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title: Java集合使用注意事项总结
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category: Java
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tag:
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- Java集合
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这篇文章我根据《阿里巴巴 Java 开发手册》总结了关于集合使用常见的注意事项以及其具体原理。
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强烈建议小伙伴们多多阅读几遍，避免自己写代码的时候出现这些低级的问题。
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## 集合判空
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《阿里巴巴 Java 开发手册》的描述如下：
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> **判断所有集合内部的元素是否为空，使用 `isEmpty()` 方法，而不是 `size()==0` 的方式。**
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这是因为 `isEmpty()` 方法的可读性更好，并且时间复杂度为 O(1)。
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绝大部分我们使用的集合的 `size()` 方法的时间复杂度也是 O(1)，不过，也有很多复杂度不是 O(1) 的，比如 `java.util.concurrent` 包下的某些集合（`ConcurrentLinkedQueue`、`ConcurrentHashMap`...）。
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下面是 `ConcurrentHashMap` 的 `size()` 方法和 `isEmpty()` 方法的源码。
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```java
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public int size() {
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long n = sumCount();
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return ((n < 0L) ? 0 :
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(n > (long)Integer.MAX_VALUE) ? Integer.MAX_VALUE :
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(int)n);
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}
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final long sumCount() {
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CounterCell[] as = counterCells; CounterCell a;
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long sum = baseCount;
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if (as != null) {
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for (int i = 0; i < as.length; ++i) {
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if ((a = as[i]) != null)
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sum += a.value;
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}
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}
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return sum;
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}
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public boolean isEmpty() {
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return sumCount() <= 0L; // ignore transient negative values
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}
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```
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## 集合转 Map
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《阿里巴巴 Java 开发手册》的描述如下：
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> **在使用 `java.util.stream.Collectors` 类的 `toMap()` 方法转为 `Map` 集合时，一定要注意当 value 为 null 时会抛 NPE 异常。**
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```java
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class Person {
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private String name;
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private String phoneNumber;
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// getters and setters
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}
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List<Person> bookList = new ArrayList<>();
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bookList.add(new Person("jack","18163138123"));
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bookList.add(new Person("martin",null));
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// 空指针异常
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bookList.stream().collect(Collectors.toMap(Person::getName, Person::getPhoneNumber));
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```
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下面我们来解释一下原因。
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首先，我们来看 `java.util.stream.Collectors` 类的 `toMap()` 方法 ，可以看到其内部调用了 `Map` 接口的 `merge()` 方法。
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```java
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public static <T, K, U, M extends Map<K, U>>
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Collector<T, ?, M> toMap(Function<? super T, ? extends K> keyMapper,
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Function<? super T, ? extends U> valueMapper,
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BinaryOperator<U> mergeFunction,
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Supplier<M> mapSupplier) {
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BiConsumer<M, T> accumulator
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= (map, element) -> map.merge(keyMapper.apply(element),
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valueMapper.apply(element), mergeFunction);
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return new CollectorImpl<>(mapSupplier, accumulator, mapMerger(mergeFunction), CH_ID);
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}
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```
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`Map` 接口的 `merge()` 方法如下，这个方法是接口中的默认实现。
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> 如果你还不了解 Java 8 新特性的话，请看这篇文章：[《Java8 新特性总结》](https://mp.weixin.qq.com/s/ojyl7B6PiHaTWADqmUq2rw) 。
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```java
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default V merge(K key, V value,
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BiFunction<? super V, ? super V, ? extends V> remappingFunction) {
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Objects.requireNonNull(remappingFunction);
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Objects.requireNonNull(value);
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V oldValue = get(key);
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V newValue = (oldValue == null) ? value :
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remappingFunction.apply(oldValue, value);
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if(newValue == null) {
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remove(key);
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} else {
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put(key, newValue);
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}
