第4章 Java中的类库

第4章Java中的类库前面的章节已经介绍了如何创建自己的类，如何使用系统提供的类。从各个案例中，可以体会到，在实际的项目开发中会有很多的对象，如何高效、方便地管理这些对象，成为影响程序性能与可维护性的重要环节。Java中为这个问题提供了一套完美的解决方案，这就是本章所要介绍的Java中的类库以及集合框架。4.1Java语言基础类库面向对象（ObjectOriented简称OO）是当今主流的程序设计方式，取代了20世纪70年代的“过程化”程序设计。Java是完全面向对象的语言，用其进行面向对象的软件开发是非常方便、高效的。本节将对面向对象的基础知识进行简单的介绍，主要包括面向对象程序设计思想的诞生、面向过程与面向对象程序设计思想的对比、面向对象技术的背景和特点等三方面的内容。随着软件复杂度的提高，以及Internet的迅猛发展，原先面向过程的软件开发方式已经很难满足软件开发的需要。针对日趋复杂的软件需求挑战，软件业界发展出了面向对象的软件开发模式。目前作为针对软件危机的最佳对策，OO技术已经引起人们的普遍关注。许多编程语言都推出了面向对象的新版本，一些软件开发合同甚至也指明了必须使用基于OO的技术和语言。4.2Object类Object类是所有Java类的顶层类，即所有类的祖先类（继承树的根）。如果一个类没有使用extends关键字继承某个类，那么编译器会自动将所创建的类视为Object类的子类。在Java语言中，无论是已经存在的，还是自己定义的类，实际上都继承了Object类的所有方法。4.2Object类方法作用protectedObjectclone()用于获得此对象的一个拷贝publicboolean

equals(Object

obj)用于判断参数对象和此对象是否相等protectedvoidfinalize()当垃圾回收器认为此对象不会再被引用时，垃圾回收器就会调用此方法publicfinalClassgetClass()用于获得此对象的所属类的类名publicint

hashCode()用于获取一个此对象对应的哈希表publicfinalvoidnotify()用于唤醒一个等待此对象监视器的线程publicfinalvoidnotifyAll()用于唤醒所有等待此对象监视器的线程publicStringtoString()用于获得一个代表此对象的字符串publicfinalvoidwait()用于挂起当前的线程publicfinalvoidwait(longtime)用于挂起当前的线程，直到其他线程调用此对象的notify()或notifyAll()方法，或制定时间段time已过publicfinalvoidwait(long

time,int

nanos)用于挂起当前的线程，直到其他线程调用此对象的notify()或notifyAll()方法，或制定时间段time已过4.3Java中的集合框架概述前面的章节已经介绍了如何创建自己的类，如何使用系统提供的类。从各个案例中，读者可以体会到，在实际的项目开发中会有很多的对象，如何高效、方便地管理这些对象，成为影响程序性能与可维护性的重要环节。Java中为这个问题提供了一套完美的解决方案，这就是本章所要介绍的集合框架。4.3Java中的集合框架概述4.4列表（List）通过上一节的介绍，已经了解了Ordered与Sorted的区别，下面将介绍集合框架中Ordered的几个接口与类。基本所有Ordered的接口与类都是属于列表（List）家族的，本节将对列表家族的接口与类进行介绍。4.4.1列表接口List接口继承自Collection接口，代表列表的功能（角色），其中的元素可以按索引的顺序访问，所以也可以称之为有索引的Collection。4.4.2列表的数组实现数组通过ArrayList类实现。ArrayList类是List接口最常用的实现之一，可以向其中添加包括null值在内的所有对象引用型的元素，甚至该类对象引用自己也可以作为其中的元素，这样可以方便的搭建一个树状结构的集合。构造器签名功能publicArrayList()该构造器将构造一个空的ArrayList对象。该对象的初始容量为10publicArrayList(int

initialCapacity)参数initialCapacity表示指定的初始容量，该构造器将构造一个具有指定容量的空ArrayList对象publicArrayList(Collectionc)参数c为包含指定元素的Collection。该构造器将构造一个以c中的元素为初始内容的ArrayList对象4.4.3向量Vector（向量）类的历史比较悠久，从Java一诞生就有，后来被作为集合框架的一部分，其性能特点与ArrayList基本上是相同的。不同之处是该类的功能方法是同步的，同一时刻只能有一个线程访问，没有特殊需要，现在一般都使用ArrayList。构造器签名功能publicVector()该构造器将构造一个空的Vector对象。该对象的初始容量为10publicVector(int

