove(o); }public void clear() { c.clear(); }public boolean containsAll(Collection<?> coll) {return c.containsAll(coll);}public boolean removeAll(Collection<?> coll) {return c.removeAll(coll);}public boolean retainAll(Collection<?> coll) {return c.retainAll(coll);}public Iterator<E> iterator() {// JDK-6363904 - unwrapped iterator could be typecast to// ListIterator with unsafe set()final Iterator<E> it = c.iterator();return new Iterator<E>() {public boolean hasNext() { return it.hasNext(); }public E next() { return it.next(); }public void remove() { it.remove(); }};// Android-note: Should we delegate to it for forEachRemaining ?}public boolean add(E e) { //添加时调用了类型检查typeCheck(e);return c.add(e);}private E[] zeroLengthElementArray = null; // Lazily initializedprivate E[] zeroLengthElementArray() {return zeroLengthElementArray != null ? zeroLengthElementArray :(zeroLengthElementArray = zeroLengthArray(type));}public boolean addAll(Collection<? extends E> coll) {//这个方法可以让我们避免并发时内容改变导致的问题return c.addAll(checkedCopyOf(coll));}@SuppressWarnings("unchecked")//检查集合中的每个元素的类型Collection<E> checkedCopyOf(Collection<? extends E> coll) {Object[] a = null;try {E[] z = zeroLengthElementArray();a = coll.toArray(z);// Defend against coll violating the toArray contractif (a.getClass() != z.getClass())a = Arrays.copyOf(a, a.length, z.getClass());} catch (ArrayStoreException ignore) {// To get better and consistent diagnostics,// we call typeCheck explicitly on each element.// We call clone() to defend against coll retaining a// reference to the returned array and storing a bad// element into it after it has been type checked.//a = coll.toArray().clone();for (Object o : a)typeCheck(o);}// A slight abuse of the type system, but safe here.return (Collection<E>) Arrays.asList(a);}// Override default methods in Collection@Overridepublic void forEach(Consumer<? super E> action) {c.forEach(action);}@Overridepublic boolean removeIf(Predicate<? super E> filter) {return c.removeIf(filter);}@Overridepublic Spliterator<E> spliterator() {return c.spliterator();}@Overridepublic Stream<E> stream() {return c.stream();}@Overridepublic Stream<E> parallelStream() {return c.parallelStream();}
可以看到,只是在 add(e)
addAll()
时进行了类型检查而已,不符合目标类型就会抛出 ClassCastException
异常。
4.空集合
目前我还没想出什么时候需要创建一个空集合,看 Collections.emptyList()
的源码,创建的空列表除了内容为 0,还不支持添加操作,也就是永远就是个空的。
何必呢?不懂啊。
public static final <T> List<T> emptyList() {return (List<T>) EMPTY_LIST;
}/*** @serial include*/
private static class EmptyList<E>extends AbstractList<E>implements RandomAccess, Serializable {private static final long serialVersionUID = 8842843931221139166L;public Iterator<E> iterator() {return emptyIterator();}public ListIterator<E> listIterator() {return emptyListIterator();}public int size() {return 0;}public boolean isEmpty() {return true;}public boolean contains(Object obj) {return false;}public boolean containsAll(Collection<?> c) { return c.isEmpty(); }public Object[] toArray() { return new Object[0]; }public <T> T[] toArray(T[] a) {if (a.length > 0)a[0] = null;return a;}public E get(int index) {throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);}public boolean equals(Object o) {return (o instanceof List) && ((List<?