Java集合使用注意事项总结

《阿里巴巴 Java 开发手册》的描述如下：使用工具类 Arrays.asList() 把数组转换成集合时，不能使用其修改集合相关的方法，它的 add/remove/clear 方法会抛出 UnsupportedOperationException 异常。我在之前的一个项目中就遇到一个类似的坑。 Arrays.asList()在平时开发中还是比较常见的，我们可以使用它将一个数组转换为一个 List 集合。 String[] myArray = {"Apple", "Banana", "Orange"}; List myList = Arrays.asList(myArray); //上面两个语句等价于下面一条语句 List myList = Arrays.asList("Apple","Banana", "Orange"); JDK 源码对于这个方法的说明： /** *返回由指定数组支持的固定大小的列表。此方法作为基于数组和基于集合的API之间的桥梁， * 与 Collection.toArray()结合使用。返回的List是可序列化并实现RandomAccess接口。 */ public static List asList(T... a) { return new ArrayList<>(a); } 下面我们来总结一下使用注意事项。 1、Arrays.asList()是泛型方法，传递的数组必须是对象数组，而不是基本类型。 int[] myArray = {1, 2, 3}; List myList = Arrays.asList(myArray); System.out.println(myList.size());//1 System.out.println(myList.get(0));//数组地址值 System.out.println(myList.get(1));//报错：ArrayIndexOutOfBoundsException int[] array = (int[]) myList.get(0); System.out.println(array[0]);//1 当传入一个原生数据类型数组时，Arrays.asList() 的真正得到的参数就不是数组中的元素，而是数组对象本身！此时 List 的唯一元素就是这个数组，这也就解释了上面的代码。我们使用包装类型数组就可以解决这个问题。 Integer[] myArray = {1, 2, 3}; 2、使用集合的修改方法: add()、remove()、clear()会抛出异常。 List myList = Arrays.asList(1, 2, 3); myList.add(4);//运行时报错：UnsupportedOperationException myList.remove(1);//运行时报错：UnsupportedOperationException myList.clear();//运行时报错：UnsupportedOperationException Arrays.asList() 方法返回的并不是 java.util.ArrayList ，而是 java.util.Arrays 的一个内部类,这个内部类并没有实现集合的修改方法或者说并没有重写这些方法。 List myList = Arrays.asList(1, 2, 3); System.out.println(myList.getClass());//class java.util.Arrays$ArrayList 下图是 java.util.Arrays$ArrayList 的简易源码，我们可以看到这个类重写的方法有哪些。 private static class ArrayList extends AbstractList implements RandomAccess, java.io.Serializable { ... @Override public E get(int index) { ... } @Override public E set(int index, E element) { ... } @Override public int indexOf(Object o) { ... } @Override public boolean contains(Object o) { ... } @Override public void forEach(Consumer action) { ... } @Override public void replaceAll(UnaryOperator operator) { ... } @Override public void sort(Comparator c) { ... } } 我们再看一下java.util.AbstractList的 add/remove/clear 方法就知道为什么会抛出 UnsupportedOperationException 了。 public E remove(int index) { throw new UnsupportedOperationException(); } public boolean add(E e) { add(size(), e); return true; } public void add(int index, E element) { throw new UnsupportedOperationException(); } public void clear() { removeRange(0, size()); } protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) { ListIterator it = listIterator(fromIndex); for (int i=0, n=toIndex-fromIndex; i List arrayToList(final T[] array) { final List l = new ArrayList(array.length); for (final T s : array) { l.add(s); } return l; } Integer [] myArray = { 1, 2, 3 }; System.out.println(arrayToList(myArray).getClass());//class java.util.ArrayList 2、最简便的方法 List list = new ArrayList<>(Arrays.asList("a", "b", "c")) 3、使用 Java8 的 Stream(推荐) Integer [] myArray = { 1, 2, 3 }; List myList = Arrays.stream(myArray).collect(Collectors.toList()); //基本类型也可以实现转换（依赖boxed的装箱操作） int [] myArray2 = { 1, 2, 3 }; List myList = Arrays.stream(myArray2).boxed().collect(Collectors.toList()); 4、使用 Guava 对于不可变集合，你可以使用ImmutableList类及其of()与copyOf()工厂方法：（参数不能