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return newValue;
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}
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```
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`merge()` 方法会先调用 `Objects.requireNonNull()` 方法判断 value 是否为空。
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```java
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public static <T> T requireNonNull(T obj) {
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if (obj == null)
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throw new NullPointerException();
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return obj;
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}
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```
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## 集合遍历
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《阿里巴巴 Java 开发手册》的描述如下：
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> **不要在 foreach 循环里进行元素的 `remove/add` 操作。remove 元素请使用 `Iterator` 方式，如果并发操作，需要对 `Iterator` 对象加锁。**
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通过反编译你会发现 foreach 语法底层其实还是依赖 `Iterator` 。不过， `remove/add` 操作直接调用的是集合自己的方法，而不是 `Iterator` 的 `remove/add`方法
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这就导致 `Iterator` 莫名其妙地发现自己有元素被 `remove/add` ，然后，它就会抛出一个 `ConcurrentModificationException` 来提示用户发生了并发修改异常。这就是单线程状态下产生的 **fail-fast 机制**。
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> **fail-fast 机制**：多个线程对 fail-fast 集合进行修改的时候，可能会抛出`ConcurrentModificationException`。 即使是单线程下也有可能会出现这种情况，上面已经提到过。
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>
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> 相关阅读：[什么是 fail-fast](https://www.cnblogs.com/54chensongxia/p/12470446.html) 。
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Java8 开始，可以使用 `Collection#removeIf()`方法删除满足特定条件的元素,如
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```java
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List<Integer> list = new ArrayList<>();
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for (int i = 1; i <= 10; ++i) {
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list.add(i);
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}
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list.removeIf(filter -> filter % 2 == 0); /* 删除list中的所有偶数 */
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System.out.println(list); /* [1, 3, 5, 7, 9] */
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```
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除了上面介绍的直接使用 `Iterator` 进行遍历操作之外，你还可以：
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- 使用普通的 for 循环
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- 使用 fail-safe 的集合类。`java.util`包下面的所有的集合类都是 fail-fast 的，而`java.util.concurrent`包下面的所有的类都是 fail-safe 的。
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- ……
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## 集合去重
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《阿里巴巴 Java 开发手册》的描述如下：
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> **可以利用 `Set` 元素唯一的特性，可以快速对一个集合进行去重操作，避免使用 `List` 的 `contains()` 进行遍历去重或者判断包含操作。**
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这里我们以 `HashSet` 和 `ArrayList` 为例说明。
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```java
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// Set 去重代码示例
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public static <T> Set<T> removeDuplicateBySet(List<T> data) {
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if (CollectionUtils.isEmpty(data)) {
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return new HashSet<>();
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}
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return new HashSet<>(data);
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}
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// List 去重代码示例
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public static <T> List<T> removeDuplicateByList(List<T> data) {
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if (CollectionUtils.isEmpty(data)) {
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return new ArrayList<>();
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}
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List<T> result = new ArrayList<>(data.size());
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for (T current : data) {
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if (!result.contains(current)) {
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result.add(current);
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}
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}
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return result;
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}
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```
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两者的核心差别在于 `contains()` 方法的实现。
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`HashSet` 的 `contains()` 方法底部依赖的 `HashMap` 的 `containsKey()` 方法，时间复杂度接近于 O（1）（没有出现哈希冲突的时候为 O（1））。
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```java
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private transient HashMap<E,Object> map;
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public boolean contains(Object o) {
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return map.containsKey(o);
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}
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```
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我们有 N 个元素插入进 Set 中，那时间复杂度就接近是 O (n)。
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`ArrayList` 的 `contains()` 方法是通过遍历所有元素的方法来做的，时间复杂度接近是 O(n)。
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```java
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public boolean contains(Object o) {
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return indexOf(o) >= 0;
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}
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public int indexOf(Object o) {
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if (o == null) {
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for (int i = 0; i < size; i++)
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if (elementData[i]==null)
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return i;
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} else {
