Интерфейс Collection<E>

Корневой интерфейс в иерархии коллекций. Коллекция представляет собой группу объектов, известных как её элементы. Некоторые коллекции допускают дублирование элементов, а другие — нет. Некоторые упорядочены, а другие — неупорядочены. JDK не предоставляет никаких прямых реализаций этого интерфейса: он предоставляет реализации более конкретных подинтерфейсов, таких как Set и List. Этот интерфейс обычно используется для передачи коллекций и работы с ними, где желательно максимальное обобщение.

Множества или мультимножества (неупорядоченные коллекции, которые могут содержать дублируемые элементы) должны реализовывать этот интерфейс напрямую.

Все универсальные Collection реализации классов (которые обычно реализуют Collection косвенно через один из его подинтерфейсов) должны предоставлять два «стандартных» конструктора: конструктор без аргументов, который создаёт пустую коллекцию, и конструктор с одним аргументом типа Collection, который создаёт новую коллекцию с теми же элементами, что и её аргумент. По сути, последний конструктор позволяет пользователю копировать любую коллекцию, создавая эквивалентную коллекцию нужного типа реализации. Нет способа заставить соблюдать эту конвенцию (так как интерфейсы не могут содержать конструкторы), но все универсальные Collection реализации в библиотеках Java платформы этому следуют.

Некоторые методы определены как необязательные. Если реализация коллекции не реализует определённую операцию, она должна определить соответствующий метод, который будет выбрасывать UnsupportedOperationException. Такие методы помечены как «необязательные операции» в спецификациях методов интерфейсов коллекций.

Некоторые реализации коллекций имеют ограничения на элементы, которые они могут содержать. Например, некоторые реализации запрещают нулевые элементы, а некоторые имеют ограничения на типы элементов. Попытка добавить неприемлемый элемент вызывает исключение, не требующее проверки, обычно NullPointerException или ClassCastException. Попытка запросить наличие неприемлемого элемента может вызвать исключение или просто вернуть false; некоторые реализации будут демонстрировать первое поведение, а некоторые — второе. Более обще, попытка операции над неприемлемым элементом, завершение которой не приведет к вставке неприемлемого элемента в коллекцию, может вызвать исключение или завершиться успешно, по выбору реализации. Такие исключения помечены как «необязательные» в спецификации этого интерфейса.

Каждая коллекция определяет свою политику синхронизации. При отсутствии более сильной гарантии реализацией, вызов любого метода на коллекции, изменяемой другой нитью, может привести к неопределённому поведению; это включает прямые вызовы, передачу коллекции методу, который может выполнить вызовы, и использование существующего итератора для просмотра коллекции.

Многие методы в интерфейсах Collections Framework определены с точки зрения метода equals. Например, спецификация метода contains(Object o) гласит: «Возвращает true, если и только если эта коллекция содержит по крайней мере один элемент e, такой что (o==null ? e==null : o.equals(e))». Эта спецификация не должна интерпретироваться как подразумевающая, что вызов Collection.contains с ненулевым аргументом o вызовет o.equals(e) для любого элемента e. Реализации могут свободно реализовывать оптимизации, исключая вызов equals , например, предварительно сравнивая коды хеширования двух элементов. (Спецификация Object.hashCode() гарантирует, что два объекта с несовпадающими кодами хеширования не могут быть равны.) Более общо, реализации различных интерфейсов Collections Framework могут свободно использовать указанное поведение методов Object внизу, где реализующий посчитает это уместным.

Некоторые операции с коллекциями, выполняющие рекурсивный обход коллекции, могут завершиться исключением для самоссылочных экземпляров, где коллекция прямо или косвенно содержит себя. Это включает методы clone(), equals(), hashCode() и toString(). Реализации могут по своему усмотрению обрабатывать самоссылочную ситуацию, однако большинство текущих реализаций этого не делают.

Коллекции-представления

Большинство коллекций управляют хранилищем для элементов, которые они содержат. В отличие от этого, коллекции-представления сами не хранят элементы, а вместо этого опираются на базовую коллекцию для хранения фактических элементов. Операции, которые не обрабатываются самой коллекцией-представлением, делегируются базовой коллекции. Примеры коллекций-представлений включают обернутые коллекции, возвращаемые методами, такими как Collections.checkedCollection, Collections.synchronizedCollection и Collections.unmodifiableCollection. Другие примеры коллекций-представлений включают коллекции, которые предоставляют другое представление тех же элементов, например, предоставляемые List.subList, NavigableSet.subSet или Map.entrySet. Любые изменения, внесенные в базовую коллекцию, видны в коллекции-представлении. Соответственно, любые изменения, внесенные в коллекцию-представление — если изменения разрешены — записываются в базовую коллекцию. Хотя они технически не являются коллекциями, экземпляры Iterator и ListIterator также могут позволять запись изменений в базовую коллекцию, и в некоторых случаях изменения в базовой коллекции будут видны итератору во время итерации.