initialCapacity)参数initialCapacity表示指定的初始容量，该构造器将构造一个具有指定容量的空Vector对象publicVector(int

initialCapacity,

int

capacityIncrement)参数initialCapacity表示指定的初始容量，参数capacityIncrement表示当Vector满了时候，其容量的增量。该构造器将构造一个具有指定初始容量与指定增量的空Vector对象publicVector(Collectionc)参数c为包含指定元素的Collection。该构造器将构造一个以c中的元素为初始内容的Vector对象4.4.4列表的链接实现本小节主要介绍LinkedList类，功能与ArrayList、Vector相同，都是列表（List）的实现。其内部是依赖双链表来实现的，因此具有很好的插入删除性能，但随机访问元素的性能相对较差，适合用在插入、删除多，元素随机访问少的情况。构造器签名功能publicLinkedList()该构造器将构造一个空的LinkdList对象publicLinkedList(Collectionc)参数c为包含指定元素的Collection。该构造器将构造一个以c中的元素为初始内容的LinkedList对象4.4.5将数组转换为列表在开发中经常有这样的情况，需要将对象数组转换为列表来进行处理，可能会想到用循环来编程解决，其实不用，Java类库中java.util.Arrays类的静态方法asList就提供了这样的功能，下面给出了该方法的签名。publicstaticListasList(Ta)4.5集合（Set）Set接口及其子接口与实现了这些接口的类都可以称为集合（Set），本节将对集合相关的知识进行详细的介绍。首先介绍集合中的各个接口与类，然后介绍了集合的遍历以及从JavaSE5.0开始提供的for-each循环在遍历集合时的运用。4.5.1Set接口及含义Set接口也继承自Collection接口，其与同样继承自Collection接口的List不同之处如下。（1）List按顺序将对象引用添加进去，对引用指向的对象没有特别的要求，而Set要求在其中的任意两个引用指向的对象equals比较都返回False。也就是说，Set中不允许有重复的元素。（2）List中的元素有顺序，就是添加的顺序，Set中的元素没有顺序，Java有权以任意的顺序进行摆放。4.5.2HashSet类的使用HashSet类是Set接口最常用的实现之一，既不是Ordered的也不是Sorted的，元素在其中存储不保证任何顺序。实际上，HashSet存储对象引用时是按照哈希策略来实现的。另外，可以向HashSet中添加null值，但只能添加一次。构造器签名功能publicHashSet()该构造器将构造一个空的HashSet对象。该对象的初始容量为16publicHashSet(int

initialCapacity)参数initialCapacity表示指定的初始容量，该构造器将构造一个具有指定容量的空HashSet对象publicHashSet(Collectionc)参数c为包含指定元素的Collection。该构造器将构造一个以c中的元素为初始内容的HashSet对象4.5.3LinkedHashSet类的使用LinkedHashSet类是Ordered的，采用双链表实现，元素在其中的存储有固定的顺序，也就是插入元素的顺序。构造器签名功能publicLinkedHashSet()该构造器将构造一个空的LinkedHashSet对象。该对象的初始容量为16publicLinkedHashSet(int

initialCapacity)参数initialCapacity表示指定的初始容量，该构造器将构造一个具有指定容量的空LinkedHashSet对象publicLinkedHashSet(Collectionc)参数c为包含指定元素的Collection。该构造器将构造一个以c中的元素为初始内容的LinkedHashSet对象4.5.4SortedSet接口与TreeSet类本小节主要包括如下两方面的内容。SortedSet接口TreeSet类1．SortedSet接口2．TreeSet类4.5.5自定义满足Sorted集合的类插入到Sorted的集合中的元素都必须有天然的顺序，如上小结插入的字符串，就以字母数字为天然顺序。如果需要将自己开发类的对象作为元素，此类必须实现Comparable接口。其实，字符串之所以有其天然顺序，也是因为其类实现了Comparable接口。在插入元素时，由Comparable接口中compareTo方法的返回值来决定元素的顺序。该方法将返回一个int值，负整数、零或正整数代表了此对象是小于、等于还是大于指定对象。4.5.6定制SortedSet的排序规则从前面的例子中可以看出，SortedSet是按照元素的先天顺序（compareTo方法的返回值）排序的，但实际开发中可能会出现同一类型的元素在不同的SortedSet中按不同规则排序的需求，这时只是让元素所在类实现Comparable接口就不能满足要求了。要想满足上述要求，就需要实现Comparator接口。实现了Comparator接口的类通常称为比较器，可以给不同的SortedSet指定不同的比较器，以达到按不同规则对元素进行排序的需求。Comparator接口中的compare方法将描述特定的排序规则，该方法的签名如下。int

