Collection接口和AbstractCollection类

1. Collection接口

接口层次结构

                   ┌────────────────────────┐
                   │     Collection<E>      │
                   └─────┬───────────┬──────┘
                         │           │
              ┌──────────▼───┐   ┌───▼──────────┐
              │   List<E>    │   │   Set<E>     │
              └──────────────┘   └──────────────┘

核心方法

基本操作

• int size(): 返回集合中元素数量
• boolean isEmpty(): 判断集合是否为空
• boolean contains(Object o): 判断是否包含指定元素
• boolean add(E e): 添加元素到集合
• boolean remove(Object o): 移除指定元素
• Iterator<E> iterator(): 返回迭代器

批量操作

• boolean containsAll(Collection<?> c): 判断是否包含指定集合所有元素
• boolean addAll(Collection<? extends E> c): 添加指定集合所有元素
• boolean removeAll(Collection<?> c): 移除与指定集合相同的元素
• boolean retainAll(Collection<?> c): 仅保留与指定集合相同的元素
• void clear(): 清空集合

数组转换

• Object[] toArray(): 返回包含所有元素的数组
• <T> T[] toArray(T[] a): 返回指定类型的数组

Collection接口特点

1. 是集合框架的根接口
2. 不直接提供实现，通过子接口实现
3. 允许重复元素(具体由实现类决定)
4. 元素顺序取决于具体实现

2. AbstractCollection类

类定义

public abstract class AbstractCollection<E> implements Collection<E> {
    // 骨架实现
}

关键默认实现

1. isEmpty()

public boolean isEmpty() {
    return size() == 0;
}

2. contains(Object o)

public boolean contains(Object o) {
    Iterator<E> it = iterator();
    if (o == null) {
        while (it.hasNext())
            if (it.next() == null) return true;
    } else {
        while (it.hasNext())
            if (o.equals(it.next())) return true;
    }
    return false;
}

3. toArray()

public Object[] toArray() {
    Object[] r = new Object[size()];
    Iterator<E> it = iterator();
    for (int i = 0; i < r.length; i++) {
        if (!it.hasNext()) 
            return Arrays.copyOf(r, i);
        r[i] = it.next();
    }
    return it.hasNext() ? finishToArray(r, it) : r;
}

设计特点

1. 基于迭代器实现大部分方法
2. 需要子类实现iterator()和size()方法
3. 提供了合理的默认实现
4. 部分方法标记为可选操作

3. 面试问题与答案

Collection相关问题

1. Collection接口的主要作用是什么？

   • 提供统一的集合操作接口
   • 定义集合框架的基本行为规范
   • 实现多态性，允许以统一方式处理不同集合类型

2. Collection和Collections有什么区别？

   • Collection是集合接口，定义集合基本操作
   • Collections是工具类，提供操作集合的静态方法
   • Collections包含排序、查找、同步化等方法

3. 为什么Collection接口没有get(int index)方法？

   • 不是所有集合都有索引概念(如Set)
   • 随机访问功能由子接口List提供
   • 保持接口最小化原则

4. Collection接口的contains()方法如何判断元素相等？

   • 使用equals()方法比较
   • 对于null元素，使用==比较
   • 依赖对象的equals()实现

AbstractCollection相关问题

1. AbstractCollection的设计目的是什么？

   • 提供Collection接口的骨架实现
   • 减少实现Collection接口的工作量
   • 为具体集合类提供通用实现

2. AbstractCollection必须实现哪些方法？

   public abstract Iterator<E> iterator();
   public abstract int size();
   

3. AbstractCollection如何实现contains()方法？

   • 通过迭代器遍历所有元素
   • 对null元素特殊处理
   • 时间复杂度O(n)

4. AbstractCollection的toArray()实现有什么特点？

   • 先创建size大小的数组
   • 处理集合大小变化的情况
   • 返回数组可能小于集合大小

5. 为什么AbstractCollection的remove()方法效率可能不高？

   // 需要先查找元素再删除
   public boolean remove(Object o) {
       Iterator<E> it = iterator();
       // 遍历查找代码...
       it.remove(); // 找到后删除
   }
   

6. AbstractCollection的toString()实现有什么特点？

   • 使用迭代器遍历元素
   • 处理循环引用(this)
   • 格式化为[element1, element2]

更多实现细节

1. add()方法的默认实现

   public boolean add(E e) {
       throw new UnsupportedOperationException();
   }
   

   • 默认抛出异常，子类需重写
   • 体现可选操作设计

2. addAll()实现分析

   public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
       boolean modified = false;
       for (E e : c)
           if (add(e)) // 依赖add()实现
               modified = true;
       return modified;
   }
   

3. removeAll实现原理

   • 使用iterator().remove()
   • 批量删除匹配元素
   • 性能取决于iterator实现

4. retainAll实现分析

   • 保留与指定集合相同的元素
   • 通过contains()判断保留条件
   • 同样依赖iterator().remove()

Collection子接口详解

1. List接口新增方法

   // 索引相关操作
   E get(int index);
   E set(int index, E element);
   void add(int index, E element);
   E remove(int index);
   int indexOf(Object o);
   int lastIndexOf(Object o);
   

   • 原因：提供有序集合的随机访问能力
   • 特点：维护元素插入顺序

2. Set接口特点

   • 不新增方法，但强化语义约束
   • 要求元素唯一性(equals()判断)
   • 原因：数学集合概念的实现

3. Queue接口新增方法

   // 队列特定操作
   boolean offer(E e);
   E poll();
   E peek();
   

   • 原因：实现FIFO队列行为
   • 特点：提供安全的获取/移除操作

4. Deque接口新增方法

   // 双端队列操作
   void addFirst(E e);
   void addLast(E e);
   E getFirst();
   E getLast();
   

   • 原因：支持两端操作的队列
   • 特点：同时具备栈和队列特性

设计思想分析

1. 接口隔离原则

   • 最小化接口职责
   • 通过子接口扩展功能

2. 方法设计考量

   • 通用功能放在Collection
   • 特殊功能由子接口提供

3. 演化过程

   • Java 1.2: Collection, List, Set
   • Java 1.5: Queue
   • Java 1.6: Deque