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for (int i = 0; i < size; i++)
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if (o.equals(elementData[i]))
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return i;
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}
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return -1;
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}
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```
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## 集合转数组
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《阿里巴巴 Java 开发手册》的描述如下：
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> **使用集合转数组的方法，必须使用集合的 `toArray(T[] array)`，传入的是类型完全一致、长度为 0 的空数组。**
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`toArray(T[] array)` 方法的参数是一个泛型数组，如果 `toArray` 方法中没有传递任何参数的话返回的是 `Object`类 型数组。
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```java
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String [] s= new String[]{
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"dog", "lazy", "a", "over", "jumps", "fox", "brown", "quick", "A"
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};
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List<String> list = Arrays.asList(s);
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Collections.reverse(list);
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//没有指定类型的话会报错
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s=list.toArray(new String[0]);
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```
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由于 JVM 优化，`new String[0]`作为`Collection.toArray()`方法的参数现在使用更好，`new String[0]`就是起一个模板的作用，指定了返回数组的类型，0 是为了节省空间，因为它只是为了说明返回的类型。详见：<https://shipilev.net/blog/2016/arrays-wisdom-ancients/>
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## 数组转集合
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《阿里巴巴 Java 开发手册》的描述如下：
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> **使用工具类 `Arrays.asList()` 把数组转换成集合时，不能使用其修改集合相关的方法， 它的 `add/remove/clear` 方法会抛出 `UnsupportedOperationException` 异常。**
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我在之前的一个项目中就遇到一个类似的坑。
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`Arrays.asList()`在平时开发中还是比较常见的，我们可以使用它将一个数组转换为一个 `List` 集合。
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```java
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String[] myArray = {"Apple", "Banana", "Orange"};
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List<String> myList = Arrays.asList(myArray);
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//上面两个语句等价于下面一条语句
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List<String> myList = Arrays.asList("Apple","Banana", "Orange");
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```
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JDK 源码对于这个方法的说明：
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```java
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/**
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*返回由指定数组支持的固定大小的列表。此方法作为基于数组和基于集合的API之间的桥梁，
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* 与 Collection.toArray()结合使用。返回的List是可序列化并实现RandomAccess接口。
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*/
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public static <T> List<T> asList(T... a) {
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return new ArrayList<>(a);
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}
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```
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下面我们来总结一下使用注意事项。
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**1、`Arrays.asList()`是泛型方法，传递的数组必须是对象数组，而不是基本类型。**
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```java
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int[] myArray = {1, 2, 3};
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List myList = Arrays.asList(myArray);
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System.out.println(myList.size());//1
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System.out.println(myList.get(0));//数组地址值
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System.out.println(myList.get(1));//报错：ArrayIndexOutOfBoundsException
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int[] array = (int[]) myList.get(0);
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System.out.println(array[0]);//1
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```
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当传入一个原生数据类型数组时，`Arrays.asList()` 的真正得到的参数就不是数组中的元素，而是数组对象本身！此时 `List` 的唯一元素就是这个数组，这也就解释了上面的代码。
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我们使用包装类型数组就可以解决这个问题。
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```java
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Integer[] myArray = {1, 2, 3};
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```
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**2、使用集合的修改方法: `add()`、`remove()`、`clear()`会抛出异常。**
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```java
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List myList = Arrays.asList(1, 2, 3);
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myList.add(4);//运行时报错：UnsupportedOperationException
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myList.remove(1);//运行时报错：UnsupportedOperationException
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myList.clear();//运行时报错：UnsupportedOperationException
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```
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`Arrays.asList()` 方法返回的并不是 `java.util.ArrayList` ，而是 `java.util.Arrays` 的一个内部类,这个内部类并没有实现集合的修改方法或者说并没有重写这些方法。
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```java
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List myList = Arrays.asList(1, 2, 3);
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System.out.println(myList.getClass());//class java.util.Arrays$ArrayList
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```
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下图是 `java.util.Arrays$ArrayList` 的简易源码，我们可以看到这个类重写的方法有哪些。
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```java
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private static class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
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implements RandomAccess, java.io.Serializable
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{
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...
