Все о коллекциях в Джаве OTUS
2026-03-10 23:58 Diff
https://otus.ru/journal/vse-o-kollekciyah-v-dzhave/oj-1080x720-11-16/

При программировании разработчику предстоит пользоваться различными функциями и инструментами выбранного языка. Java – один из наиболее перспективных и востребованных в 2022 году. Он отличается простотой и ясностью. А еще – своим спектром встроенных возможностей.

Иногда возникает необходимость хранения набора конкретных элементов в коде. Сюда относят строки, числа, объекты, которые принадлежат к пользовательским классам и так далее. В таких ситуациях на помощь приходят так называемые коллекции Java. Именно о них зайдет речь далее в статье.

Определение

Коллекции – это то, что используется практически во всех приложениях, написанных на Java. Представлены группой элементов или контейнеров, представленных в виде единого целого. Примеры: списки имен, коробки конфет и так далее.

Коллекции – это один из столпов Java Core. Их использование не ограничивается одним Джавой. Они задействуются при написании программного обеспечения на других языках программирования.

Когда коллекции только появились, они насчитывали всего несколько классов:

  • Vector;
  • Array;
  • Hashtable;
  • Stack.

В Java 1.2 вниманию разработчиков был представлен полноценный фреймворк – Java Collections Framework. Он актуален по сей день. О нем и пойдет речь далее.

Ключевые компоненты

Коллекции являются весьма важными элементами при программировании. Они состоят из определенных частей:

  1. Интерфейсов. За счет них уже имеющиеся коллекции предусматривают возможность обеспечения типа данных абстрактного вида для представления корневого интерфейса фреймворка. Он находится на самой вершине иерархии составляющих компонентов коллекций. Включает в себя самые важные методы, задействованные при написании утилит: clear, add, size, iterator, remove. При нормальных условиях они реализовываются в каждой коллекции.
  2. Реализации. Для коллекций в Java предусмотрено множество реализаций. Их можно применять для создания новых классов. Через множество базовых коллекций удается решать немало задач. В Java5 применяются потокобезопасные коллекции. Они дают возможность корректировать их структуру по компонентам в момент осуществления итерации.
  3. Алгоритмов. Это – полезные методы, которые позволяют решать множество элементарных задач. Отдельное внимание стоит уделить сортировке, поиску, перетасовке и им подобным.

Java Collections Framework – это очень полезный фреймворк, который дает ряд преимуществ разработчику. Поэтому с ним рекомендуется ознакомиться даже новичкам.

Чем хороши коллекции

Стоит обратить внимание на то, что рассматриваемый фреймворк и его компоненты имеют ряд преимуществ. К ним относят:

  1. Простоту применения. В состав коллекций входит огромное количество методов, необходимых для управления данных и разных типов collections. Это позволяет концентрироваться не на непосредственной разработке, а на бизнес-логику.
  2. Высокую эффективность. Качество программного продукта будет зависеть от того, насколько хорошо реализованы в процессе те или иные коллекции.
  3. Совместимость. А еще можно использовать элементы фреймворка Java повторно.

Все это способствует образованию дополнительных возможностей при разработке. Collections Framework может значительно упростить процедуру создания сложного программного обеспечения. Он подойдет как для работы новичков, так и для продвинутых разработчиков.

Подробнее об интерфейсах

Интерфейсы в Collections – это основа соответствующих фреймворков. Независимо от того, с какими из них предстоит иметь дело, каждый относится к категории Generic. Пример – publicinterface Collection <E>. Символ <E> здесь указывает на тип применяемого объекта, который может располагаться в определенной коллекции. Далее это поможет сократить количество времени, необходимое для поиска ошибок в процессе проверки используемых типов объектов во время компиляции утилиты.

Java для каждого типа Collections не предоставляет отдельные интерфейсы. Если реализация какой-то операции не выходит, программист увидит сообщение UnsupportedOperationException.

Интерфейс итератора

Интерфейс итератора предусматривает все методы, необходимые для выполнения перебора элементов, входящих в структуру выбранной collection. Здесь стоит обратить внимание на следующие моменты:

  1. Через метод iterator можно получить экземпляр итератора, полученного из collection.
  2. Во время использования базовых итераций в интерфейсе есть возможность удалить непосредственно из базовой collections отдельные компоненты.

Этого для начала изучения интерфейсов будет достаточно. Далее каждый вариант collections будет рассмотрен более подробно.

Интерфейсы множества (Set)

Set – коллекция Java, которая не может включать в себя повторяемые элементы. Визуально интерфейс выглядит своеобразной математической абстракцией, через которую можно представлять множества под видом колоды карт.

Для применения Set в Джаве предусматриваются различные реализации:

  • HashSet;
  • TreeSet;
  • LinkedHashSet.

