Java技术专题「提升篇」Guava Collections实战指南—挑战Guava不一般的集合框架

Posted 2022-12-12 洛神灬殇

简介

Google Guava Collections 是一个对 Java Collections Framework 增强和扩展的一个开源项目。由于它高质量 API 的实现和对 Java特性的充分利用，使得其在 Java 社区受到很高评价。笔者主要介绍它的基本用法和功能特性。

使用介绍

• Google Guava Collections（以下都简称为 Guava Collections）是 Java Collections Framework 的增强和扩展。每个 Java 开发者都会在工作中使用各种数据结构，很多情况下 Java Collections Framework 可以帮助你完成这类工作。

• 但是在有些场合你使用了 Java Collections Framework 的 API，但还是需要写很多代码来实现一些复杂逻辑， 这个时候就可以尝试使用 Guava Collections 来帮助你完成这些工作。这些高质量的 API 使你的代码更短，更易于阅 读和修改，工作更加轻松。

目标读者

• 对于理解 Java 开源工具来说，本文读者至少应具备基础的 Java 知识，特别是 JDK5 的特性。
• 因为 Guava Collections 充分使用了范型，循环增强这样的特性。作为 Java Collections Framework 的增强，读者必须对 Java Collections Framework 有清晰的理解，包括主要的接口约定和常用的实现类。
• 并且 Guava Collections 很大程度上是帮助开发者完成比较复杂的数据结构的操作，因此基础的数据结构和算法的知识也是清晰理解 Guava Collections 的 必要条件。

项目背景

• Guava Collections 是 Google 的工程师 Kevin Bourrillion 和 Jared Levy 在著名"20%"时间写的代码。当然作为开源项目还有其他的开发者贡献了代码。

• 在编写的过程中，Java Collections Framework 的作者 Joshua Bloch 也参与了代码审核和提出建议。

• 目前它已经移到另外一个叫 guava-libraries 的开源项目下面来维护。 因为功能相似而且又同是开源项目，人们很很自然会把它和 Apache Commons Collections 来做比较。

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集合介绍

• Immutable Collections: 还在使用 Collections.unmodifiableXXX() ？ Immutable Collections 这才是真正的不 可修改的集合 l Multiset: 看看如何把重复的元素放入一个集合。

• Multimaps: 需要在一个 key 对应多个 value 的时候 , 自己写一个实现比较繁琐，让 Multimaps 来帮忙

• BiMap: java.util.Map 只能保证 key 的不重复，BiMap 保证 value 也不重复 l

• MapMaker: 超级强大的 Map 构造类

• Ordering class: 大家知道用 Comparator 作为比较器来对集合排序，但是对于多关键字排序 Ordering class 可以简化很多的代码

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Immutable Collections: 真正的不可修改的集合

• 大家都用过Collections.unmodifiableXXX() 来做一个不可修改的集合。例如你要构造存储常量的Set。

Set<String> set = new HashSet<String>(Arrays.asList(new String[]"RED", "GREEN")); 
Set<String> unmodifiableSet = Collections.unmodifiableSet(set);

• 每次调 unmodifiableSet.add() 会抛出个 UnsupportedOperationException。

• 如果有人在原来的set上add或者remove元素会怎么样？结果unmodifiableSet也是被 add 或者 remove 元素了。

构造这样一个简单的set写了两句长的代码。下面看看ImmutableSet 是怎么来做地更安全和简洁 :

ImmutableSet<String> immutableSet = ImmutableSet.of("RED", "GREEN");

• **而且试图调 add 方法的时候，它一样会抛出 UnsupportedOperationException，重要的是代码的可读性增强了不少，非常直观地展现了代码的用意。如果像之前这个代码保护一个set 怎么做呢？

ImmutableSet<String> immutableSet = ImmutableSet.copyOf(set);

从构造的方式来说，ImmutableSet 集合还提供了 Builder 模式来构造一个集合 :在这个例子里面 Builder 不但能加入单个元素还能加入既有的集合。

Builder<String> builder = ImmutableSet.builder(); 
ImmutableSet<String> immutableSet = builder.add("RED").addAll(set).build();

