改善java程序的151个建议--数组和集合
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了改善java程序的151个建议--数组和集合相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
60、性能考虑，数组是首选，在基本类型处理方面。数组还是占优势的，并且集合类的底层也都是通过数组实现。建议在性能要求较高的场景中使用数组替代集合。
61、假设有必要。使用变长数组：我们能够通过对数组扩容”婉转”地解决数组扩容问题。以下採用的是Arrays数组工具类的copyOf方法。产生了一个newLen长度的新数组，并把原有的值拷贝了进去，之后就能够对超长的元素进行赋值了
62、警惕数组的浅拷贝
Person[] p=new Person[5];
Person[] p2=Arrays.copyOf(p,p.length);
假设改动了p2中某个属性的值。比如p2中username的值，那么p也会改动，这就是所说的浅拷贝。解决方案是：遍历p，然后又一次生成一个Person放入p2中，这就实现了深拷贝，我们在使用集合的时候，比如List，应该避免这种使用方式：Arrays.copyOf(list.toArray());
63、在明白的场景下，为集合指定初始容量
ArrayList是一个大小可变的数组，但它在底层使用的是数组存储，并且数组是定长的。要实现动态长度必要要进行长度的扩展。底层实现是在元素达到elementData长度的临界点时。将elementData扩容1.5倍，为什么是1.5倍呢，这是由于经过測试验证，扩容1.5倍即满足了性能要求，也降低了内存消耗，源码例如以下：
接下来我们看一下ArrayList的构造函数例如以下：
上面是无參数构造。以下是指定容量的有參函数构造，假设我们不设置容量，系统就依照1.5倍的规则扩容，每次扩容都是一次数组的拷贝，假设数据量很大，这种拷贝会很耗费资源。并且效率很低下。假设我们已经知道了一个ArrayList的可能长度，尽量避免了数组拷贝，然后对其设置一个初始容量则能够显著提高系统性能。其它集合都一样。以下是Vector底层数组的长度计算方式：
64、多种最值算法，适时选择
1)自行实现，高速查找最大值
2)先排序。后取值,以下数组使用了clone方法的主要原因是不影响原数组中的排序
3)查找仅次于最大值的元素
最值计算时。使用集合最简单，使用数组性能最优;
65、避开基本类型数组转换列表的陷进
int[] data={1,2,3,4,5};List list=Arrays.asList(data);list.size()得到的结果为1，这是由于asList的方法接收的是一个变长參数，返回一个固定长度的列表，其源码例如以下：
数组是一个对象，它是能够泛型化的。也就是说这里把一个int类型的数组作为了T类型。所以转换后在List中就仅仅有一个类型为int数组的元素了。改动方案是将int改为Integer
Integer[] data={1,2,3,4,5};List list=Arrays.asList(data);list.size()得到的结果为5
结论：原始类型数组不能作为asList的输入參数，否则会引起程序逻辑混乱。
66、asList方法产生的List对象不可更改
看以下一段程序：
public static void main(String[] args) {
Integer[] datas={1,2,3,4};
List<Integer> list=Arrays.asList(datas);
list.add(6);
}
执行结果抛出：UnsupportedOperationException。原因是此asList底层实现是返回了一个ArrayList，此ArrayList并非java.util.ArrayList，而是Arrays工具类的一个静态私有内部类。除了Arrays能訪问外，其它类都不能訪问，这个类中没有提供add方法，其父类AbstractList提供的add方法中抛出该异常，它只实现了5个方法：size()、toArray()、get()、set()、contains()。asList返回的是一个长度不可变的列表，数组是多长，转换成的列表也就是多长，换句话说，此处的列表不过数组的一个外壳。不再保持列表动态变长的特性，所以很不推荐例如以下方式定义和初始化列表:
List<String> list=Arrays.asList(“abc”,”ddd”,”sss”);这个list仅仅能进行读操作
67、不同的列表选择不同的遍历方法
我们有这样一个需求。将100万数据放入ArrayList和LinkedList中。然后分别通过foreach的方式和遍历下标的方式进行求和并计算平均值运算，得出结果例如以下：
通过ArrayList下标遍历耗时:2ms,得出平均值为:49
通过ArrayList foreach遍历耗时:6ms,得出平均值为:49
通过LinkedList下标遍历耗时:5515ms,得出平均值为:49
