数组与集合的相互转换

在实际开发过程中，为了处理的方便或者接口类型的要求，我们经常需要在集合与数组之间进行相互转换，JDK为我们提供了方便的工具类和相应的方法来完成这个工作。Arrays.asList()方法与Collection.toArray()方法一起充当了基于数组的API与基于 Collection的API之间相互转化的桥梁，但是由于不甚了解其实现的原理，很多同学在使用的过程中经常会被一些问题困扰，在此通过源码解读总结一下相关的知识。

1. 集合转数组

Collection接口中定义了两个方法用于将集合中的元素转成数组中的元素，所有实现了Collection接口的集合类型，比如ArrayList，HashSet都必须实现这两个方法，虽然各类集合的具体实现方式可能会不同，但是这两个方法的功能是确定的。下面以ArrayList<String>转String[]为例，我们可以分别查看其在JDK1.7中的源码

ArrayList.toArray()

/*** Returns an array containing all of the elements in this list* in proper sequence (from first to last element).* * ...**/
public Object[] toArray() {return Arrays.copyOf(elementData, size);
}

从上述代码可以看到，toArray()方法直接把ArrayList底层数组elementData中的元素全部拷贝到一个新数组中并返回，不管ArrayList中存储的是哪种类型的元素，该方法的返回类型都是Object[]数组，如果调用者试图将Object[]转成具体对象数组类型，比如

ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
String[] strings = (String[]) list.toArray();

那么就会抛出ClassCastException，因为这是不支持的强转方式。那么我们如何才能得到想要的具体对象类型的数组呢？另一个重载的toArray()方法可以解决。

ArrayList.toArray(T[] a)

我们先来看看该方法的源码

/*** Returns an array containing all of the elements in this list in proper* sequence (from first to last element); the runtime type of the returned* array is that of the specified array.  If the list fits in the* specified array, it is returned therein.  Otherwise, a new array is* allocated with the runtime type of the specified array and the size of* this list.**/
@SuppressWarnings("unchecked")
public <T> T[] toArray(T[] a) {if (a.length < size)// Make a new array of a's runtime type, but my contents:return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);if (a.length > size)a[size] = null;return a;
}

该方法是一个泛型方法，支持任何对象类型。要求调用者传递一个指定类型的数组对象a，如果a装不下ArrayList的所有元素，那么就会新建一个长度合适的数组，数组的类型就是a的运行时类型（通过反射得到a中元素的类型）；如果传入的数组a装得下所有元素，那么直接把集合中的所有元素都拷贝到数组a中，并且如果数组的长度超过了集合的size，那么拷贝完成之后要把数组中剩余空间的首元素置空，目的是用于标记集合元素的结束位置，类似于c语言中字符串的结束标志“\0”的作用。

通过对比上述两个方法，可以明显感觉到JDK 1.5引入泛型之后带来的方便之处，所以在明确知道集合中元素的类型并且想要使用泛型，那么推荐使用第二个转换方法。

2. 数组转集合

由于数组是一种特殊的类型，为了更加方便地操作它，JDK提供了一个强大的工具类Arrays，它提供了一个静态方法asList()来实现数组到集合的直接转换。

Arrays.asList()

首先看源码

/*** Returns a fixed-size list backed by the specified array.  (Changes to* the returned list "write through" to the array.)  This method acts* as bridge between array-based and collection-based APIs, in* combination with {@link Collection#toArray}.  The returned list is* serializable and implements {@link RandomAccess}.**/
@SafeVarargs
public static <T> List<T> asList(T... a) {return new ArrayList<>(a);
}

这个方法看起来非常方便好用，但是实际上使用它会有诸多限制。方法体只有一句话，就是使用传递进来的可变参数a（可以是对象类型的数组或者一个对象列表，比如字符串列表{“a”, “b”, “c”}）重新new了一个ArrayList再直接返回，但是我们知道java.util.ArrayList类并没有相应版本的构造函数。通过F3键继续查看源码，我们发现这个ArrayList其实并不是我们常用的那个ArrayList，它是Arrays的一个私有内部类java.util.Arrays.ArrayList，它确实提供了一个合适的构造方法ArrayList(E[] array)

private static class ArrayList<E> extends AbstractList<E>implements RandomAccess, java.io.Serializable
{private static final long serialVersionUID = -2764017481108945198L;private final E[] a;ArrayList(E[] array) {if (array==null)throw new NullPointerException();a = array;}public int size() {return a.length;}public Object[] toArray() {return a.clone();}public <T> T[] toArray(T[] a) {int size = size();if (a.length < size)return Arrays.copyOf(this.a, size,(Class<? extends T[]>) a.getClass());System.arraycopy(this.a, 0, a, 0, size);if (a.length > size)a[size] = null;return a;}public E get(int index) {return a[index];}public E set(int index, E element) {E oldValue = a[index];a[index] = element;return oldValue;}public int indexOf(Object o) {if (o==null) {for (int i=0; i<a.length; i++)if (a[i]==null)return i;} else {for (int i=0; i<a.length; i++)if (o.equals(a[i]))return i;}return -1;}public boolean contains(Object o) {return indexOf(o) != -1;}
}