>)o).isEmpty();}public int hashCode() { return 1; }@Overridepublic boolean removeIf(Predicate<? super E> filter) {Objects.requireNonNull(filter);return false;}// Override default methods in Collection@Overridepublic void forEach(Consumer<? super E> action) {Objects.requireNonNull(action);}@Overridepublic Spliterator<E> spliterator() { return Spliterators.emptySpliterator(); }@Overridepublic void replaceAll(UnaryOperator<E> operator) {Objects.requireNonNull(operator);}@Overridepublic void sort(Comparator<? super E> c) {}// Preserves singleton propertyprivate Object readResolve() {return EMPTY_LIST;}
}
5.只含一个元素的集合
这个很好理解,有时候第三方方法需要的参数是一个 Map,而我们只有一组 key-value
数据怎么办,可以使用 Collections.singletonMap(key, value)
创建一个 Map。
我们来看下它的源码:
public static <K,V> Map<K,V> singletonMap(K key, V value) {return new SingletonMap<>(key, value);
}private static class SingletonMap<K,V>extends AbstractMap<K,V>implements Serializable {private static final long serialVersionUID = -6979724477215052911L;private final K k;private final V v;//构造函数中将参数的 k-v 保存到唯一的 k 和 v 中SingletonMap(K key, V value) {k = key;v = value;}public int size() {return 1;}public boolean isEmpty() {return false;}public boolean containsKey(Object key) {return eq(key, k);}public boolean containsValue(Object value) {return eq(value, v);}public V get(Object key) {return (eq(key, k) ? v : null);}private transient Set<K> keySet = null;private transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet = null;private transient Collection<V> values = null;public Set<K> keySet() {if (keySet==null)keySet = singleton(k);return keySet;}public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {if (entrySet==null)entrySet = Collections.<Map.Entry<K,V>>singleton(new SimpleImmutableEntry<>(k, v));return entrySet;}public Collection<V> values() {if (values==null)values = singleton(v);return values;}// Override default methods in Map@Overridepublic V getOrDefault(Object key, V defaultValue) {return eq(key, k) ? v : defaultValue;}@Overridepublic void forEach(BiConsumer<? super K, ? super V> action) {action.accept(k, v);}@Overridepublic void replaceAll(BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> function) {throw new UnsupportedOperationException();}@Overridepublic V putIfAbsent(K key, V value) {throw new UnsupportedOperationException();}@Overridepublic boolean remove(Object key, Object value) {throw new UnsupportedOperationException();}@Overridepublic boolean replace(K key, V oldValue, V newValue) {throw new UnsupportedOperationException();}@Overridepublic V replace(K key, V value) {throw new UnsupportedOperationException();}@Overridepublic V computeIfAbsent(K key,Function<? super K, ? extends V> mappingFunction) {throw new UnsupportedOperationException();}@Overridepublic V computeIfPresent(K key,BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> remappingFunction) {throw new UnsupportedOperationException();}@Overridepublic V compute(K key,BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> remappingFunction) {throw new UnsupportedOperationException();}@Overridepublic V merge(K key, V value,BiFunction<? super V, ? super V, ? extends V> remappingFunction) {throw new UnsupportedOperationException();}
}
这个比较简单,比我们自己创建一个 Map 然后把数据放进去简单些。
注意返回的 map 不支持删除、替换操作。
Collections
支持创建单例的其他集合类型:
提供的多种集合操作方法
排序
