改善java程序的151个建议--数组和集合

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，而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、如果有必要，使用变长数组：我们可以通过对数组扩容”婉转”地解决数组扩容问题，下面采用的是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，之后就可以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);

如果修改了p2中某个属性的值，例如p2中username的值，那么p也会修改，这就是所说的浅拷贝，解决方式是：遍历p，然后重新生成一个Person放入p2中，这就实现了深拷贝，我们在使用集合的时候，例如List，应该避免这样的使用方式：Arrays.copyOf(list.toArray());

63、在明确的场景下，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，而且数组是定长的，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，这是因为经过测试验证，扩容1.5倍即满足了性能要求，也减少了内存消耗，源代码如下：

接下来我们看一下ArrayList的构造函数如下：

上面是无参数构造，下面是指定容量的有参函数构造，如果我们不设置容量，系统就按照1.5倍的规则扩容，每次扩容都是一次数组的拷贝，如果数据量很大，这样的拷贝会非常耗费资源，而且效率非常低下。如果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可以显著提高系统性能。其他集合都一样，下面是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，快速查找最大值

2)先排序，后取值,下面数组使用了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，这是因为asList的方法接收的是一个变长参数，返回一个固定长度的列表，其源代码如下：

数组是一个对象，它是可以泛型化的，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中就只有一个类型为int数组的元素了，修改方案是将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的输入参数，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

看下面一段程序：

	public static void main(String[] args) {
		Integer[] datas={1,2,3,4};
		List<Integer> list=Arrays.asList(datas);
		list.add(6);
	}

运行结果抛出：UnsupportedOperationException，原因是此asList底层实现是返回了一个ArrayList，此ArrayList并不是java.util.ArrayList，而是Arrays工具类的一个静态私有内部类，除了Arrays能访问外，其他类都不能访问，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，它仅仅实现了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，此处的列表只是数组的一个外壳，不再保持列表动态变长的特性，所以非常不推荐如下方式定义和初始化列表:

List<String> list=Arrays.asList(“abc”,”ddd”,”sss”);这个list只能进行读操作

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，得出结果如下：

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

我们可以知道，通过下标遍历的方式:for(int i=0,size=list.size();i<size;i++)对比，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)对比，LinkedList的效率比ArrayList好，这是因为ArrayList实现了RandomAccess接口(随机存取接口)，也就标志着ArrayList是一个可以随机存取的列表，也就说明了其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，可以随机访问和存储，而使用迭代器就需要强制建立一种相互关系，比如上一个元素可以判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遍历需要为其添加关系，这就是耗时的原因。LinkedList它底层实现了双向链表，其中的两个元素本来就是有关联的，所以使用foreach会效率会比较高，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，所以效率非常低。

上面说的就是随机存储列表(例如ArrayList)和有序存取列表(例如LinkedList)的区别，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，我们可以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，不需要任何实现，只是用来表明其实现类具有某种特质的，实现了Cloneable表明可以被拷贝，实现了Serializable表明可以被序列化，实现了Serializable表明这个类可以进行随机存储(元素间没有关系，可以随机访问和存储)。

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，效率比较低

LinkedList：底层是一个双向链表，它的插入只是修改相邻元素的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

修改元素：set(int index,E element)，ArrayList比LinkedList效率高，因为LinkedList是顺序存储的，定位元素是一个折半遍历过程，比较耗时，效率低，ArrayList的修改动作则是数组元素的直接替换，简单高效。

增加元素：add(E elment);ArrayList和LinkedList在性能上基本没什么差别

综上所述，适当的场景选择适当的集合操作

69、列表相等只需关心元素数据

		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，这是因为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，源代码如下：

从源代码中可以看出，只要求实现了List接口就成，它不关心List的具体实现类，只要所有的元素相等，并且长度也相等就表明两个List是相等的，与具体的容量类型无关。其他的集合类型，如Set、Map也差不多，只关心集合元素，不用考虑集合类型。

判断集合是否相等时只须关注元素是否相等即可。

70、子列表只是原列表的一个视图，subList产生的列表只是原列表的一个视图，所有的修改动作直接作用于原列表

看下面的程序：

	List<String> list1=new ArrayList<String>();
		list1.add("A");
		list1.add("B");
		//构造一个包含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相同的列表
		List<String> list3=list1.subList(0, list1.size());
		System.out.println(list1.equals(list3));
		//list3中增加一个元素
		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样的结果呢！

这是因为通过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的所有的修改动作都会反映在原列表list1上，所以上面中list3增加一个元素C的时候，此时list1也会增加一个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之间没有任何关系了

71、推荐使用subList处理局部列表

需求：一个列表有100个元素，现在要删除索引位置为20到30的元素，我们除了使用循环遍历进行删除外，还可以使用subList进行删除：

list.subList(20,30).clear();因为subList生成的List是原列表的一个视图，所有对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，保持原列表的只读状态

下面代码：

		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());

在执行list2.size()的时候会抛出ConcurrentModificationException(并发修改异常)，这是因为对原列表list1进行修改后(增加一个元素D)，list2取出的列表不会重新生成一个新列表，后面对子列表list2进行操作时，就会检测到修改计数器与预期的不同，于是就抛出了并发修改异常。子列表提供的size方法中检查修改计数器源代码：

subList的其他方法也检测修改计数器，例如set、get、add等方法，若生成子列表后，再修改原列表，这些方法也会抛出ConcurrentModificationException异常