compare(Objecto1,Objecto2)4.5.7集合的遍历实际开发中，经常需要对集合中的所有元素进行遍历，对于List系列而言，可以利用元素的索引进行，而Set系列是没有索引的，这时就需要使用迭代器来完成遍历。迭代器是一个实现了Iterator接口的类的对象，所有实现了Collection接口的类都有一个名称为iterator的方法来获取迭代器。方法签名功能boolean

hasNext()该方法将测试集合中是否还有没遍历到的元素，如果有则返回True，否则返回FalseObjectnext()该方法将返回集合中下一个将要遍历的元素，如果集合中没有需要遍历的元素，将抛出NoSuchElementException，所以该方法经常与hasNext方法连用voidremove()该方法将下一个将要遍历的元素移除需要遍历对象的范围，也就是说，将不再遍历到下一个将要遍历的元素4.6映射（Map）通过前面章节的介绍，读者了解了Collection接口各个实现的特点与使用，下面将介绍集合框架中另外的几个接口与类，它们不继承或实现自Collection接口。从本章4.3小节的图4.1中可以看出，该部分是从Map接口继承或实现而来的，一般称为映射集。Map接口是实现键值映射数据结构的一个框架，可以用于存储通过键值引用的对象。键值的作用其实就相当于数组中的索引，每一个键值都是唯一的，可以利用键值来存取数据结构中指定位置上的数据。本节首先分别介绍映射集中的接口与类，然后介绍了如何对映射集进行遍历操作。4.6.1Map接口及含义Map也可以称之为键/值集合，因为在实现了该接口的集合中，元素都是成对出现的，一个称之为键，另一个称之为值。键和值都是对象，键对象用来在Map中惟一的标识一个值对象。键对象在Map中不能重复出现，就像Set中的元素不能重复一样。4.6.2HashMap类的使用HashMap类是Map接口的最常用实现之一，既不是Ordered的也不是Sorted的。该类通过对键计算哈希码来决定值的存储，不保证键的存储顺序。另外，该类的键值允许为null，但只能出现一次。构造器签名功能publicHashMap()该构造器将构造一个空的HashMap对象，其初始容量为16publicHashMap(Mapm)参数m为包含指定键值对的Map。该构造器将构造一个以m中的键值对为初始内容的HashMap对象4.6.3Hashtable类的使用Hashtable与列表中的Vector相同，是从早期Java遗留下来的，后来被作为集合框架的一部分。其功能特性与HashMap基本上是相同的，不同之处是该类对元素操作的方法为同步方法，在运行时有可能损失一些性能。因此，在没有特别要求的情况下，一般选用HashMap而不是Hashtable。构造器签名功能publicHashtable()该构造器将构造一个空的Hashtable对象，其初始容量为11publicHashtable(Mapm)参数m为包含指定键值对的Map。该构造器将构造一个以m中的键值对为初始内容的HashMap对象4.6.4LinkedHashMap类的使用LinkedHashMap类是通过双链表的方式实现的Map，这点与LinkedHashSet类相同，是一个Ordered类型的Map，键按照插入集合的顺序存储。LinkedHashMap类的基本功能与HashMap相同，插入/删除的效率比HashMap略差，遍历的效率比HashMap略高。构造器签名功能publicLinkedHashMap()该构造器将构造一个空的LinkedHashMap对象，其初始容量为16publicLinkedHashMap(int

initialCapacity)参数initialCapacity表示指定的初始容量，该构造器将构造一个具有指定