Collections 中提供了按自然排序 Comparable
进行比较的方法 sort(list)
:
public static <T extends Comparable<? super T>> void sort(List<T> list) {if (list.getClass() == ArrayList.class) { //Arrays.sort(((ArrayList) list).elementData, 0, list.size());return;}Object[] a = list.toArray();Arrays.sort(a);ListIterator<T> i = list.listIterator();for (int j=0; j<a.length; j++) {i.next();i.set((T)a[j]);}
}
可以看到如果是 ArrayList 就直接调用 Arrays.sort(((ArrayList) list).elementData, 0, list.size())
,因为 ArrayList 的底层实现就是数组嘛;否则先调用 Arrays.sort(a)
,然后遍历、更新。
我们去看一下 Arrays 对数组的排序方法:
public static void sort(Object[] a, int fromIndex, int toIndex) {rangeCheck(a.length, fromIndex, toIndex);if (LegacyMergeSort.userRequested)legacyMergeSort(a, fromIndex, toIndex);elseComparableTimSort.sort(a, fromIndex, toIndex, null, 0, 0);
}
static final class LegacyMergeSort {// Android-changed: Never use circular merge sort.private static final boolean userRequested = false;
}
通过注释可以看到,Android 中不使用传统的归并排序。那我们看 ComparableTimSort.sort(a, fromIndex, toIndex, null, 0, 0)
:
static void sort(Object[] a, int lo, int hi, Object[] work, int workBase, int workLen) {assert a != null && lo >= 0 && lo <= hi && hi <= a.length;int nRemaining = hi - lo;if (nRemaining < 2)return; // Arrays of size 0 and 1 are always sorted// If array is small, do a "mini-TimSort" with no mergesif (nRemaining < MIN_MERGE) { // MIN_MERGE = 32int initRunLen = countRunAndMakeAscending(a, lo, hi);binarySort(a, lo, hi, lo + initRunLen);return;}//... 略去复杂的 TimSort 实现
}
可以看到,如果元素太少,会使用 二分插入排序 binarySort
。
binarySort
的思想是二分、将后续的数插入之前的已排序数组。
binarySort 对数组 a[lo:hi] 进行排序,并且a[lo:start] 是已经排好序的。
算法的思路是对a[start:hi] 中的元素,每次使用binarySearch 为它在 a[lo:start] 中找到相应位置,并插入。
如果元素太多就会使用 TimSort
,这个算法是一种起源于归并排序和插入排序的混合排序算法,由 Tim Peters 于2002 年在 Python 语言中提出。
TimSort
的实现比较复杂,我们这里简单了解一下即可:
TimSort
的思想是先对待排序列进行分区,然后再对分区进行合并,看起来和归并排序很相似,但是其中有一些针对反向和大规模数据的优化处理。
Collections
还提供了一种带有定制排序参数的排序方法:
public static <T> void sort(List<T> list, Comparator<? super T> c) {if (list.getClass() == ArrayList.class) {Arrays.sort(((ArrayList) list).elementData, 0, list.size(), (Comparator) c);return;}Object[] a = list.toArray();Arrays.sort(a, (Comparator)c);ListIterator<T> i = list.listIterator();for (int j=0; j<a.length; j++) {i.next();i.set((T)a[j]);}
}
和不传入定制排序比较器使用的算法是一样的,区别就在于比较大小时的标准不一样。
二分查找
我们都知道二分查找需要数据是有序的,在有序的情况下它时间复杂度平均为 O(logn)。
但是在 Collections.binarySearch()
的实现中,针对查找列表的不同类型,采用了不同的查找方法:
public static <T>
int binarySearch(List<? extends Comparable<? super T>> list, T key) {if (list instanceof RandomAccess || list.size()<BINARYSEARCH_THRESHOLD) //BINARYSEARCH_THRESHOLD = 5000;return Collections.indexedBinarySearch(list, key);elsereturn Collections.iteratorBinarySearch(list, key);
}
如果这个 list 支持随机访问(比如 ArrayList),就调用 indexedBinarySearch()
方法,否则调用 iteratorBinarySearch()
,我们挨个看看。
indexedBinarySearch()
:
private static <T>
int indexedBinarySearch(List<? extends Comparable<? super T>> list, T key) {int low = 0;int high = list.size()-1;while (low <= high) {int mid = (low + high) >>> 1; //无符号右移 1 位,等于除二Comparable<? super T> midVal = list.get(mid); //这个 get 方法时间复杂度为 O(1)int cmp = midVal.compareTo(key);if (cmp < 0)low = mid + 1;else if (cmp > 0)high = mid - 1;elsereturn mid; // key found}return -(low + 1); // key not found
}
