Коллекции в Java. Часть 2.

Что такое Java Collections Framework?

Java Collections Framework — это часть JDK, или Java Development Kit, в которой описаны и хранятся коллекции, их устройство и иерархия.

Несмотря на название «фреймворк», это не отдельный инструмент, а одна из важных частей языка Java, точнее, набора инструментов для него. Там содержатся интерфейсы, которые описывают коллекции, и практические реализации.

Интерфейс — это как бы «схема», теоретическое описание поведения объектов. В нем содержатся методы, которые есть у всех его реализаций. А реализация — потомок интерфейса, практическая структура: такой объект можно создать и пользоваться им.

Интерфейс по определению похож на класс, но отличается от него тем, что может хранить только поведение — методы. У него, в отличие от класса, не может быть атрибутов — внутренних переменных, хранящих состояние.

У интерфейсов есть иерархия — более специфические наследуются от более общих. Это значит, что у них есть методы «предка», но есть и свои, специфичные особенности хранения и методы. А реализации — конечные наследники интерфейсов.

Получается наглядная иерархическая схема, где одно вытекает из другого.

Давайте теперь на картинке рассмотрим разные виды интерфейсов и их практические реализации. Попробуйте догадаться, что из представленного является интерфейсами, а что реализациями? А позже мы разберем это более подробно и я все поясню.

👉 JavaStart. Подписаться

Коллекции в Java. Часть 3.

И так, на картинке представлена структурная схема Java Collection Framework, которую нужно обязательно знать, что даже если вас разбудить ночью и спросить ее, вы могли рассказать. Потому что на собеседованиях Junior Java разработчика или стажера обязательно будут вопросы по этой схеме.

Iterable

Это основной, корневой интерфейс. От него наследуются все прочие. Он означает, что объект итерируемый.
Так называются сущности, элементы которых можно перечислять по очереди: по индексам, названию или расположению в структуре. То есть это практически все сложные объекты, где хранится множество значений.

Есть только одна сущность, которая не наследуется от Iterable, но тем не менее часто упоминается вместе с коллекциями и входит в Collections Framework. Это Map, и мы поговорим об этом одном из следующих постах.

Collection

Часто пишут, что Collection — это основной и самый главный интерфейс. Технически это не совсем так, потому что он все же наследуется от Iterable, но фактически считается базовым. Он описывает понятие коллекции и тем самым расширяет возможности итерируемого объекта.

При этом абстрактного объекта Collection быть не может — реальные сущности должны относиться к одному из потомков этого интерфейса, то есть быть очередью, списком или набором.

Объекты, которые относятся к коллекциям, можно перебирать в цикле for-each. У них есть ряд общих методов, актуальных для всех видов коллекций. Исключение — только Map, который в целом выпадает из этой иерархии.

На картинке сплошными стрелками показан механизм наследования, а пунктирными механизм имплементации.

Какие методы есть у реализаций и чем эти реализации отличаются друг от друга? Какие используются чаще всего? Об этом в следующих постах, чтобы не перегружать наш драгоценный мозг и разложить информацию по полочкам!

👉 JavaStart. Подписаться

Коллекции в Java. Часть 4.

Методы Collection.

У коллекций, реализующих интерфейс Collection существуют различные методы, необходимые нам для работы с этими коллекциями. Вот самые распространенные:

add(item) — добавляет элемент item в коллекцию;

addAll(collection) — добавляет в коллекцию другую коллекцию, ту, что указана в скобках;

contains(item) — возвращает true или false в зависимости от того, есть ли в коллекции элемент item;

containsAll(collection) — работает так же, как предыдущий, но проверяет наличие в коллекции не элемента, а другой коллекции;

remove(item) — удаляет из коллекции указанный элемент;

retainAll(collection) — удаляет из коллекции указанную в скобках коллекцию. Обратите внимание: retainAll, не removeAll;

clear() — очищает коллекцию, то есть удаляет из нее все элементы;

size() — выдает количество элементов в коллекции в формате целого числа;

isEmpty() — возвращает true или false в зависимости от того, пуста ли коллекция;

toArray() — превращает коллекцию в массив.

👉 JavaStart. Подписаться

Коллекции в Java. Часть 5.

Интерфейс List и его реализации — ArrayList и LinkedList.

List – интерфейс, который традиционно рассматривают первым и которым пользуются чаще всего.

Название переводится как «список»: интерфейс представляет собой упорядоченную коллекцию данных, похожую на массив. Это значит, что у его элементов есть порядковые номера, показывающие их расположение в списке, – индексы. Но, в отличие от массива, List динамический, о чем я говорил выше, — в нем можно изменять количество элементов.

Интерфейс List имеет две стандартные реализации — ArrayList и LinkedList.

Смысл в том, что можно написать и другие реализации, но в JDK уже есть две, которые доступны «‌‎из коробки».