这篇文章我根据《阿里巴巴 Java 开发手册》总结了关于集合使用常见的注意事项以及其具体原理。

强烈建议小伙伴们多多阅读几遍，避免自己写代码的时候出现这些低级的问题。

集合判空

《阿里巴巴 Java 开发手册》的描述如下：

判断所有集合内部的元素是否为空，使用 isEmpty() 方法，而不是 size()==0 的方式。

这是因为 isEmpty() 方法的可读性更好，并且时间复杂度为 O(1)。

绝大部分我们使用的集合的 size() 方法的时间复杂度也是 O(1)，不过，也有很多复杂度不是 O(1) 的，比如 java.util.concurrent 包下的某些集合（ConcurrentLinkedQueue、ConcurrentHashMap...）。

下面是 ConcurrentHashMap 的 size() 方法和 isEmpty() 方法的源码。

public int size() {long n = sumCount();return ((n < 0L) ? 0 :(n > (long)Integer.MAX_VALUE) ? Integer.MAX_VALUE :(int)n);
}
final long sumCount() {CounterCell[] as = counterCells; CounterCell a;long sum = baseCount;if (as != null) {for (int i = 0; i < as.length; ++i) {if ((a = as[i]) != null)sum += a.value;}}return sum;
}
public boolean isEmpty() {return sumCount() <= 0L; // ignore transient negative values
}

集合转 Map

《阿里巴巴 Java 开发手册》的描述如下：

在使用 java.util.stream.Collectors 类的 toMap() 方法转为 Map 集合时，一定要注意当 value 为 null 时会抛 NPE 异常。

class Person {private String name;private String phoneNumber;// getters and setters
}List<Person> bookList = new ArrayList<>();
bookList.add(new Person("jack","18163138123"));
bookList.add(new Person("martin",null));
// 空指针异常
bookList.stream().collect(Collectors.toMap(Person::getName, Person::getPhoneNumber));

下面我们来解释一下原因。

首先，我们来看 java.util.stream.Collectors 类的 toMap() 方法，可以看到其内部调用了 Map 接口的 merge() 方法。

public static <T, K, U, M extends Map<K, U>>
Collector<T, ?, M> toMap(Function<? super T, ? extends K> keyMapper,Function<? super T, ? extends U> valueMapper,BinaryOperator<U> mergeFunction,Supplier<M> mapSupplier) {BiConsumer<M, T> accumulator= (map, element) -> map.merge(keyMapper.apply(element),valueMapper.apply(element), mergeFunction);return new CollectorImpl<>(mapSupplier, accumulator, mapMerger(mergeFunction), CH_ID);
}

Map 接口的 merge() 方法如下，这个方法是接口中的默认实现。

如果你还不了解 Java 8 新特性的话，请看这篇文章：《Java8 新特性总结》。

default V merge(K key, V value,BiFunction<? super V, ? super V, ? extends V> remappingFunction) {Objects.requireNonNull(remappingFunction);Objects.requireNonNull(value);V oldValue = get(key);V newValue = (oldValue == null) ? value :remappingFunction.apply(oldValue, value);if(newValue == null) {remove(key);} else {put(key, newValue);}return newValue;
}

merge() 方法会先调用 Objects.requireNonNull() 方法判断 value 是否为空。

public static <T> T requireNonNull(T obj) {if (obj == null)throw new NullPointerException();return obj;
}

集合遍历

《阿里巴巴 Java 开发手册》的描述如下：

不要在 foreach 循环里进行元素的 remove/add 操作。remove 元素请使用 Iterator 方式，如果并发操作，需要对 Iterator 对象加锁。

通过反编译你会发现 foreach 语法底层其实还是依赖 Iterator 。不过， remove/add 操作直接调用的是集合自己的方法，而不是 Iterator 的 remove/add方法

