Лекция 3. Collection Framework и Stream API

Packages — пакеты в Java

Классы в Java объединяются в пакеты. Пакеты позволяют логически организовать классы и избежать конфликтов имён. Java имеет встроенные пакеты: java.lang, java.util, java.io и т.д.

Если для класса пакет не определён, он находится в пакете «по умолчанию». Чтобы использовать классы из других пакетов, нужно их подключить через import. Исключение — java.lang (String, Object и др.) подключается автоматически.

Java Editions

Спецификации формируются через Java Community Process .

Java Collection Framework

Collection Framework — иерархия интерфейсов и реализаций, которая является частью JDK и предоставляет «из коробки» большое количество структур данных.

Все коллекции наследуются от интерфейса java.util.Collection. Он же наследуется от Iterable — поэтому всё, что является коллекцией, может использоваться в циклах for-each.

Иерархия Collection Framework

Iterable
  └── Collection
        ├── List
        │     ├── ArrayList
        │     ├── LinkedList
        │     └── Vector → Stack
        ├── Queue
        │     └── Deque
        │           └── ArrayDeque
        └── Set
              ├── HashSet
              └── TreeSet

Map (отдельная иерархия)
  ├── HashMap
  └── TreeMap

List — списки

ArrayList vs LinkedList

Массив сам по себе не может изменять размер. Когда в ArrayList место заканчивается, создаётся новый массив в 1.5 раза больше и старые элементы копируются.

Vector — предшественник ArrayList

java.util.Vector отличается от ArrayList тем, что методы для работы синхронизированы — один поток работает с коллекцией, остальные ждут.

• Растёт в 2 раза (не в 1.5, как ArrayList)
• В JavaDoc прямым текстом рекомендуется использовать ArrayList, если потокобезопасность не нужна
• Vector имеет наследника — java.util.Stack (LIFO-структура с методами push, pop, peek)

Потокобезопасность коллекций

• Synchronized — потокобезопасные. Только один поток одновременно работает с коллекцией. Гарантируют целостность, но снижают производительность.
• Non-Synchronized — не потокобезопасные. Множество потоков могут работать одновременно.

Потокобезопасные версии коллекций лежат в пакете java.util.concurrent.

Queue — очереди

Очередь (java.util.Queue) — FIFO-структура (first in — first out).

Deque — двусторонняя очередь

java.util.Deque — двусторонняя очередь, позволяет использовать структуру с обоих концов. Реализация — ArrayDeque.

Блокирующие очереди

• BlockingQueue реализуют: PriorityBlockingQueue, SynchronousQueue, ArrayBlockingQueue, DelayQueue, LinkedBlockingQueue
• BlockingDeque реализует: LinkedBlockingDeque

Каждая блокирующая очередь предназначена для определённых задач многопоточного программирования.

Set — множества

Set отличается от очереди и списка большей абстракцией — «мешок с предметами», где порядок не определён.

• Сам интерфейс Set не добавляет новых методов к Collection, а лишь уточняет требования (отсутствие дубликатов)
• Получение элементов — только через Iterator
• Основные реализации:
  • HashSet — на основе хэш-кода
  • TreeSet — на основе дерева

Map — карты

java.util.Map — структура «ключ — значение». Аналог словарей из C#.

Основные методы

• keySet() — возвращает набор ключей (Set, т.к. ключи уникальны)
• values() — возвращает коллекцию значений (Collection, т.к. значения могут повторяться)
• entrySet() — возвращает набор пар «ключ — значение»

Сторонние библиотеки коллекций

При необходимости можно создать собственную реализацию или использовать готовые сторонние решения:

• Google Guava
• Apache Commons Collections

Эти библиотеки выступают как boost для Java-коллекций (аналог Boost для C++).

Stream API — «LINQ в Java»

Стримы и коллекции похожи, но разные по назначению:

• Коллекции — для эффективного доступа к одиночным объектам
• Стримы — для параллельных и последовательных агрегаций через цепочки методов

Получение стрима

list.stream()                       // из коллекции
Stream.empty()                      // пустой
Stream.of("1", "2", "3")            // из указанных элементов

Операторы Stream API

Промежуточные (intermediate, lazy) — обрабатывают элементы и возвращают новый стрим. Их в цепочке может быть много.

Терминальные (terminal, eager) — обрабатывают элементы и завершают работу стрима. В цепочке только один.

Важные моменты

1. Обработка не начнётся до вызова терминального оператора.
2. Экземпляр стрима нельзя использовать более одного раза (в отличие от IEnumerable в C#).
3. Каждый раз для работы с коллекцией нужно открывать новый поток.

Пример использования

list.stream()
    .filter(x -> x.toString().length() == 3)
    .forEach(System.out::println);

list.stream().forEach(x -> System.out.println(x));

Сравнение с LINQ (C#)