ArrayList содержит внутри себя массив, длина которого будет увеличиваться автоматически при добавлении в него новых элементов.

Вторая имплементация интерфейса List — класс LinkedList. Это список с двумя связями, где каждый элемент содержит ссылку на предшествующий и следующий элементы списка. Только у первого элемента ссылка на предшествующий элемент будет null, и ссылка у последнего элемента коллекции на следующий элемент будет тоже null, что вполне логично, согласны?

Методы у них одинаковые, но действия с такими списками различаются сложностью выполнения и скоростью.

Методы add() и remove() в связанном списке LinkedList имеют фиксированную скорость выполнения, поэтому оптимальнее. А вот обращение к элементу по индексу быстрее в ArrayList.

👉 JavaStart. Подписаться

Коллекции в Java. Часть 6.

Vector и его потомок Stack.

Есть еще две реализации, о которых говорят реже. Это Vector и его потомок Stack. Vector похож на ArrayList, но сейчас им не рекомендуют пользоваться — он синхронизированный, за счет этого более потокобезопасный, но менее производительный. Исключение — редкие ситуации с высокими требованиями к потоковой безопасности.

Stack — это стек, работающий по принципу LIFO (last in, first out). Доступ начинается с того элемента, который добавлен в структуру последним, как взятие верхней карты из колоды. Его же быстрее всего можно удалить. Для просмотра последнего элемента есть метод peek(), для просмотра с удалением — pop(), а для добавления элемента в конец — push().

👉 JavaStart. Подписаться

Коллекции в Java. Часть 7.

Set и его реализации.

Set, или набор, — это математическое множество, реализованное в языке программирования. Если проще, это коллекция уникальных значений. Ни одно из них не повторяется в рамках одного сета.

Для проверки равенства у такой коллекции есть специальный метод equals().

Коллекция не упорядочена, то есть у ее элементов нет порядковых номеров и четких позиций следования. Это может понадобиться при хранении разных структур данных, например имен пользователей сайта: никнеймы уникальны, а порядковых номеров у них нет.

У Set есть два дочерних интерфейса SortedSet и NavigableSet — соответственно, отсортированный и навигируемый сеты. Фактических реализаций три, и о них стоит поговорить подробнее.

Здесь будет посложнее для понимания)

Часто используется реализация HashSet — это сет или множество, которое не позволяет хранение одинаковых элементов благодаря содержанию в себе объекта HashMap. Он использует для хранения данных хэш-таблицы. Хэш-таблица реализована с помощью HashMap — одной из реализаций интерфейса Map, о котором мы поговорим позже.

LinkedHashSet — множество, подобное HashSet, в котором элементы объединены между собой в порядковый список. В этом случае элементы хранятся в том же порядке, в котором и добавляются (благодаря содержанию в себе объекта LinkedHashMap).

TreeSet — коллекция, которая использует для хранения элементов упорядоченное по значениям дерево. TreeSet содержит в себе TreeMap — коллекцию, которая использует для хранения своих элементов сбалансированное красно-черное бинарное дерево. Благодаря этому операции add, remove и contains в этой коллекции очень быстрые (относительно алгоритмической сложности). А это — весомое преимущество по сравнению с другими имплементациями интерфейса Set.

👉 JavaStart. Подписаться

Коллекции в Java. Часть 8.

Третий прямой наследник Collection — очередь, или Queue и его реализации.

Очередь и стек — два похожих формата, которые различаются принципом доступа к элементам.

Если в стеке мы имеем быстрый доступ к последним добавленным частям, то в очереди — к тем, которые были добавлены первыми. Такой принцип называется FIFO (first in, first out) и действительно напоминает живую очередь.

Соответственно, быстро получить и удалить элемент можно из начала очереди, а добавить — только в ее конец.

У Queue две основных реализации. Одна из них — PriorityQueue, прямая реализация, которая по умолчанию сортирует элементы в порядке их появления в очереди. Но это можно переопределить в конструкторе — специальном методе для создания объекта. Там можно задать связь с интерфейсом Comparator, который будет сравнивать элементы очереди и располагать их в зависимости от значений.

Вторая реализация чуть сложнее. У Queue есть потомок под названием Deque (читается как «дек»). Он расширяет Queue и добавляет возможность создавать коллекции, работающие по принципу LIFO — мы говорили о нем выше. По сути, получается двунаправленная очередь. Так вот вторая реализация называется ArrayDeque и технически является реализацией интерфейса Deque, а не Queue. Но Deque — потомок Queue, так что ArrayDeque периодически называют реализацией Queue.

Упомянутый выше LinkedList — реализация, принадлежащая не только List, но и Deque.

В целом, Queue редко используется, достаточно знать, что это и в чем ее суть, чтобы упомянуть это при рассказе на собеседовании о коллекциях в целом.

👉 JavaStart. Подписаться