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@Override
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public E get(int index) {
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||
...
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}
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@Override
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public E set(int index, E element) {
|
||
...
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}
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@Override
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||
public int indexOf(Object o) {
|
||
...
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||
}
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@Override
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public boolean contains(Object o) {
|
||
...
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}
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@Override
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public void forEach(Consumer<? super E> action) {
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||
...
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}
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@Override
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public void replaceAll(UnaryOperator<E> operator) {
|
||
...
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}
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@Override
|
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public void sort(Comparator<? super E> c) {
|
||
...
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}
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}
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```
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我们再看一下`java.util.AbstractList`的 `add/remove/clear` 方法就知道为什么会抛出 `UnsupportedOperationException` 了。
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```java
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public E remove(int index) {
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throw new UnsupportedOperationException();
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}
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public boolean add(E e) {
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add(size(), e);
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return true;
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}
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public void add(int index, E element) {
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throw new UnsupportedOperationException();
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}
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public void clear() {
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removeRange(0, size());
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}
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protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
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ListIterator<E> it = listIterator(fromIndex);
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for (int i=0, n=toIndex-fromIndex; i<n; i++) {
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it.next();
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it.remove();
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}
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}
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```
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**那我们如何正确的将数组转换为 `ArrayList` ?**
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1、手动实现工具类
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```java
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//JDK1.5+
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static <T> List<T> arrayToList(final T[] array) {
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final List<T> l = new ArrayList<T>(array.length);
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for (final T s : array) {
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l.add(s);
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}
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return l;
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}
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Integer [] myArray = { 1, 2, 3 };
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System.out.println(arrayToList(myArray).getClass());//class java.util.ArrayList
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```
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2、最简便的方法
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```java
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List list = new ArrayList<>(Arrays.asList("a", "b", "c"))
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```
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3、使用 Java8 的 `Stream`(推荐)
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```java
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Integer [] myArray = { 1, 2, 3 };
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List myList = Arrays.stream(myArray).collect(Collectors.toList());
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//基本类型也可以实现转换（依赖boxed的装箱操作）
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int [] myArray2 = { 1, 2, 3 };
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List myList = Arrays.stream(myArray2).boxed().collect(Collectors.toList());
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```
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4、使用 Guava
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对于不可变集合，你可以使用[`ImmutableList`](https://github.com/google/guava/blob/master/guava/src/com/google/common/collect/ImmutableList.java)类及其[`of()`](https://github.com/google/guava/blob/master/guava/src/com/google/common/collect/ImmutableList.java#L101)与[`copyOf()`](https://github.com/google/guava/blob/master/guava/src/com/google/common/collect/ImmutableList.java#L225)工厂方法：（参数不能为空）
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```java
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List<String> il = ImmutableList.of("string", "elements"); // from varargs
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List<String> il = ImmutableList.copyOf(aStringArray); // from array
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```
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对于可变集合，你可以使用[`Lists`](https://github.com/google/guava/blob/master/guava/src/com/google/common/collect/Lists.java)类及其[`newArrayList()`](https://github.com/google/guava/blob/master/guava/src/com/google/common/collect/Lists.java#L87)工厂方法：
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```java
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List<String> l1 = Lists.newArrayList(anotherListOrCollection); // from collection
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List<String> l2 = Lists.newArrayList(aStringArray); // from array
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List<String> l3 = Lists.newArrayList("or", "string", "elements"); // from varargs
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```
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5、使用 Apache Commons Collections
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```java
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List<String> list = new ArrayList<String>();
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CollectionUtils.addAll(list, str);
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```
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6、 使用 Java9 的 `List.of()`方法
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```java
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Integer[] array = {1, 2, 3};
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List<Integer> list = List.of(array);
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```
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<!-- @include: @article-footer.snippet.md -->
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