这就导致 Iterator 莫名其妙地发现自己有元素被 remove/add ，然后，它就会抛出一个 ConcurrentModificationException 来提示用户发生了并发修改异常。这就是单线程状态下产生的 fail-fast 机制。

fail-fast 机制：多个线程对 fail-fast 集合进行修改的时候，可能会抛出ConcurrentModificationException。即使是单线程下也有可能会出现这种情况，上面已经提到过。

集合去重

《阿里巴巴 Java 开发手册》的描述如下：

可以利用 Set 元素唯一的特性，可以快速对一个集合进行去重操作，避免使用 List 的 contains() 进行遍历去重或者判断包含操作。

这里我们以 HashSet 和 ArrayList 为例说明。

// Set 去重代码示例
public static <T> Set<T> removeDuplicateBySet(List<T> data) {if (CollectionUtils.isEmpty(data)) {return new HashSet<>();}return new HashSet<>(data);
}// List 去重代码示例
public static <T> List<T> removeDuplicateByList(List<T> data) {if (CollectionUtils.isEmpty(data)) {return new ArrayList<>();}List<T> result = new ArrayList<>(data.size());for (T current : data) {if (!result.contains(current)) {result.add(current);}}return result;
}

两者的核心差别在于 contains() 方法的实现。

HashSet 的 contains() 方法底部依赖的 HashMap 的 containsKey() 方法，时间复杂度接近于 O（1）（没有出现哈希冲突的时候为 O（1））。

private transient HashMap<E,Object> map;
public boolean contains(Object o) {return map.containsKey(o);
}

我们有 N 个元素插入进 Set 中，那时间复杂度就接近是 O (n)。

ArrayList 的 contains() 方法是通过遍历所有元素的方法来做的，时间复杂度接近是 O(n)。

public boolean contains(Object o) {return indexOf(o) >= 0;
}
public int indexOf(Object o) {if (o == null) {for (int i = 0; i < size; i++)if (elementData[i]==null)return i;} else {for (int i = 0; i < size; i++)if (o.equals(elementData[i]))return i;}return -1;
}

集合转数组

《阿里巴巴 Java 开发手册》的描述如下：

使用集合转数组的方法，必须使用集合的 toArray(T[] array)，传入的是类型完全一致、长度为 0 的空数组。

toArray(T[] array) 方法的参数是一个泛型数组，如果 toArray 方法中没有传递任何参数的话返回的是 Object类型数组。

String [] s= new String[]{"dog", "lazy", "a", "over", "jumps", "fox", "brown", "quick", "A"
};
List<String> list = Arrays.asList(s);
Collections.reverse(list);
//没有指定类型的话会报错
s=list.toArray(new String[0]);

由于 JVM 优化，new String[0]作为Collection.toArray()方法的参数现在使用更好，new String[0]就是起一个模板的作用，指定了返回数组的类型，0 是为了节省空间，因为它只是为了说明返回的类型。详见：Arrays of Wisdom of the Ancients

数组转集合

《阿里巴巴 Java 开发手册》的描述如下：

使用工具类 Arrays.asList() 把数组转换成集合时，不能使用其修改集合相关的方法，它的 add/remove/clear 方法会抛出 UnsupportedOperationException 异常。

我在之前的一个项目中就遇到一个类似的坑。

Arrays.asList()在平时开发中还是比较常见的，我们可以使用它将一个数组转换为一个 List 集合。

String[] myArray = {"Apple", "Banana", "Orange"};
List<String> myList = Arrays.asList(myArray);
//上面两个语句等价于下面一条语句
List<String> myList = Arrays.asList("Apple","Banana", "Orange");

JDK 源码对于这个方法的说明：

/***返回由指定数组支持的固定大小的列表。此方法作为基于数组和基于集合的API之间的桥梁，* 与 Collection.toArray()结合使用。返回的List是可序列化并实现RandomAccess接口。*/
public static <T> List<T> asList(T... a) {return new ArrayList<>(a);
}

