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Java基础集合框架 Collection接口和抽象类AbstractCollection

news 来源：原创 2025/7/28 1:14:47

集合框架

Collection接口简介
- 核心设计目标
- - 父接口Iterable<T>
  - 基于Stream流的操作
  - 定义了所有集合类的基本操作
- Collection接口方法
- Collection接口总结
抽象类AbstractCollection简介
- 核心设计目标
- - 减少重复代码
  - 对不可变集合支持
- AbstractCollection关键方法实现
- AbstractCollection在集合框架中的构造位置
- AbstractCollection总结与使用注意事项

Collection接口简介

Collection接口是Java集合框架的根接口之一，它定义了所有集合类的基本操作，比如添加、删除、遍历元素等，另一个跟接口是Map

核心设计目标

父接口Iterable

public interface Collection<E> extends Iterable<E> {Iterator<E> iterator();
}

迭代Iterable接口以及迭代器Iterator介绍，Collection接口通过继承Iterable迭代接口实现以及返回Iterator方法实现普通检验迭代功能，这是Collection框架核心实现之一

但基于集合中各种集合列表的数据结构不同，具体的数据结构关于迭代功能又有具体的增强方式，比如子接口List提供了双向迭代器ListIterable，抽象类AbstractList有普通迭代器和增强迭代器，

Collection接口实现的普通迭代器只是提供基础迭代功能，即遍历和删除元素

基于Stream流的操作

    default Spliterator<E> spliterator() {return Spliterators.spliterator(this, 0);}default Stream<E> stream() {return StreamSupport.stream(spliterator(), false);}default Stream<E> parallelStream() {return StreamSupport.stream(spliterator(), true);}

Stream详细介绍，Collection接口提供了关于流的基础操作，流是Java 8 引入的，结合 Stream API 和 Lambda 表达式，实现高效数据处理。其中又分为串行流和并行流，而并行流的底层实现原理是分割迭代spliterator

定义了所有集合类的基本操作

它定义了所有集合类的基本操作，比如添加、删除、遍历元素等，如下Collection接口基础方法介绍功能

Collection接口方法

(1) 元素操作

方法	说明
`boolean add(E e)`	添加元素，成功返回 `true`（`Set` 中重复元素会返回 `false`）。
`boolean remove(Object o)`	删除指定元素，存在则返回 `true`。
`boolean contains(Object o)`	判断是否包含指定元素。

(2) 批量操作

方法	说明
`boolean addAll(Collection<?> c)`	添加另一个集合的所有元素。
`boolean removeAll(Collection<?> c)`	删除与另一集合的交集元素。
`boolean retainAll(Collection<?> c)`	仅保留与另一集合的交集元素。
`void clear()`	清空集合。

(3) 查询与转换

方法	说明
`int size()`	返回集合元素数量。
`boolean isEmpty()`	判断集合是否为空。
`Object[] toArray()`	将集合转换为数组。
`<T> T[] toArray(T[] a)`	将集合转换为指定类型的数组（更安全）。

(4) 迭代与遍历

方法	说明
`Iterator<E> iterator()`	返回迭代器，用于遍历集合。
`default void forEach(Consumer<? super E> action)`	Java 8+ 支持，使用 Lambda 遍历元素。

(5) Java 8+ 新增默认方法

方法	说明
`default Stream<E> stream()`	返回顺序流，支持 Stream API 操作。
`default Stream<E> parallelStream()`	返回并行流，支持多线程处理。

Collection接口总结

核心角色：Collection 是 Java 集合框架的基础，定义了单列集合的统一操作。
灵活扩展：通过子接口 List、Set、Queue 满足不同场景需求。
现代特性：结合 Stream API 和 Lambda 表达式，实现高效数据处理。

抽象类AbstractCollection简介

AbstractCollection是Java集合框架中为 Collection 接口提供骨架实现的核心抽象类，旨在简化集合类的开发

核心设计目标

减少重复代码

复用代码减少开发
抽象类 AbstractCollection是集合框架中为 Collection 接口的通用方法提供默认实现（如 contains()、isEmpty()、remove() 等），开发者需实现关键抽象方法 iterator() 和 size() 即可创建集合类

public abstract class AbstractCollection<E> implements Collection<E> {//未实现具体功能需要具体子类实现的关键抽象方法iterator()和size()public abstract Iterator<E> iterator();public abstract int size();//通用方法提供默认实现的部分方法示例如下public boolean isEmpty() {return size() == 0;}public boolean contains(Object o) {`````````}}

多种集合结构模式，实现多态机制
为了减少开发代码为什么不干脆为所有的方法都提供默认功能实现，还保留两个抽象方法要具体子类实现，是因为不同容器类型结构不同的原因，这就涉及到有序无序队列等多种结构模式，而集合底层的实现是依靠迭代器的管理的，不同的结构迭代方式不同，才有了两个核心抽象方法由具体的子类（具体的结构模式）去实现

public class ImmutableCollection<E> extends AbstractCollection<E> {//比如数据结构是数组形式的集合结构，那迭代器和容器元素大小都基于数组特性实现private E[] elements;@Overridepublic Iterator<E> iterator() { return Arrays.stream(elements).iterator(); }@Overridepublic int size() { return elements.length; }
}