通过LinkedList foreach遍历耗时:3ms,得出平均值为:49
我们能够知道，通过下标遍历的方式:for(int i=0,size=list.size();i<size;i++)对照，ArrayList的效率远远比LinkedList的效率要高，而通过foreach遍历的方式：for(Integer i:list)对照，LinkedList的效率比ArrayList好。这是由于ArrayList实现了RandomAccess接口(随机存取接口)，也就标志着ArrayList是一个能够随机存取的列表。也就说明了当中的数据元素之间是没有关联的，即两个位置相邻的元素之间没有相互依赖和索引关系，能够随机訪问和存储，而使用迭代器就须要强制建立一种相互关系，比方上一个元素能够推断是否有下一个元素。以及下一个元素是什么等等，所以使用ArrayList通过foreach遍历须要为其加入关系。这就是耗时的原因。
LinkedList它底层实现了双向链表，当中的两个元素本来就是有关联的，所以使用foreach会效率会比較高。通过底层代码会发现，LinkedList的get方法会每次都会进行一次遍历，所以效率很低。
上面说的就是随机存储列表(比如ArrayList)和有序存取列表(比如LinkedList)的差别。随机存储列表。实现了RandomAccess接口，使用下标遍历的方式效率高，有序存储列表，其元素之间本来就存在关系，使用foreach遍历的方式效率高，我们能够写一个万能遍历方式：
public static void searchQuick(List<Integer> list,String listName){
int sum=0;
String str="";
long startTime=System.currentTimeMillis();
if(list instanceof RandomAccess){
str+=listName+"随机存储，使用下标遍历方式最快";
for(int i=0,size=list.size();i<size;i++){
sum+=list.get(i);
}
}else{
str+=listName+"有序存储。使用foreach遍历方式最快";
for(Integer i:list){
sum+=i;
}
}
long endTime=System.currentTimeMillis();
System.out.println(str+",遍历耗时:"+(endTime-startTime)+"ms,得出平均值为:"+sum/list.size());
}
【知识拓展】RandomAccess和Cloneable、Serializable一样。都是标志性接口，不须要不论什么实现，仅仅是用来表明事实上现类具有某种特质的。实现了Cloneable表明能够被拷贝，实现了Serializable表明能够被序列化，实现了Serializable表明这个类能够进行随机存储(元素间没有关系，能够随机訪问和存储)。
68、频繁插入和删除时使用LinkedList
在指定位置插入元素：add(int index,E element)
ArrayList:底层是数组实现，每次插入一个元素。其后的元素就会向后移动一位。效率比較低
LinkedList：底层是一个双向链表，它的插入仅仅是改动相邻元素的next和previous的引用，效率高
删除元素：remove(int index)，和上面一样，LinkedList效率比ArrayList高
改动元素：set(int index,E element)，ArrayList比LinkedList效率高，由于LinkedList是顺序存储的。定位元素是一个折半遍历过程。比較耗时，效率低，ArrayList的改动动作则是数组元素的直接替换。简单高效。
添加元素：add(E elment);ArrayList和LinkedList在性能上基本没什么区别
综上所述。适当的场景选择适当的集合操作
69、列表相等仅仅需关心元素数据
ArrayList<String> strs=new ArrayList<String>();
strs.add("abc");
Vector<String> strs2=new Vector<String>();
strs2.add("abc");
LinkedList<String> strs3=new LinkedList<String>();
strs3.add("abc");
System.out.println(strs.equals(strs2));
System.out.println(strs.equals(strs3));
System.out.println(strs2.equals(strs3));
如上程序，程序输出的结果都是true，这是由于这三个列表都实现了List接口，也都继承了AbstractList抽象类。其equals方法是在AbstractList中定义的，源码例如以下：