由于支持随机访问,所以在其中的获取方法时间复杂度很低。
相反看下 iteratorBinarySearch
方法:
private static <T>
int iteratorBinarySearch(List<? extends Comparable<? super T>> list, T key)
{int low = 0;int high = list.size()-1;ListIterator<? extends Comparable<? super T>> i = list.listIterator();while (low <= high) {int mid = (low + high) >>> 1;Comparable<? super T> midVal = get(i, mid); //关键在于这个 get)()int cmp = midVal.compareTo(key);if (cmp < 0)low = mid + 1;else if (cmp > 0)high = mid - 1;elsereturn mid; // key found}return -(low + 1); // key not found
}private static <T> T get(ListIterator<? extends T> i, int index) {T obj = null;int pos = i.nextIndex();if (pos <= index) {do {obj = i.next();} while (pos++ < index);} else {do {obj = i.previous();} while (--pos > index);}return obj;
}
可以看到,不支持随机访问的 List(比如链表 LinkedList)在二分查找时,每次获取元素都需要去遍历迭代器,这样就大大降低了效率,时间复杂度可能会达到 O(n) 及以上。
反转列表
如果让你实现一个反转列表的方法你会怎么写?据说有的公司出过这样的面试题。
来看看 Collections.reverse(list)
是怎么实现的吧:
public static void reverse(List<?> list) {int size = list.size();if (size < REVERSE_THRESHOLD || list instanceof RandomAccess) {for (int i=0, mid=size>>1, j=size-1; i<mid; i++, j--)swap(list, i, j);} else {// instead of using a raw type here, it's possible to capture// the wildcard but it will require a call to a supplementary// private methodListIterator fwd = list.listIterator();ListIterator rev = list.listIterator(size);for (int i=0, mid=list.size()>>1; i<mid; i++) {Object tmp = fwd.next();fwd.set(rev.previous());rev.set(tmp);}}
}
public static void swap(List<?> list, int i, int j) {final List l = list;l.set(i, l.set(j, l.get(i)));
}
可以看到,当 List 支持随机访问时,可以直接从头开始,第一个元素和最后一个元素交换位置,一直交换到中间位置。
这里的这个 swap()
交换方法写的很简练哈,这里简单解释一下:
l.get(i)
返回位置 i 上的元素l.set(j,l.get(i))
将 i 上的元素设置给 j,同时由于List.set(i,E)
返回这个位置上之前的元素,所以可以返回原来在 j 上的元素- 然后再设置给 i
我们需要对集合的方法很熟悉才能写出这样的代码。
话说回不支持随机访问的列表,就使用两个迭代器,一个从头开始一个从尾开始,遍历、赋值。
还是比较简单的哈。
打乱列表中的元素
这个应该很容易实现的,只要随机交换元素的位置就好了。看看是不是这么实现的呢:
public static void shuffle(List<?> list) {Random rnd = r;if (rnd == null)r = rnd = new Random(); // harmless race.shuffle(list, rnd);
}
public static void shuffle(List<?> list, Random rnd) {int size = list.size();if (size < SHUFFLE_THRESHOLD || list instanceof RandomAccess) {for (int i=size; i>1; i--) //支持随机访问,就随机赋值swap(list, i-1, rnd.nextInt(i));} else {Object arr[] = list.toArray(); //不支持随机访问,就转成数组// Shuffle arrayfor (int i=size; i>1; i--) //然后遍历数组交换swap(arr, i-1, rnd.nextInt(i));ListIterator it = list.listIterator();for (int i=0; i<arr.length; i++) { //把打乱的元素写回列表it.next();it.set(arr[i]);}}
}
可以看到,在打乱列表时能否随机访问的列表使用的方式也略有不同。支持随机访问的就直接随机交换即可。
不支持随机访问的,在这种需要对全部元素做操作的情况下就比较尴尬了。上面的代码先将列表转成了数组,我们看看不支持随机访问的典型代表 LinkedList
如何实现的 toArray()
方法:
public Object[] toArray() {Object[] result = new Object[size];int i = 0;for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)result[i++] = x.item;return result;
}
辛酸泪啊,得遍历一次。
转成数组后先进行了随机交换,然后又把打乱的元素写回列表,折腾死了哦。
填充列表
Collections 还有个 fill()
方法,表示使用指定的元素替换列表中的所有元素,也就是“你们都滚蛋,让我复制 N 个”。
public static <T> void fill(List<? super T> list, T obj) {int size = list.size();if (size < FILL_THRESHOLD || list instanceof RandomAccess) {for (int i=0; i<size; i++)list.set(i, obj);} else {ListIterator<? super T> itr = list.listIterator();for (int i=0; i<size; i++) {itr.next();itr.set(obj);}}
}
实现很简单,介绍它是因为好奇什么时候会有这个需求?
