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Java 11中的Collections类详解

news 2025/8/20 10:42:45

一、核心作用与定义

Collections类是Java集合框架的核心工具类，位于java.util包中，提供了一系列静态方法用于操作List、Set、Map等集合。其核心作用包括：

简化集合操作：如排序、搜索、反转、填充等。
线程安全支持：通过同步包装器（如synchronizedList）实现线程安全。
不可变集合创建：提供方法生成不可修改的集合视图。
算法复用：封装常见集合操作算法，避免重复实现。

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二、常用方法详解

1. 排序相关

sort(List<T> list)
按自然顺序升序排序列表，要求元素实现Comparable接口。

List<Integer> numbers = Arrays.asList(4, 2, 5, 1, 3);
Collections.sort(numbers); // 输出 [1, 2, 3, 4, 5]

sort(List<T> list, Comparator<? super T> c)
按指定比较器排序，支持自定义排序逻辑。

Comparator<Integer> descComparator = (a, b) -> b - a;
Collections.sort(numbers, descComparator); // 降序排序

2. 反转与随机打乱

reverse(List<?> list)
反转列表元素顺序。

List<String> fruits = Arrays.asList("apple", "banana", "cherry");
Collections.reverse(fruits); // 输出 [cherry, banana, apple]

shuffle(List<?> list)
随机打乱列表元素（默认使用随机源）。

Collections.shuffle(fruits); // 输出顺序随机，如 [banana, apple, cherry]

3. 搜索与替换

binarySearch(List<?> list, T key)
二分搜索，要求列表已排序。

Collections.sort(numbers);
int index = Collections.binarySearch(numbers, 4); // 返回索引3

replaceAll(List<T> list, T oldVal, T newVal)
替换所有旧值为新值。

List<String> words = Arrays.asList("hello", "world", "java");
Collections.replaceAll(words, "java", "javafx"); // 输出 [hello, world, javafx]

4. 极值查找

min(Collection<? extends T> coll)
返回集合最小元素。

List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 1, 4, 1, 5, 9);
int min = Collections.min(numbers); // 输出1

max(Collection<? extends T> coll)
返回集合最大元素。
```
int max = Collections.max(numbers); // 输出9
```

5. 集合修改

fill(List<? super T> list, T obj)
用指定元素填充列表。

List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("a", "b", "c"));
Collections.fill(list, "x"); // 输出 [x, x, x]

copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src)
复制源列表到目标列表（目标需足够长）。

List<String> src = Arrays.asList("sun", "moon", "star");
List<String> dest = new ArrayList<>(Arrays.asList("", "", ""));
Collections.copy(dest, src); // 输出 [sun, moon, star]

6. 不可变集合

unmodifiableList(List<? extends T> list)
返回不可修改的列表视图，修改会抛出UnsupportedOperationException。

List<String> original = new ArrayList<>(Arrays.asList("one", "two"));
List<String> unmodifiable = Collections.unmodifiableList(original);
// unmodifiable.add("three"); // 抛出异常

7. 其他实用方法

frequency(Collection<?> c, Object o)
统计元素出现次数。

List<String> items = Arrays.asList("apple", "banana", "apple");
int count = Collections.frequency(items, "apple"); // 输出2

rotate(List<?>, int distance)
循环移动元素（正数右移，负数左移）。

List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
Collections.rotate(list, 2); // 输出 [4, 5, 1, 2, 3]

三、Java 11新增特性

1. 集合工厂方法

List.of()、Set.of()、Map.of()
快速创建不可变集合，支持1-10个元素的显式声明。

List<String> list = List.of("Alice", "Bob", "Charlie"); // Java 11新增
Set<Integer> set = Set.of(1, 2, 3);
Map<String, Integer> map = Map.of("Alice", 25, "Bob", 30);

copyOf()
复制集合为不可变形式，适用于已有集合。

List<String> original = new ArrayList<>(Arrays.asList("a", "b"));
List<String> copied = List.copyOf(original); // 返回不可变列表

2. 方法增强

indexOfSubList(List<?>, List<?>)
查找子列表首次出现的位置。

List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
List<Integer> subList = Arrays.asList(3, 4);
int index = Collections.indexOfSubList(list, subList); // 返回2

四、与Java 8的差异

1. 默认垃圾收集器变更

Java 11：默认使用G1 GC，优化低延迟场景，支持并发压缩和动态堆调整。
Java 8：默认使用Parallel GC，强调高吞吐量。

2. 集合API扩展

Java 11新增集合工厂方法（如List.of()），简化不可变集合创建。
Java 8需通过Collections.unmodifiableList手动包装。

3. 语言特性影响

Java 11支持局部变量类型推断（var），但Collections方法参数仍需显式类型。

var list = List.of("a", "b"); // 有效
Collections.sort(var list); // 无效，需显式类型

五、最佳实践建议

线程安全
使用同步包装器保护非线程安全集合：

List<String> syncList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());

不可变集合
优先使用List.of()或Collections.unmodifiableList避免意外修改，提升代码安全性。
性能优化
- 对大列表使用G1 GC，调整堆参数（如-XX:G1HeapRegionSize）。
- 避免在频繁修改的集合上使用不可变视图。
算法选择
根据场景选择合适方法：
- 自然顺序排序用sort(List)，自定义排序用sort(List, Comparator)。
- 查找极值时，优先使用min()/max()而非遍历。