这样看来，似乎已经解决了从数组到集合的转化问题，实际上转化确实已经实现了，但是遗留的问题是，我们并不能对这个返回的Arrays$ArrayList的对象进行结构修改操作，当调用add或remove方法对集合做增删操作时，会抛出不支持此操作的异常，具体原因我们可以通过分析它的继承体系来探究。

从上面的源码可以看到Arrays$ArrayList继承了抽象类AbstractList，而AbstractList实现了List接口，并且实现了List接口中的大部分骨干方法。我们常用的ArrayList、Vector等集合类都继承自AbstractList，他们各自需要把AbstractList中没有实现的那些List方法根据自身的操作特点单独实现。这么做的目的其实就是为了更好地使用多态的特性！我们可以通过List引用来指向子类对象ArrayLaist或者Vector，调用List中的方法就可以通过动态绑定去调用子类中重写的方法。然而，AbstractList所实现的List骨干方法中并不包括add、remove这些操作，因为修改不同的集合类没有统一的操作方式，所以这类方法必须要留给具体的集合类自己去实现，那么AbstractList真的就没有实现add和remove方法吗？我们再来看一下AbstractList的源码

public abstract class AbstractList<E> extends AbstractCollection<E> implements List<E> {/*** Sole constructor.  (For invocation by subclass constructors, typically* implicit.)*/protected AbstractList() {}public boolean add(E e) {add(size(), e);return true;}abstract public E get(int index);public E set(int index, E element) {throw new UnsupportedOperationException();}public void add(int index, E element) {throw new UnsupportedOperationException();}public E remove(int index) {throw new UnsupportedOperationException();}...

可以清楚地看到，AbstractList没有给出get方法的实现，那么这就要求任何继承了他的子类必须要给出get方法的实现，除非这个子类也是抽象类，而对于set，add，remove方法，AbstractList直接抛出UnsupportedOperationException，这又是为什么呢？原因很简单，如果继承他的子类也没有重写这三个方法，那就说明该子类不支持相应的操作！如果子类实现了这三个方法，那么根据多态的特性，运行时执行的就是子类中的set，add，remove方法，所以问题全都回到了Arrays$ArrayList自身，我们再回过头去看他的源码，很明显它实现了get方法，重写了set方法，但却没有重写add和remove方法，所以当我们调用add和remove方法时，实际上执行的是其父类AbstractList中对应的方法，所以也就理所应当地抛出了UnsupportedOperationException异常。

一般而言，我们是需要对Arrays.asList()返回的集合对象做get、add等操作的，那么我们如何实现呢？答案也很简单，那就是利用这个返回的Arrays$ArrayList对象再new一个java.util.ArrayList对象:

String[] a = {"a", "b", "c"};
List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList(a));

另外，工具类Collections也提供了一个方法可以实现数组到集合的拷贝

String[] s = {"a", "b", "c"};
List<String> list = new ArrayList<>();
Set<String> set = new HashSet<>();Collections.addAll(list, s);
Collections.addAll(set, s);

这个方法要求数组中的元素必须是对象类型的，那么如果是基本类型的数组，如何转换呢？

基本数据类型数组转集合

由于java的集合是用于统一组织管理多个对象的，其内部储存的只是各个对象的引用，而8种基本数据类型不是Object的子类，即不是对象类型，所以不能把它们放到集和之中。从JDK1.5开始，为了方便操作，java支持基本数据类型的autoboxing/unboxing，那么如果使用Arrays.asList()方法，能不能将int[]转成List<Integer>的集合呢? 让我们来试验一下

int[] a = { 1, 2, 3 };
String[] b = { "a", "b", "c" };List listA = Arrays.asList(a);
List listB = Arrays.asList(b);System.out.println(listA);
System.out.println(listA.get(0).getClass().getName());
System.out.println(listA.size());System.out.println(listB);
System.out.println(listB.get(0).getClass().getName());
System.out.println(listB.size());

输出结果如下

[[I@31b47bff]
[I
1
[a, b, c]
java.lang.String
3

可以看到数组b中存储的是String类型，结果符合预期，实现了对象数组到集合的转换，而对于数组a，asList()也能正确执行，但是结果却很怪异，首先listA被打印出来的字符串是[I@31b47bff，看形式就知道这就是Object中定义的toString()方法的结果，也即是getClass().getName() + ‘@’ + Integer.toHexString(hashCode())，那么[I是什么呢？其实这个符号表示的是一维数组，再看listA.size()等于1，说明listA中只有一个对象，这对象就是数组a，没错，数组本身也是一个对象类型的，asList()方法直接把int[]数组a当做一个完整的对象了，然后把这个唯一的对象放到了List集合中。在大部分情况下，这种转换并不符合我们的本意，而且不报任何警告或异常，所以在使用时要特别注意这一点。

那么我们如何实现把一个int[]数组转成集合呢？

有两种基本选择，要么先把int[]数组转成Integer[]数组，然后使用asList()方法，要么就用for循环把数组元素一个一个地添加到集合中，这个过程会自动装箱。

至此，数组与collection集合之间的相互转换的方式和细节就比较清晰了。