从源码中能够看出。仅仅要求实现了List接口就成。它不关心List的详细实现类，仅仅要全部的元素相等，而且长度也相等就表明两个List是相等的。与详细的容量类型无关。其它的集合类型。如Set、Map也几乎相同，仅仅关心集合元素，不用考虑集合类型。
推断集合是否相等时仅仅须关注元素是否相等就可以。
70、子列表仅仅是原列表的一个视图。subList产生的列表仅仅是原列表的一个视图，全部的修修改作直接作用于原列表
看以下的程序：
List<String> list1=new ArrayList<String>();
list1.add("A");
list1.add("B");
//构造一个包括list1列表的字符串列表
List<String> list2=new ArrayList<String>(list1);
System.out.println(list1.equals(list2));
//使用subList生成与list1同样的列表
List<String> list3=list1.subList(0, list1.size());
System.out.println(list1.equals(list3));
//list3中添加一个元素
list3.add("C");
System.out.println(list1);//A、B、C
System.out.println(list3);//A、B、C
System.out.println(list1.equals(list2));
System.out.println(list1.equals(list3));
上面的结果输出为：true、true、false、true，前两个我们都知道，那么后面两个为什么会出现这种结果呢！
这是由于通过subList生成的List是原有List的一个视图。也就是说list3是list1的一个视图。对list3的全部的修修改作都会反映在原列表list1上。所以上面中list3添加一个元素C的时候，此时list1也会添加一个C,list1和list3保持一致，自然而然就相等了；通过ArrayList构造函数创建的list2实际上它是一个新列表了，它是通过数组的copyOf(浅拷贝)生成的，生成的list2和原列表list1之间没有不论什么关系了
71、推荐使用subList处理局部列表
需求：一个列表有100个元素。如今要删除索引位置为20到30的元素，我们除了使用循环遍历进行删除外，还能够使用subList进行删除：
list.subList(20,30).clear();由于subList生成的List是原列表的一个视图，全部对subList生成List的操作都会作用到原列表
72、生成子列表后不要再操作原列表。保持原列表的仅仅读状态
以下代码：
List<String> list1=new ArrayList<String>();
list1.add("A");
list1.add("B");
list1.add("C");
List<String> list2=list1.subList(0, 1);
list2.add("D");
System.out.println(list1.size());
System.out.println(list2.size());
在运行list2.size()的时候会抛出ConcurrentModificationException(并发改动异常)。这是由于对原列表list1进行改动后(添加一个元素D)，list2取出的列表不会又一次生成一个新列表，后面对子列表list2进行操作时，就会检測到改动计数器与预期的不同。于是就抛出了并发改动异常。子列表提供的size方法中检查改动计数器源码：
subList的其它方法也检測改动计数器，比如set、get、add等方法，若生成子列表后，再改动原列表，这些方法也会抛出ConcurrentModificationException异常
对于子列表操作，由于视图是动态生成的。生成子列表后再操作原列表，必定会导致”视图”的不稳定，最有效的办法就是通过Collections.unmodifiableList方法设置列表为仅仅读状态(防御式编程)：
我们的List能够有多个视图，就是说能够有多个子列表，仅仅要生成的子列表多于一个。则不论什么一个子列表就都不能改动了。否则就会抛出上面的异常。
List<String> list1=new ArrayList<String>();
list1.add("A");
list1.add("B");
list1.add("C");
//表示list1仅仅读
list1=Collections.unmodifiableList(list1);
//仅仅读后不能对list1进行写入操作,抛出
//ConcurrentModificationException
list1.add("F");
//有多个子列表
List<String> list2=list1.subList(0, 1);
List<String> list3=list1.subList(0, 2);
