Java中Array、List、Set、Map

一、Java中数组

数组用来存放固定数量的同类元素，声明方法：

T[] ref，T ref[]，如int[] intAry; int intAry[]。推荐用T[]的方式，后一种方式为兼容C++习惯写法。

初始化方法：

new设置数组长度，或者直接列出数组元素，如下：

 // 创建数组，如果在创建的同时不初始化数组则必须指定其大小
 intArray0 = new int[3];

 // 创建数组时，不指定数组大小则必须在创建的同时初始化数组
  intArray1 = new int[]{0,1,2};  

// 静态初始化简化方式
 int intArray3 [] = {30,31,32};

二、Java 数组和集合之间的关系

世间上本来没有集合,(只有数组参考C语言)但有人想要,所以有了集合
有人想有可以自动扩展的数组,所以有了List
有的人想有没有重复的数组,所以有了set
有人想有自动排序的组数,所以有了TreeSet,TreeList,Tree**  

而几乎有有的集合都是基于数组来实现的.
因为集合是对数组做的封装,所以,数组永远比任何一个集合要快  

但任何一个集合,比数组提供的功能要多  

一：数组声明了它容纳的元素的类型，而集合不声明。这是由于集合以object形式来存储它们的元素。  

二：一个数组实例具有固定的大小，不能伸缩。集合则可根据需要动态改变大小。  

三：数组是一种可读/可写数据结构－－－没有办法创建一个只读数组。然而可以使用集合提供的ReadOnly方法，以只读方式来使用集合。该方法将返回一个集合的只读版本。

注：java中可创建只读集合和同步集合，方法如下：

// 只读集合
List<String> readOnlyList = Collections.unmodifiableList(list);
System.out.println(readOnlyList.getClass());
// 同步集合
List<String> synchronizedList = Collections.synchronizedList(list);
System.out.println(synchronizedList.getClass());

如果试图对只读集合进行添加或修改，将会抛出UnsupportedOperationException异常：
如果不希望方法返回的集合被修改，就可以使用只读集合；如果想要获取线程安全的集合，就可以使用同步集合。

三、数组和集合的差异

数组array是固定大小不能动态改变，只能存同一种类型，可传递继承类型，即Number是Integer的父类，则Number[]是Integer[]的父类型，即可将Integer[]当做实参传入形参要求为Number[]的函数中。

集合是对数组能力的扩展，基于数据或链表结构实现，只能存放引用类型，不能存放基本类型；不能进行类型传递，即Listt<Number>不能看作List<Integer>的父类型。

四、数组集合的使用建议

建议65：避开基本类型数组转换列表陷阱

　　我们在开发中经常会使用Arrays和Collections这两个工具类和列表之间转换，非常方便，但也有时候会出现一些奇怪的问题，来看如下代码：　

1 public class Client65 {
2     public static void main(String[] args) {
3         int data [] = {1,2,3,4,5};
4         List list= Arrays.asList(data);
5         System.out.println("列表中的元素数量是："+list.size());
6     }
7 }

　　也许你会说，这很简单，list变量的元素数量当然是5了。但是运行后打印出来的列表数量为1。

　　事实上data确实是一个有5个元素的int类型数组，只是通过asList转换成列表后就只有一个元素了，这是为什么呢？其他4个元素到什么地方去了呢？

　　我们仔细看一下Arrays.asList的方法说明：输入一个变长参数，返回一个固定长度的列表。注意这里是一个变长参数，看源码：

  public static <T> List<T> asList(T... a) {
        return new ArrayList<>(a);
    }

　　asList方法输入的是一个泛型变长参数，我们知道基本类型是不能泛型化的，也就是说8个基本类型不能作为泛型参数，要想作为泛型参数就必须使用其所对应的包装类型，那前面的例子传递了一个int类型的数组，为何程序没有报编译错误呢？

　　在Java中，数组是一个对象，它是可以泛型化的，也就是说我们的例子是把一个int类型的数组作为了T的类型，所以在转换后在List中就只有一个类型为int数组的元素了，我们打印出来看看，代码如下：　

1 public class Client65 {
2     public static void main(String[] args) {
3         int data [] = {1,2,3,4,5};
4         List list= Arrays.asList(data);
5         System.out.println("元素类型是："+list.get(0).getClass());
6         System.out.println("前后是否相等："+data.equals(list.get(0)));
7     }
8 }

　　输出的结果是： 元素类型是：class [I   前后是否相等：true

　　很明显，放在列表中的元素时一个int数组，可能有人要问了，为什么"元素类型:"后的class是"[I"？我们并没有指明是数组(Array)类型呀！这是因为JVM不可能输出Array类型，因为Array是属于java.lang.reflect包的，它是通过反射访问数组元素的工具类。在Java中任何一个一维数组的类型都是 " [I " ,究其原因就是Java并没有定义数组这一个类，它是在编译器编译的时候生成的，是一个特殊的类，在JDK的帮助中也没有任何数组类的信息。

　　弄清楚了问题，修改也很easy，直接使用包装类即可，部分代码如下：　

Integer data [] = {1,2,3,4,5};

　　把int替换为Integer即可让输出元素数量为5.需要说明的是，不仅仅是int类型的数组有这个问题，其它7个基本类型的数组也存在相似的问题，这就需要大家注意了，在把基本类型数组转换为列表时，要特别小心asList方法的陷阱，避免出现程序逻辑混乱的情况。