求出集合中最小/大值
求最大最小值很简单,这里就不说了,就是提醒大家 Collections 有这些个方法:
public static <T extends Object & Comparable<? super T>> T min(Collection<? extends T> coll) {Iterator<? extends T> i = coll.iterator();T candidate = i.next();while (i.hasNext()) {T next = i.next();if (next.compareTo(candidate) < 0)candidate = next;}return candidate;
}
public static <T> T max(Collection<? extends T> coll, Comparator<? super T> comp) {if (comp==null)return (T)max((Collection) coll);Iterator<? extends T> i = coll.iterator();T candidate = i.next();while (i.hasNext()) {T next = i.next();if (comp.compare(next, candidate) > 0)candidate = next;}return candidate;
}
查找子列表最早出现的索引
又是一道典型的面试题,你会怎么解呢?
我们来看看 Collections 类给出的方法吧:
public static int indexOfSubList(List<?> source, List<?> target) {int sourceSize = source.size();int targetSize = target.size();int maxCandidate = sourceSize - targetSize; //记录父列表和子列表个数差距if (sourceSize < INDEXOFSUBLIST_THRESHOLD ||(source instanceof RandomAccess&&target instanceof RandomAccess)) { //支持随机访问nextCand: //定义跳转入口for (int candidate = 0; candidate <= maxCandidate; candidate++) { //从0开始for (int i=0, j=candidate; i<targetSize; i++, j++)if (!eq(target.get(i), source.get(j)))continue nextCand; // Element mismatch, try next candreturn candidate; // All elements of candidate matched target}
先看支持随机访问的(比如 ArrayList)。
这里的代码使用了暴力的双重循环,第一层从 0 开始,最多查找 maxCandidate(父列表和子列表个数差距)次;
第二层开始,将第一层遍历的索引范围内,父列表和子列表对应位置的元素挨个对比,一旦有一个不相等,就回到第一层循环,继续往后走一个。
直到第二层顺利循环结束,就找到了子列表的索引。
其实思想就是:用两个游标,一个表示父列表的第一个元素,另一个表示可能是子列表元素范围的索引,在遍历过程中如果发现的确和子列表所有元素都相等,那就找到了子列表。
话说回来不支持随机访问的是如何找到子列表的呢?
} else { // Iterator version of above algorithmListIterator<?> si = source.listIterator();nextCand:for (int candidate = 0; candidate <= maxCandidate; candidate++) {ListIterator<?> ti = target.listIterator();for (int i=0; i<targetSize; i++) {if (!eq(ti.next(), si.next())) {// Back up source iterator to next candidatefor (int j=0; j<i; j++)si.previous();continue nextCand;}}return candidate;}}return -1; // No candidate matched the target
}
思想有些类似,不同的是在不相等时,会往前移动一位指示目标列表位置的索引。
总结
可以看到 Collections 方法提供了很多有用的工具方法,其中有一部分也涉及到一些算法,经过这篇文章你是不是更了解了呢?
Thanks
http://blog.csdn.net/bruce_6/article/details/38299199
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