Неизменяемые коллекции

Некоторые методы этого интерфейса считаются «разрушительными» и называются «мутаторными» методами, поскольку они изменяют группу объектов, содержащихся в коллекции, над которой они действуют. Они могут быть определены так, чтобы выбрасывать UnsupportedOperationException если реализация этой коллекции не поддерживает операцию. Такие методы должны (но не обязаны) выбрасывать UnsupportedOperationException если вызов не повлияет на коллекцию. Например, рассмотрим коллекцию, которая не поддерживает операцию add. Что произойдёт, если метод addAll вызывается на этой коллекции с пустой коллекцией в качестве аргумента? Добавление нуля элементов не имеет эффекта, поэтому разрешается, чтобы эта коллекция просто ничего не делала и не выбрасывала исключение. Однако рекомендуется, чтобы в таких случаях исключение выбрасывалось безоговорочно, так как выбрасывание только в определённых случаях может привести к ошибкам программирования.

Неизменяемая коллекция — это коллекция, все мутаторные методы которой (как определено выше) указаны для выбрасывания UnsupportedOperationException. Таким образом, такую коллекцию нельзя изменить, вызывая на ней любые методы. Для того, чтобы коллекция была должным образом неизменяемой, любые коллекции-представления, полученные от неё, также должны быть неизменяемыми. Например, если список неизменяем, список, возвращаемый List.subList, также является неизменяемым.

Неизменяемая коллекция не обязательно является неизменяемой в смысле неизменности её состояния. Если содержащиеся элементы изменяемы, то вся коллекция явно изменяема, даже если она неизменяема. Например, рассмотрим два неизменяемых списка, содержащих изменяемые элементы. Результат вызова list1.equals(list2) может отличаться от одного вызова к другому, если элементы были изменены, даже если оба списка неизменяемы. Однако, если неизменяемая коллекция содержит только неизменяемые элементы, её можно считать фактически неизменяемой.

Неизменяемые коллекции-представления

Неизменяемая коллекция-представление — это коллекция, которая является неизменяемой и также является представлением базовой коллекции. Её мутаторные методы выбрасывают UnsupportedOperationException, как описано выше, в то время как методы чтения и запроса делегируются базовой коллекции. Эффект заключается в обеспечении только чтения к базовой коллекции. Это полезно для компонента, который предоставляет пользователям доступ для чтения к внутренней коллекции, не позволяя им неожиданно изменять такие коллекции. Примерами неизменяемых коллекций-представлений являются те, которые возвращаются методами Collections.unmodifiableCollection, Collections.unmodifiableList и аналогичными методами.

Обратите внимание, что изменение базовой коллекции всё ещё возможно, и если они произойдут, они видны через неизменяемое представление. Таким образом, неизменяемая коллекция-представление не обязательно неизменяема. Однако, если базовая коллекция неизменяемого представления фактически неизменяема или если единственная ссылка на базовую коллекцию происходит через неизменяемое представление, представление можно считать фактически неизменяемым.

Сериализация коллекций

Сериализация коллекций необязательна. В связи с этим, ни один из интерфейсов коллекций не объявлен реализующим интерфейс Serializable. Однако сериализация считается в целом полезной, поэтому большинство реализаций коллекций сериализуемы.

Реализации коллекций, которые являются публичными классами (например, ArrayList или HashMap) объявляются реализующими интерфейс Serializable, если они действительно сериализуемы. Некоторые реализации коллекций не являются публичными классами, например, неизменяемые коллекции. В таких случаях сериализуемость таких коллекций описана в спецификации метода, который их создаёт, или в другом подходящем месте. В случаях, когда сериализуемость коллекции не указана, нет гарантий относительно сериализуемости таких коллекций. В частности, многие коллекции-представления не сериализуемы.

Реализация коллекции, которая имплементирует интерфейс Serializable , не может гарантировать сериализуемость. Причина в том, что в общем случае коллекции содержат элементы других типов, и статически невозможно определить, являются ли экземпляры какого-либо типа элементов фактически сериализуемыми. Например, рассмотрим сериализуемую Collection<E>, где E не имплементирует интерфейс Serializable. Коллекция может быть сериализуемой, если она содержит только элементы некоторого сериализуемого подтипа E, или если она пуста. Таким образом, коллекции называются условно сериализуемыми, так как сериализуемость коллекции в целом зависит от того, сама коллекция сериализуема и от того, все ли содержащиеся элементы также сериализуемы.

Дополнительный случай возникает с экземплярами SortedSet и SortedMap. Эти коллекции могут быть созданы с Comparator, который задаёт порядок элементов множества или ключей карты. Такая коллекция сериализуема только в том случае, если предоставленный Comparator также сериализуем.

Данный интерфейс является членом Java Collections Framework.