下面我们来总结一下使用注意事项。

1、Arrays.asList()是泛型方法，传递的数组必须是对象数组，而不是基本类型。

int[] myArray = {1, 2, 3};
List myList = Arrays.asList(myArray);
System.out.println(myList.size());//1
System.out.println(myList.get(0));//数组地址值
System.out.println(myList.get(1));//报错：ArrayIndexOutOfBoundsException
int[] array = (int[]) myList.get(0);
System.out.println(array[0]);//1

当传入一个原生数据类型数组时，Arrays.asList() 的真正得到的参数就不是数组中的元素，而是数组对象本身！此时 List 的唯一元素就是这个数组，这也就解释了上面的代码。

我们使用包装类型数组就可以解决这个问题。

Integer[] myArray = {1, 2, 3};

2、使用集合的修改方法: add()、remove()、clear()会抛出异常。

List myList = Arrays.asList(1, 2, 3);
myList.add(4);//运行时报错：UnsupportedOperationException
myList.remove(1);//运行时报错：UnsupportedOperationException
myList.clear();//运行时报错：UnsupportedOperationException

Arrays.asList() 方法返回的并不是 java.util.ArrayList ，而是 java.util.Arrays 的一个内部类,这个内部类并没有实现集合的修改方法或者说并没有重写这些方法。

List myList = Arrays.asList(1, 2, 3);
System.out.println(myList.getClass());//class java.util.Arrays$ArrayList

下图是 java.util.Arrays$ArrayList 的简易源码，我们可以看到这个类重写的方法有哪些。

private static class ArrayList<E> extends AbstractList<E>implements RandomAccess, java.io.Serializable{...@Overridepublic E get(int index) {...}@Overridepublic E set(int index, E element) {...}@Overridepublic int indexOf(Object o) {...}@Overridepublic boolean contains(Object o) {...}@Overridepublic void forEach(Consumer<? super E> action) {...}@Overridepublic void replaceAll(UnaryOperator<E> operator) {...}@Overridepublic void sort(Comparator<? super E> c) {...}}

我们再看一下java.util.AbstractList的 add/remove/clear 方法就知道为什么会抛出 UnsupportedOperationException 了。

public E remove(int index) {throw new UnsupportedOperationException();
}
public boolean add(E e) {add(size(), e);return true;
}
public void add(int index, E element) {throw new UnsupportedOperationException();
}public void clear() {removeRange(0, size());
}
protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {ListIterator<E> it = listIterator(fromIndex);for (int i=0, n=toIndex-fromIndex; i<n; i++) {it.next();it.remove();}
}

那我们如何正确的将数组转换为 ArrayList ?

1、手动实现工具类

//JDK1.5+
static <T> List<T> arrayToList(final T[] array) {final List<T> l = new ArrayList<T>(array.length);for (final T s : array) {l.add(s);}return l;
}Integer [] myArray = { 1, 2, 3 };
System.out.println(arrayToList(myArray).getClass());//class java.util.ArrayList

2、最简便的方法

List list = new ArrayList<>(Arrays.asList("a", "b", "c"))

3、使用 Java8 的 Stream(推荐)

Integer [] myArray = { 1, 2, 3 };
List myList = Arrays.stream(myArray).collect(Collectors.toList());
//基本类型也可以实现转换（依赖boxed的装箱操作）
int [] myArray2 = { 1, 2, 3 };
List myList = Arrays.stream(myArray2).boxed().collect(Collectors.toList());

4、使用 Guava

对于不可变集合，你可以使用ImmutableList类及其of()与copyOf()工厂方法：（参数不能为空）

List<String> il = ImmutableList.of("string", "elements");  // from varargs
List<String> il = ImmutableList.copyOf(aStringArray);      // from array

对于可变集合，你可以使用Lists类及其newArrayList()工厂方法：

List<String> l1 = Lists.newArrayList(anotherListOrCollection);    // from collection
List<String> l2 = Lists.newArrayList(aStringArray);               // from array
List<String> l3 = Lists.newArrayList("or", "string", "elements"); // from varargs

5、使用 Apache Commons Collections

List<String> list = new ArrayList<String>();
CollectionUtils.addAll(list, str);

6、使用 Java9 的 List.of()方法

Integer[] array = {1, 2, 3};
List<Integer> list = List.of(array);