Guava Collections 还提供了各种 Immutable 集合的实现

• ImmutableList

• ImmutableSet

 ImmutableSet.of(4, 8, 15, 16, 23, 42);
 ImmutableSet.copyOf(numbers);

• ImmutableSortedSet
• ImmutableMap

public static final ImmutableMap<String, Integer>
 ENGLISH_TO_INT = ImmutableMap
 .with("four", 4)
 .with("eight", 8)
 .with("fifteen", 15)
 .with("sixteen", 16)
 .with("twenty-three", 23)
 .with("forty-two", 42)
 .build();

ImmutableMap.of(1, "one", 2, "two");

• ImmutableSortedMap (one day)

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Multiset: 把重复的元素放入集合

• 你可能会说这和 Set 接口的契约冲突，因为Set接口的 JavaDoc 里面规定不能放入重复元素。事实上，Multiset 并 没有实现 java.util.Set 接口，它更像是一个Bag。普通的 Set 就像这样 :[car, ship, bike]，而 Multiset 会是这样 :
  [car x 2, ship x 6, bike x 3]。

• 譬如一个 List 里面有各种字符串，然后你要统计每个字符串在 List 里面出现的次数:

Map<String, Integer> map = new HashMap<String, Integer>(); 
for(String word : wordList) 
   Integer count = map.get(word); 
   map.put(word, (count == null) ? 1 : count + 1); 

//count word “the” Integer count = map.get(“the”);

如果用 Multiset 就可以这样 :

HashMultiset<String> multiSet = HashMultiset.create();
multiSet.addAll(wordList); 
//count word “the” Integer count = multiSet.count(“the”);

• 这样连循环都不用了，而且 Multiset 用的方法叫 count，显然比在 Map 里面调 get 有更好的可读性。

• Multiset 还提供了 setCount 这样设定元素重复次数的方法，虽然你可以通过使用 Map 来实现类似的功能，但是程序的可读性比 Multiset 差了很多。

常用实现 Multiset 接口的类有：

• HashMultiset: 元素存放于HashMap
• LinkedHashMultiset: 元素存放于 LinkedHashMap，即元素的排列顺序由第一次放入的顺序决定
• TreeMultiset:元素被排序存放于TreeMap
• EnumMultiset: 元素必须是 enum 类型
• ImmutableMultiset: 不可修改的 Mutiset
• 看到这里你可能已经发现 Guava Collections 都是以 create 或是 of 这样的静态方法来构造对象。这是因为这些集合
• 类大多有多个参数的私有构造方法，由于参数数目很多，客户代码程序员使用起来就很不方便。而且以这种方式可以
• 返回原类型的子类型对象。另外，对于创建范型对象来讲，这种方式更加简洁。

看到这里你可能已经发现 Guava Collections 都是以 create 或是 of 这样的静态方法来构造对象。这是因为这些集合类大多有多个参数的私有构造方法，由于参数数目很多，客户代码程序员使用起来就很不方便。而且以这种方式可以
返回原类型的子类型对象。另外，对于创建范型对象来讲，这种方式更加简洁。

Multimap: 在 Map 的 value 里面放多个元素

Multimap就是一个 key 对应多个 value 的数据结构。看上去它很像 java.util.Map 的结构，但是 Muitimap 不是 Map，没有实现 Map 的接口。设想你对 Map 调了 2 次参数 key 一样的 put 方法，结果就是第 2 次的 value 覆盖
了第 1 次的 value。但是对 Muitimap 来说这个 key 同时对应了 2 个 value。所以 Map 看上去是 : k1=v1, k2=v2,…，而 Muitimap 是 :k1=[v1, v2, v3], k2=[v7, v8],…。

• 举个记名投票的例子，所有选票都放在一个 List 里面，List 的每个元素包括投票人和选举人的名字。

我们可以这样写 :