对不可变集合支持

伪实现的方法 如add()，add没有设计成抽象方法是为了提供一个有用的默认行为(抛出不可操作异常)，更容易实现对不可修改的集合操作管理

	//伪实现的方法 如果不重写add方法直接调用 会直接抛出不支持操作异常public boolean add(E e) {throw new UnsupportedOperationException();}

首先什么是不可变集合
不可修改集合是指集合一旦创建，其内容就不能被修改，包括添加、删除或修改元素，并不是final修饰的就是不可变集合

    public static void main(String[] args) {final int[] scores = new int[5];scores[0] = 1;//没有报错 依然可以修改添加元素int[] tempArray = {90, 70, 50, 80, 60, 85};scores = tempArray; // 静态编译报错提示 不可以使用final修饰final List<String> list = new ArrayList<>();list.add("a");//没有报错 依然可以添加元素list = new ArrayList<>(); //静态编译报错提示 不可以使用final修饰}

final变量用法，修饰类和方法表示类不可以继承，方法不可以重写，修饰变量表示不可以更改，如果修饰的是对象表示对象的引用不可以更改，这里修饰的数组和list对象都表示不可以更改引用，所以重新指向引用就报错了，但是对集合中的元素还是可以进行操作修改的

为什么需要不可变集合
集合是存储元素，在特定的情况下我们需要控制不可以改变集合中元素的内容，如多线程下的安全性，比如哈希码值我们希望能作为常量不可以改变，又或者性能优化不可变的集合可节省空间和时间的开销

        List<String> list = Stream.of("张三", "李四", "王五", "赵六").collect(Collectors.toList());// java 1.8实现不可变集合方法List<String> immutableList = Collections.unmodifiableList(list);immutableList.add("a");//执行到这里抛出不可操作异常UnsupportedOperationException//JDK9+ 之后 可以使用 List.of方法 更简单些//不可变List集合List<Double> lists = List.of(140.5, 120.0, 95.5, 70.5, 80.0); //lists.add(123.0); //运行报错 UnsupportedOperationException  不可变lists.set(0,140.0); //报错//不可变set集合//Set<String> sets = Set.of("a", "b", "d", "c","a"); // a 不允许重复 直接报错Set<String> sets = Set.of("a", "b", "d", "c");sets.add("a"); //报错//不可变Map集合Map<String,Integer> maps = Map.of("a",100,"b",200,"c",300);maps.put("d",200); //报错

add方法并没有被设计成抽象方法，而是提供了一个默认的实现，这个默认实现是抛出一个UnsupportedOperationException异常。通过提供一个默认的异常抛出行为，AbstractCollection.add(E)使得开发者在实现不可修改的集合时更加方便。如果add方法被设计成抽象方法，那么每一个继承自AbstractCollection的类都必须提供一个add方法的实现，这可能会导致一些不必要的复杂性

AbstractCollection关键方法实现

方法	实现逻辑	依赖的抽象方法
`contains(Object)`	遍历迭代器，逐个比较元素是否相等（支持 `null` 检查）	`iterator()`
`toArray()`	创建新数组，通过迭代器填充元素	`iterator()`, `size()`（优化提示）
`remove(Object)`	遍历迭代器查找元素，调用迭代器的 `remove()` 删除，但迭代器的 `remove()` 方法也是默认抛出 `UnsupportedOperationException`，所以也需子类重写以实现可修改集合	`iterator()`
`isEmpty()`	直接调用 `size() == 0`	`size()`
`add(E)`	默认抛出 `UnsupportedOperationException`，需子类重写以实现可修改集合	-

AbstractCollection在集合框架中的构造位置

父类关系：实现集合框架两大根接口之一的Collection接口、提供默认通用模板方法
子类关系：AbstractList、AbstractSet、AbstractQueue等均继承 AbstractCollection，进一步细化列表、集合的特性

AbstractCollection总结与使用注意事项

总结：

模板方法模式：通过抽象方法 iterator() 和 size() 定义算法框架，具体实现延迟到子类。例如，contains() 的遍历逻辑固定，但元素访问方式由子类决定。
代码复用：所有集合共享通用方法（如 toString() 生成 [a, b, c] 格式字符串），避免重复实现。
扩展性：子类可选择性重写方法以优化性能（如 ArrayList 直接通过索引实现 contains()，比迭代遍历更高效）

注意事项:

方法限制：默认 add() 和 remove() 可能抛出 UnsupportedOperationException，需根据集合类型重写。
性能考量：通用方法如 containsAll() 通过迭代实现，数据量大时可能效率低下，子类可优化
并发问题：AbstractCollection并没有特殊表明多线程下安全管理，所以是非线程安全的，多线程环境需外部同步或使用并发集合类。

集合框架

Collection接口简介

核心设计目标

父接口Iterable

基于Stream流的操作

定义了所有集合类的基本操作

Collection接口方法

Collection接口总结

抽象类AbstractCollection简介

核心设计目标

减少重复代码

对 不可变集合 支持

AbstractCollection关键方法实现

AbstractCollection在集合框架中的构造位置

AbstractCollection总结与使用注意事项

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对不可变集合支持