　　注意：原始类型数组不能作为asList的输入参数，否则会引起程序逻辑混乱。

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建议66：asList方法产生的List的对象不可更改

　　上一个建议指出了asList方法在转换基本类型数组时存在的问题，接着我们看一下asList方法返回的列表有何特殊的地方，代码如下：　　

 1 public class Client66 {
 2     public static void main(String[] args) {
 3         // 五天工作制
 4         Week days[] = { Week.Mon, Week.Tue, Week.Wed, Week.Thu, Week.Fri };
 5         // 转换为列表
 6         List<Week> list = Arrays.asList(days);
 7         // 增加周六为工作日
 8         list.add(Week.Sat);
 9         /* do something */
10     }
11 }
12 enum Week {
13     Sun, Mon, Tue, Wed, Thu, Fri, Sat
14 }

　　很简单的程序呀，默认声明的工作日(workDays)是从周一到周五，偶尔周六也会算作工作日加入到工作日列表中，不过，这段程序执行时会不会有什么问题呢？编译没有任何问题，但是一运行，却出现了如下结果：

　　

UnsupportedOperationException,不支持的操作，居然不支持list的add方法，这是什么原因呢？我们看看asList方法的源代码：

 public static <T> List<T> asList(T... a) {
        return new ArrayList<>(a);
    }

　　直接new了一个ArrayList对象返回，难道ArrayList不支持add方法，不可能呀！可能，问题就出现在这个ArrayList类上，此ArrayList非java.util.ArrayList，而是Arrays工具类的一个内部类，其构造函数如下所示：　

 1 private static class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
 2         implements RandomAccess, java.io.Serializable
 3     {
 4         private static final long serialVersionUID = -2764017481108945198L;
 5         private final E[] a;
 6
 7         ArrayList(E[] array) {
 8             if (array==null)
 9                 throw new NullPointerException();
10             a = array;
11         }
12      /*其它方法略*/
13 }    

　　这个ArrayList是一个静态私有内部类，除了Arrays能访问外，其它类都不能访问，仔细看这个类，它没有提供add方法，那肯定是父类AbstractList提供了，来看代码：　　

1  public boolean add(E e) {
2         add(size(), e);
3         return true;
4     }
5
6  public void add(int index, E element) {
7         throw new UnsupportedOperationException();
8     }

　　父类确实提供了，但没有提供具体的实现，所以每个子类都需要自己覆写add方法，而Arrays的内部类ArrayList没有覆写，因此add一个元素就报错了。

　　我们深入地看看这个ArrayList静态内部类，它仅仅实现了5个方法：

1. size：元素数量
2. get：获得制定元素
3. set：重置某一元素值
4. contains：是否包含某元素
5. toArray：转化为数组，实现了数组的浅拷贝

　　把这几个方法的源代码展示一下：　

 1  //元素数量
 2        public int size() {
 3             return a.length;
 4         }
 5
 6         public Object[] toArray() {
 7             return a.clone();
 8         }
 9         //转化为数组，实现了数组的浅拷贝
10         public <T> T[] toArray(T[] a) {
11             int size = size();
12             if (a.length < size)
13                 return Arrays.copyOf(this.a, size,
14                                      (Class<? extends T[]>) a.getClass());
15             System.arraycopy(this.a, 0, a, 0, size);
16             if (a.length > size)
17                 a[size] = null;
18             return a;
19         }
20         //获得指定元素
21         public E get(int index) {
22             return a[index];
23         }
24         //重置某一元素
25         public E set(int index, E element) {
26             E oldValue = a[index];
27             a[index] = element;
28             return oldValue;
29         }
30
31         public int indexOf(Object o) {
32             if (o==null) {
33                 for (int i=0; i<a.length; i++)
34                     if (a[i]==null)
35                         return i;
36             } else {
37                 for (int i=0; i<a.length; i++)
38                     if (o.equals(a[i]))
39                         return i;
40             }
41             return -1;
42         }
43         //是否包含元素
44         public boolean contains(Object o) {
45             return indexOf(o) != -1;
46         }

　　对于我们经常使用list.add和list.remove方法它都没有实现，也就是说asList返回的是一个长度不可变的列表，数组是多长，转换成的列表也就是多长，换句话说此处的列表只是数组的一个外壳，不再保持列表的动态变长的特性，这才是我们关注的重点。有些开发人员喜欢这样定义个初始化列表：　

    List<String> names= Arrays.asList("张三","李四","王五");

　　一句话完成了列表的定义和初始化，看似很便捷，却隐藏着重大隐患---列表长度无法修改。想想看，如果这样一个List传递到一个允许添加的add操作的方法中，那将会产生何种结果，如果有这种习惯的javaer，请慎之戒之，除非非常自信该List只用于只读操作。

针对ArrayList，使用高级for循环实质是通过Iterator来循环效率比基本for循环遍历元素稍差，在数据较多要用到性能时就不能为了简单用高级for循环。

频繁插入和删除元素时用LinkList，修改元素操作多时用ArrayList。

编写高质量代码:改善Java程序的151个建议(第5章:数组和集合___建议65~69)