//多个子列表，就不能对不论什么子列表进行写入操作了
list3.add("G");
//抛出ConcurrentModificationException
System.out.println(list2.size());
73、使用Comparator、Comparable进行排序
我们创建Employee默认让其能够依照id进行排序。实现代码例如以下：
class Employee implements Comparable<Employee>{
private int id;
private String name;
public Employee(int id,String name){
this.id=id;
this.name=name;
}
public int getId() {
return id;
}
public void setId(int id) {
this.id = id;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public int compareTo(Employee e) {
System.out.println("execute compareTo");
Integer eId=Integer.valueOf(this.id);
return eId.compareTo(Integer.valueOf(e.getId()));
}
}
測试代码例如以下：
List<Employee> list=new ArrayList<Employee>();
list.add(new Employee(100,"Mary"));
list.add(new Employee(99,"Jack"));
list.add(new Employee(101,"Lucy"));
list.add(new Employee(103,"John"));
list.add(new Employee(102,"Tom"));
//运行排序。调用Employee默认排序compareTo方法
Collections.sort(list);
for(Employee e:list){
System.out.println("id="+e.getId()+",name="+e.getName());
}
执行后的结果是依照id进行升序排序的，在測试的时候，调用Collections.sort()方法会执行Employee中的compareTo方法
假设我们进行需求改进，须要对Employee中的name进行排序，那么我们该怎么处理呢，当然我们能够改动源码，可是更好的处理方式是我们定义一个comparator，然后调用Collections.sort(List list,Comparator);重载方法，编写我们的NameComparator：
/**
* 依照名称进行排序
* @author dell
*
*/
class NameComparator implements Comparator<Employee>{
@Override
public int compare(Employee e1, Employee e2) {
System.out.println("execute NameComparator");
return e1.getName().compareTo(e2.getName());
}
}
測试：測试结果为依照名称的升序进行排序
//依照名称自己定制排序。实现Comparator接口,默认排序不会被运行
Collections.sort(list,new NameComparator());
for(Employee e:list){
System.out.println("id="+e.getId()+",name="+e.getName());
}
Comparable与Comparator：实现了Comparable接口的类表明自身是能够进行比較的，有了比較才干进行排序。而Comparator接口是一个工具类接口，它的名字也已经表明其作用：用作比較，它与原有类的逻辑没有关系，仅仅是实现两个类的比較逻辑；Comparable接口能够作为实现类的默认排序法，一个类仅仅能有一个固定的、由compareTo方法提供的默认排序算法；Comparator接口则是一个类的扩展排序工具。一个类能够有非常多的比較器
74、不推荐使用binarySearch对列表进行检索
情景。我们须要在List中查找出一个元素的索引。我们能够通过indexOf的方式进行查询，也能够通过binarySearch的方式进行检索。仅仅是通过binarySearch进行检索的时候存在List中的元素必须是有序的。否则会出错。这就可能会打乱了我们实际从数据库或者web等查询出来的集合数据，可是使用binarySearch检索性能高、效率快。所以我们有类似需求的时候我们得依据实际场景来决定使用的方法。
75、集合中的元素必须做到compareTo与equals同步