//Key is candidate name, its value is his voters 
HashMap<String, HashSet<String>> hMap = new HashMap<String, HashSet<String>>(); 
for(Ticket ticket: tickets) 
HashSet<String> set = hMap.get(ticket.getCandidate()); 
if(set == null) 
 set = new HashSet<String>(); 
 hMap.put(ticket.getCandidate(), set); 
 
set.add(ticket.getVoter());

我们再来看看 Muitimap 能做些什么 :

HashMultimap<String, String> map = HashMultimap.create(); 
for(Ticket ticket: tickets) 
map.put(ticket.getCandidate(), ticket.getVoter()); 

就这么简单！ Muitimap 接口的主要实现类有：

• HashMultimap: key 放在 HashMap，而 value 放在 HashSet，即一个 key 对应的 value 不可重复
• ArrayListMultimap: key 放在 HashMap，而 value 放在 ArrayList，即一个 key 对应的 value 有顺序可重复
• LinkedHashMultimap: key 放在 LinkedHashMap，而 value 放在 LinkedHashSet，即一个 key 对应的 value 有顺序不可重复
• TreeMultimap: key 放在 TreeMap，而 value 放在 TreeSet，即一个 key 对应的 value 有排列顺序
• ImmutableMultimap: 不可修改的 Multimap

BiMap: 双向 Map

**BiMap 实现java.util.Map 接口。它的特点是它的value和它 key一样也是不可重复的，换句话说它的 key 和value是等价的，如果你往 BiMap 的 value 里面放了重复的元素，就会得到 IllegalArgumentException。 **

举个例子，你可能经常会碰到在 Map 里面根据 value 值来反推它的 key 值的逻辑：

for(Map.Entry<User, Address> entry : map.entreSet()) 
if(entry.getValue().equals(anAddess)) 
 return entry.getKey(); 
 
 
return null;

• 如果把 User 和 Address 都放在 BiMap，那么一句代码就得到结果了： return biMap.inverse().get(anAddess);
• 这里的 inverse 方法就是把 BiMap 的 key 集合 value 集合对调，因此 biMap == biMap.inverse().inverse()。

BiMap的常用实现有：

• HashBiMap: key 集合与 value 集合都有 HashMap 实现
• EnumBiMap: key 与 value 都必须是 enum 类型
• ImmutableBiMap: 不可修改的 BiMap

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MapMaker: 超级强大的 Map 构造工具

MapMaker 是用来构造 ConcurrentMap 的工具类。
为什么可以把 MapMaker 叫做超级强大？看了下面的例子你就知道了。首先，它可以用来构造 ConcurrentHashMap:

//ConcurrentHashMap with concurrency level 8 
ConcurrentMap<String, Object> map1 = new MapMaker().concurrencyLevel(8).makeMap(); 

或者构造用各种不同 reference 作为 key 和 value 的 Map:

//ConcurrentMap with soft reference key and weak reference value 
ConcurrentMap<String, Object> map2 = new MapMaker().softKeys().weakValues().makeMap(); 

或者构造有自动移除时间过期项的 Map:

//Automatically removed entries from map after 30 seconds since they are created 
ConcurrentMap<String, Object> map3 = new MapMaker() 
.expireAfterWrite(30, TimeUnit.SECONDS)
.makeMap();

或者构造有最大限制数目的 Map：

//Map size grows close to the 100, the map will evict 
//entries that are less likely to be used again 
ConcurrentMap<String, Object> map4 = new MapMaker() 
.maximumSize(100)
.makeMap();

或者提供当 Map 里面不包含所 get 的项，而需要自动加入到 Map 的功能。这个功能当 Map 作为缓存的时候很有 用 :

//Create an Object to the map, when get() is missing in map 
ConcurrentMap<String, Object> map5 = new MapMaker().makeComputingMap( 
 new Function<String, Object>()  
 public Object apply(String key)  
 	return createObject(key); 
);

这些还不是最强大的特性，最厉害的是 MapMaker 可以提供拥有以上所有特性的 Map:

//Put all features together! 
ConcurrentMap<String, Object> mapAll = new MapMaker() 
.concurrencyLevel(8) 
.softKeys() 
.weakValues() 
.expireAfterWrite(30, TimeUnit.SECONDS) 
.maximumSize(100) 
.makeComputingMap( 
 new Function<String, Object>()  
 public Object apply(String key)  
 return createObject(key); 
 );

Ordering class: 灵活的多字段排序比较器

要对集合排序或者求最大值最小值，首推 java.util.Collections 类，但关键是要提供 Comparator 接口的实现。假设有 个待排序的 List，而 Foo 里面有两个排序关键字 int a, int b 和 int c:

Collections.sort(list, new Comparator<Foo>() 
@Override 
public int compare(Foo f1, Foo f2)  
 	int resultA = f1.a – f2.a; 
 	int resultB = f1.b – f2.b; 
 	return resultA == 0 ? (resultB == 0 ? f1.c – f2.c : resultB) : resultA;
);

这看上去有点眼晕，如果用一串 if-else 也好不到哪里去。看看 ComparisonChain 能做到什么 :

Collections.sort(list, new Comparator<Foo>() 
@Override 
return ComparisonChain.start() 
 .compare(f1.a, f2.a) 
 .compare(f1.b, f2.b) 
 .compare(f1.c, f2.c).result();
 );

如果排序关键字要用自定义比较器，compare 方法也有接受 Comparator 的重载版本。譬如 Foo 里面每个排序关键字都已经有了各自的 Comparator，那么利用 ComparisonChain 可以 :

Collections.sort(list, new Comparator<Foo>() 
@Override 
return ComparisonChain.start() 
 .compare(f1.a, f2.a, comparatorA) 
 .compare(f1.b, f2.b, comparatorB) 
 .compare(f1.c, f2.c, comparatorC).result(); 
 );

Ordring 类还提供了一个组合 Comparator 对象的方法。而且 Ordring 本身实现了 Comparator 接口所以它能直接作 为 Comparator 使用：

Ordering<Foo> ordering = Ordering.compound(Arrays.asList(comparatorA, comparatorB, comparatorc)); 
Collections.sort(list, ordering);

过滤器（stream-filter）

利用 Collections2.filter() 方法过滤集合中不符合条件的元素。譬如过滤一个 List 里面小于 10 的
元素 :

Collection<Integer> filterCollection = 
 Collections2.filter(list, new Predicate<Integer>() 
@Override 
public boolean apply(Integer input)  
 return input >= 10; 
);

• 当然，你可以自己写一个循环来实现这个功能，但是这样不能保证之后小于 10 的元素不被放入集合。

• filter 的强大之 处在于返回的 filterCollection 仍然有排斥小于 10 的元素的特性，如果调 filterCollection.add(9) 就会得到一个IllegalArgumentException。

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转换器(Stream-map)

利用 Collections2.transform() 方法来转换集合中的元素。譬如把一个 Set 里面所有元素都转换成 带格式的 String 来产生新的 Collection:

Collection<String> formatCollection = 
 Collections2.transform(set, new Function<Integer, String>() 
@Override 
public String apply(Integer input)  
 return new DecimalFormat("#,###").format(input); 
 );

总结

以上介绍了 Guava Collections 的一些基本的功能特性。你可以从 guava-libraries 的官方网站下载它的 jar 包和它其他的相关文档。如果你使用 Maven 来管理你的项目依赖包，Maven 中央库也提供了它版本的依赖。最后希望Guava Collections 使你的编程工作更轻松，更有乐趣。

使用

这个开源项目发布的 jar 包可以在它的官方网站内（http://code.google.com/p/guava-libraries/downloads/list）找到。

其下载的 zip 包中含有 Guava Collections 的 jar 包 guava-r09.jar 及其依赖包 guava-r09-gwt.jar，javadoc，源代码，readme 等文件。使用时只需将 guava-r09.jar 和依赖包 guava-r09-gwt.jar 放入 CLASSPATH 中即可。

如果您使用 Maven 作为构建工具的话可以在 pom.xml 内加入：

<dependency> 
<groupId>com.google.guava</groupId> 
<artifactId>guava</artifactId> 
<version>xxx</version> 
</dependency>