Для выполнения перебора элементов в Set нужно использовать цикл или соответствующий итератор.

Интерфейс List

Интерфейс List является достаточно важным для разработки. Списки представлены упорядоченными наборами компонентов, среди которых могут быть повторяющиеся. В данной ситуации, если требуется получить доступ к любому элементу, можно использовать соответствующий процесс непосредственно по индексу. Сам список выглядит в интерфейсе динамическим массивом.

Это – самый распространенный вариант в Java. Для реализации интерфейса выступают LinkedList и ArrayList.

Выше – пример, где используется список.

Очередь

Для того, чтобы хранить одновременно несколько элементов, нужно использовать collection под названием Очередь. Здесь часто применяется правило FIFO относительно размещения имеющихся компонентов. Оно указывает на то, что как только один элемент входит, другой должен сразу же выйти. Те компоненты, что попадают в очередь, будут находиться в ее самом конце.

Dequeue

Dequeue позволяет реализовывать процесс поддержки, удаления, вставки определенного компонента. Можно сделать это как в самом конце, так и в начале collection.

Носит название «двухконцевая очередь». На число используемых элементов здесь не накладываются никакие ограничения.

Соответствующий интерфейс:

  1. Позволяет определять методы доступа к компонентам, располагаемых по оба конца дека.
  2. Используется для извлечения, вставки или удаления тех или иных составляющих.

Часто применяется для хранения сразу нескольких элементов.

Map

Map – это интерфейс, который предусматривает в своем составе ключ и некоторое значение. В нем не могут храниться дубликаты первого названного ранее компонента. Для каждого ключа должно устанавливаться единственное значение.

Чтобы реализовывать Map через платформу, можно использовать:

  • LinkedHashMap;
  • HashMap;
  • TreeMap.

Вторая collection – это потокобезопасные коллекции, которые могут реализовывать ConcurrentMap.

ListIterator

Если список нужно пройти любым удобным способом, придется использовать ListIterator. Он предусматривает возможность внесения в список изменений непосредственно в процессе итерации. Позволяет определять позиции, на которых в lists будут располагаться те или иные итераторы.

SortedSet

Это – множество, в котором процесс хранения элементов производится в той последовательности, по которой осуществляется возрастание. Компоненты заданной «цепочки» в другом порядке тут не расставляются.

SortedMap

SortedMap имеет интересную структуру – в ней элементы размещаются в том порядке, в котором осуществляется возрастание их ключей. Представляет собой своеобразный аналог SortedSet. Применяется в основном тогда, когда нужно естественным образом упорядочить значения и ключи. Пример – телефонные справочники, всевозможные словарики.

Классы коллекций

В Java Collection Framework создана немалая база классов, которая помогает реализовывать соответствующие интерфейсы. Самые распространенные – ArrayList, HasSet, а также HashMap. Такие классы обычно не являются потокобезопасными.

HashSet

Класс, который относится к базовым при реализации интерфейса Set. Здесь стоит запомнить следующее:

  1. Этот класс позволяет задавать одинаковое время, в которое выполняются ключевые операции в программном обеспечении.
  2. Можно установить начальный коэффициент нагрузки и показатель емкости.

Перечисленные манипуляции HashSet допустимо прописывать в самом начале.

TreeSet

Класс, в основе которого расположен TreeMap. Процесс упорядочения компонентов происходит за счет функционирования компаратора. Возможно в том же порядке, в котором осуществляется их добавление.

Реализация помогает обеспечивать процедуру выполнения базовых операций типа contains, add, remove.

ArrayList

New ArrayList – класс, позволяющий реализовывать в виде массива с переменными показатели длины. Он дает возможность выполнения всех операций, связанных со списками. Дополнительно предусматривает управление размерами массивов, в которых происходит хранение списка. Соответствует направлению вектора в примерном сопоставлении.

LinkedList

Позволяет представлять двусвязными списками интерфейсы List и Deque. Облегчает процесс выполнения всех операций, связанных со списком. Подразумевается категория «дополнительные».

HashMap

Реализация интерфейса Map. Дополнительно позволяет:

  • использовать в исходном коде нулевые значения;
  • выполнять дополнительные манипуляции, необходимые для Map.

HashMap не относится к синхронизированным. Класс не будет отвечать за упорядочение компонентов в пределах массива.

TreeMap

Визуально представлен черно-красным деревом, реализация которого обеспечивается NavigableMap. Сортировка тут осуществляется через применение компаратора.

PriorityQueue

Это – добавление новых составляющих в порядке приоритетности. Осуществляется через компаратор. Не позволяет хранить нулевые значения.