我们在进行indexOf和binarySearch方法进行索引查找的时候。假设compareTo中的比較与equals方法中的比較不一致。比如compareTo中比較的是id属性。而equals中比較的是name属性，那么就会造成结果不一样。这是由于：
indexOf是通过equals方法推断的。equals等于true就觉得找到符合条件的元素，而binarySearch查找的根据是compareTo方法的返回值，返回0即觉得找到符合条件的元素。假设我们覆写这两个方法的时候不一致。就会出现故障；equals是推断元素是否相等，compareTo是推断元素在排序中的位置是否同样，所以我们就应该保证当排序位置同样的时候。其equals也同样。实现了compareTo方法，就应该覆写equals方法。确保两者同步，否则就会产生逻辑混乱
76、集合运算时使用更优雅的方式
集合的交集、并集、差集的操作在持久层中使用得很频繁，从数据库中取出的就是多个数据集合，之后我们能够使用集合中的各种方法构建我们须要的数据，须要两个集合的and结构。就是交集，须要两个集合的or结果，那就是并集。须要两个集合的not结果，那就是差集
集合求并集：list1.addAll(list2);
集合求交集：list1.retainAll(list2);
集合求差集：属于list1但不属于list2：list1.removeAll(list2);
无反复的并集：1、删除list1中出现的元素：list2.remove(list1);2、把剩余的list2元素加入到list1中：list1.addAll(list2);
77、使用shuffle打乱列表
当我们要对List集合中的元素进行顺序打乱的时候，我们可能会想到通过一个随机数，然后遍历List集合，将元素与随机元素交换顺序：
事实上我们还能够使用一个方法非常方便的来实现上面的乱序操作：
Collections.shuffle(List list);我们能够依据项目适当的场景来使用此功能
78、降低HashMap中元素的数量
HashMap在底层比ArrayList多了一层Entry的对象封装，多占用了内存。而且它的扩容策略是2倍长度的递增，同一时候还会依据阀值推断规则进行推断。因此相对于ArrayList来说。大量加入数据会先出现内存溢出，所以尽量让HashMap中的元素少量并简单
79、集合中的哈希码不要反复
一个列表查找某值是非常耗资源的。随机存储的列表是遍历查找，顺序存储列表是链表查找。或者是Collections的二分法查找，可是这都不怎么快，最快的还是要数Hash开头的集合。比如HashMap、HashSet等等的查找。比如我们相同在ArrayList和HashMap加入100000个元素，当我们使用contains方法进行查找最后一个值的时候，会发现HashMap的效率比ArrayList高出非常多
HashMap的查找原理：当中使用hashCode定位元素。如有哈希冲突，则遍历对照，在没有哈希冲突的情况下，HashMap的查找则是依赖hashCode定位的，由于是直接定位。效率当然就高；假设哈希码同样，它的查找效率就与ArrayList没什么两样了，所以在一些项目中，尽管我们重写了hashCode方法可是返回值确是固定的，此时假设把这些对象插入到HashMap中，查找就会比較耗时了，在HashMap中的hashCode应避免冲突。
80、多线程环境下考虑使用Vector或HashTable
我们这里须要理解两个概念：线程安全和同步改动的问题
同步改动：多个线程对同一对象不同方法进行操作，比如add和remove。并发改动：一个线程添加，一个线程删除。这不属于多线程
/**
* 这属于同步改动问题,不是线程同步,多个线程訪问同一对象的不同的方法
* ArrayList和Vector都会抛出ConcurrentModificationException异常
* @param datas
*/
public static void synchroUpdate(final List<String> datas){
Thread addThread=new Thread(){
@Override
public void run() {
while(true){
datas.add("新增:"+new Random().nextInt());
}
}
};
//降低
Thread removeThread=new Thread(){
@Override
public void run() {
for(String str:datas){
datas.remove(str);
}
}
};
addThread.start();
removeThread.start();
}
线程安全：多个线程对同一对象的同一个方法进行操作，比如多个线程訪问remove方法
/**
* 多线程问题,多个线程訪问同一对象的同一个方法
* 假设使用ArrayList,则datas.remove(0)可能会取出相同的数据。这是线程不安全所造成的，我们能够使用synchronized解决
* 假设使用Vector，由于它是线程安全的，所以datas.remove(0)不会出现相同的数据，它的内部实现已经使用了synchronized
* @param datas
*/
public static void mulThread(final List<String> datas){
for(int i=0;i<10;i++){
new Thread(){
public void run() {
while(true){
System.out.println(Thread.currentThread().getId()+"--"+datas.remove(0));
}
};
}.start();
}
}
系统开发过程中，除非必要，否则不要使用synchronizedkeyword，这是从性能的角度考虑的，可是一旦涉及多线程的时候(这里说的是真正的多线程。而不是并发改动的问题，比方一个线程添加，一个线程删除，这不是多线程)。Vector、HashTable会是最佳的选择，使用ArrayList和HashMap结合synchronized也是可行的方法。
81、SortedSot中的元素被改动后可能会影响其排序位置，非稳定排序推荐使用List
非稳定：不确定集合中的元素何时会发生变化
TreeSet：实现了类默认排序为升序的Set集合，当中的元素不能反复，TreeSet实现了SortedSet接口，它仅仅是定义了在给集合增加元素时将其进行排序，不能保证元素改动后的排序结果。因此TreeSet适用于不变量的集合数据排序。比如String、Integer等类型。但不适用于可变量的排序，特别是不确定何时元素会发生变化的数据集合，改动后的TreeSet再排序解决方式：
New TreeSet<Person>(new ArrayList<Person>(TreeSet set));
List：实现自己主动排序，即使改动也能进行自己主动排序。我们能够使用Collections.sort方法对List进行排序。可是List中的元素是能够反复的
对应排序选择对应的解决方式!
82、集合大家族
List：集合中元素可反复
ArrayList:一个动态数组
LinkedList：一个双向链表
Vector：一个线程安全的动态数组
Stack：一个对象栈，遵循先进后出的原则
Set：集合中元素不能反复
EnumSet：枚举类型的专用Set。当中全部元素都是枚举类型
HashSet：是以哈希码决定其元素位置的Set，原理与HashMap相似，提供高速的插入和查找方法
TreeSet：是一个自己主动排序的Set，它实现了SortedSet接口
Map：键值集合
排序Map：TreeMap。它依据Key值进行自己主动排序
非排序Map：HashMap、HashTable、Propertie、EnumMap，当中Properties是HashTable的子类。它的用途是从Property文件里载入数据。并提供方便的读写操作；EnumMap是要求其Key必须是某一个枚举类型
WeakHashMap：是一个採用弱键方式实现的Map类。它的特点是：WeakHashMap对象的存在并不会阻止垃圾回收器对键值对的回收，使用其装载数据不用操心内存溢出问题，GC会自己主动删除不用的键值对，可是GC是悄悄回收的，程序不知该动作，所以存在重大的隐患
Queue：
堵塞式队列：队列满了以后再插入元素则会抛出异常。当中主要有：
ArrayBlockingQueue:一个以数组方式实现的有界堵塞队列
PriorityBlockingQueue：按照优先级组建的队列
LinkedBlockingQueue：通过链表实现的堵塞队列
非堵塞队列：无边界的，仅仅要内存同意，都能够持续追加元素，最常使用的是PriorityQueue
双端队列，支持在头、尾两端插入和移出元素:ArrayDeque、LinkedBlockingDeque、LinkedList
数组：数组和集合最大的差别就是数组可以容纳基本类型，而集合就不行，它容纳的基本类型数据也是通过该java装箱转换为对象类型放进去的。全部的集合底层存储的都是数组
工具类：
数组工具类：java.util.Arrays、java.lang.reflect.Array
集合工具类：java.util.Collections
扩展类：集合类我们能够自行扩展。最好的办法是拿来主义。能够使用Apache中的commons-collections扩展包，也能够使用Google中的google-collections这些优秀的数据集合扩展包
以上是关于改善java程序的151个建议--数组和集合的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
编写高质量代码:改善Java程序的151个建议(第5章:数组和集合___建议75~78)
转载--编写高质量代码:改善Java程序的151个建议(第5章:数组和集合___建议65~69)
编写高质量代码:改善Java程序的151个建议(第5章:数组和集合___建议79~82)