Collections

Класс, который включает в себя только статические методы, отвечающие за возврат или работу конкретной коллекции. Сюда входят алгоритмы полиморфного типа, которые активно используются при работе с разными видами collections.

Класс позволяет задействовать методы:

  • бинарного поиска;
  • возвращения обратного порядка;
  • перемешивания;
  • сортировки.

Рассматривая коллекции и интерфейсы Java, стоит обратить внимание на потокобезопасность.

О потокобезопасности

Пакет Java.util.concurrent предусматривает несколько потокобезопасных collections:

  • ConcurrentHashMap – коллекция типа HaspMap, которая позволяет реализовать интерфейс ConcurrentMap;
  • CopyOnWriteArrayList – коллекция ArrayList с алгоритмом CopeOnWrite;
  • CopyOnWriteArraySet – реализация интерфейса Set, которая в основе использует CopyOnWriteArrayList;
  • ConcurrentNavigableMap – расширение интерфейса NavigableMap;
  • ConcurrentSkipListMap – аналог TreeMap, который позволяет проводить сортировку по ключу и поддержкой многопоточности;
  • ConcurrentSkipListSet – реализация интерфейса Set, которая выполняется на основе класса ConcurrentSkipListMap.

Первые три варианта относятся к категории самых простых и активно применяемых на практике. Под потокобезопасностью принято понимать свойство объекта или всего кода, которое гарантирует, что при реализации нескольких потоков приложение будет вести себя строго определенным образом.

Синхронизированные оболочки

Синхронизированные оболочки в исходный код нужно добавлять, если требуется реализовывать автоматическую синхронизацию. Для шести ключевых interfaces допустимо использование фабричного статического метода синхронизации. Обратить внимание рекомендуется на такие методы public static:

  • Collection synchronizedCollection(Collection c);
  • Set synchronizedSet(Set s);
  • List synchronizedList(List list);
  • <K, V> Map<K, V> synchronizedMap(Map<K, V> m);
  • SortedSet synchronizedSortedSet(SortedSet s);
  • <K, V> SortedMap<K, V> synchronizedSortedMap(SortedMap<K, V> m).

Именно эти методы помогают возвращать потокобезопасные (синхронизированные) collections.

Неизменяемые оболочки

Через неизменяемые оболочки нет возможности добавить процесс изменения collections за счет перехвата операций, которые помогли бы выполнить соответствующую манипуляцию. Здесь принято выделять такие методы:

Многие интересуются, какому варианту отдавать предпочтение при разработке того или иного софта. Связано это с тем, что изучаемый фреймворк в Джаве весьма обширен. Ниже – таблица, которая поможет разобраться, какой вариант лучше всего использовать разработчику.

Этот перечень – example отображения ключевых характеристик, которыми наделены рассмотренные ранее коллекции в Java.

Как быстрее изучить тему

Рассмотренная тема требует определенных навыков, знаний и умений при написании программного обеспечения на Джаве. Существуют различные способы быстрого вливания в выбранное направление:

  1. Поступление в техникум. Неплохой старт для будущего разработчика, особенно если он решил развиваться еще в школе. Техникумы принимают после 9/11 классов общеобразовательной школы. Тут дадут общие знания об информатике, IT и разработке. В конце будет выдан государственный диплом о среднем профессиональном образовании. Чисто на Java техникумы не специализируются. И на их collections тоже.
  2. Обучение в ВУЗе. Самое лучшее решение для тех, кто решил озадачиться получением профильного образования. Если человек не смог поступить на бюджет, такой подход окажется весьма дорогостоящим. Многие ВУЗы изучают C++, VB, Python и Java во время лекций. Этот вариант трудно совмещается с основной работой, если выбрана очная форма. Зато здесь достаточно практики, а в конце будет выдан государственный диплом, свидетельствующий о навыках и умениях в сфере разработки.
  3. Самообучение. Отличное решение для тех, кто обладает хорошей самодисциплиной. Заключается в том, что человек самостоятельно ищет информацию в доступных источниках по интересующей теме. Длительность обучения и частота практики регулируются самостоятельно. Можно заострить внимание на «проблемных» моментах разработки, мельком просмотрев темы по программированию, которые были усвоены быстро. Единственный существенный недостаток – невозможность подтвердить навыки документально. Остается надеяться на сбор портфолио и идеальное прохождение вступительных испытаний при трудоустройстве.

Лучшее решение для быстрого изучения Java и его фреймворков – это обучение на дистанционных онлайн курсах. Пример – направление «Java-разработчик». На специализированных занятиях человека «с нуля» научат писать простые и сложные коды. Всем гарантируется кураторство опытными программистами, интересные домашние задания и практика. Курсы рассчитаны на срок до года. В конце каждый получит электронный сертификат, указывающий на успешное завершение изучения соответствующего направления.