对于子列表操作，因为视图是动态生成的，生成子列表后再操作原列表，必然会导致”视图”的不稳定，最有效的办法就是通过Collections.unmodifiableList方法设置列表为只读状态(防御式编程)：

我们的List可以有多个视图，就是说可以有多个子列表，只要生成的子列表多于一个，则任何一个子列表就都不能修改了，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只读
		list1=Collections.unmodifiableList(list1);
		//只读后不能对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，就不能对任何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默认让其可以按照id进行排序，实现代码如下：

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()));
	}
}

测试代码如下：

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"));
		//执行排序，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());
		}

运行后的结果是按照id进行升序排序的，在测试的时候，调用Collections.sort()方法会执行Employee中的compareTo方法

如果我们进行需求改进，需要对Employee中的name进行排序，那么我们该怎么处理呢，当然我们可以修改源代码，但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：

/**
 * 按照名称进行排序
 * @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());
	}
}

测试：测试结果为按照名称的升序进行排序

	//按照名称自己定制排序，实现Comparator接口,默认排序不会被执行
		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可以进行比较的，有了比较才能进行排序，而Comparator接口是一个工具类接口，它的名字也已经表明其作用：用作比较，它与原有类的逻辑没有关系，只是实现两个类的比较逻辑；Comparable接口可以作为实现类的默认排序法，一个类只能有一个固定的、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，一个类可以有很多的比较器

74、不推荐使用binarySearch对列表进行检索

情景，我们需要在List中查找出一个元素的索引，我们可以通过indexOf的方式进行查询，也可以通过binarySearch的方式进行检索，只是通过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，但是使用binarySearch检索性能高、效率快，所以我们有类似需求的时候我们得根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，如果compareTo中的比较与equals方法中的比较不一致，例如compareTo中比较的是id属性，而equals中比较的是name属性，那么就会造成结果不一样，这是因为：

indexOf是通过equals方法判断的，equals等于true就认为找到符合条件的元素，而binarySearch查找的依据是compareTo方法的返回值，返回0即认为找到符合条件的元素，如果我们覆写这两个方法的时候不一致，就会出现问题；equals是判断元素是否相等，compareTo是判断元素在排序中的位置是否相同，所以我们就应该保证当排序位置相同的时候，其equals也相同，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非常频繁，从数据库中取出的就是多个数据集合，之后我们可以使用集合中的各种方法构建我们需要的数据，需要两个集合的and结构，就是交集，需要两个集合的or结果，那就是并集，需要两个集合的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);

无重复的并集：1、删除list1中出现的元素：list2.remove(list1);2、把剩余的list2元素添加到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：

其实我们还可以使用一个方法很方便的来实现上面的乱序操作：

Collections.shuffle(List list);我们可以根据项目适当的场景来使用此功能

78、减少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，并且它的扩容策略是2倍长度的递增，同时还会根据阀值判断规则进行判断，因此相对于ArrayList来说，大量添加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重复

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，但是这都不怎么快，最快的还是要数Hash开头的集合，例如HashMap、HashSet等等的查找，例如我们同样在ArrayList和HashMap添加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高出很多

HashMap的查找原理：其中使用hashCode定位元素，如有哈希冲突，则遍历对比，在没有哈希冲突的情况下，HashMap的查找则是依赖hashCode定位的，因为是直接定位，效率当然就高；如果哈希码相同，它的查找效率就与ArrayList没什么两样了，所以在一些项目中，虽然我们重写了hashCode方法但是返回值确是固定的，此时如果把这些对象插入到HashMap中，查找就会比较耗时了，在HashMap中的hashCode应避免冲突。

80、多线程环境下考虑使用Vector或HashTable

我们这里需要理解两个概念：线程安全和同步修改的问题

同步修改：多个线程对同一对象不同方法进行操作，例如add和remove，并发修改：一个线程增加，一个线程删除，这不属于多线程

	/**
	 * 这属于同步修改问题,不是线程同步,多个线程访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());
				}
			}
		};
		//减少
		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，例如多个线程访问remove方法

	/**
	 * 多线程问题,多个线程访问同一对象的同一个方法
	 * 如果使用ArrayList,则datas.remove(0)可能会取出同样的数据，这是线程不安全所造成的，我们可以使用synchronized解决
	 * 如果使用Vector，因为它是线程安全的，所以datas.remove(0)不会出现同样的数据，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synchronized关键字，这是从性能的角度考虑的，但是一旦涉及多线程的时候(这里说的是真正的多线程，而不是并发修改的问题，比如一个线程增加，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中的元素被修改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，其中的元素不能重复，TreeSet实现了SortedSet接口，它只是定义了在给集合加入元素时将其进行排序，不能保证元素修改后的排序结果，因此TreeSet适用于不变量的集合数据排序，例如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，修改后的TreeSet再排序解决方案：

New TreeSet<Person>(new ArrayList<Person>(TreeSet set));

List：实现自动排序，即使修改也能进行自动排序，我们可以使用Collections.sort方法对List进行排序，但是List中的元素是可以重复的

相应排序选择相应的解决方案!

82、集合大家族

List：集合中元素可重复

    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：集合中元素不能重复

    EnumSet：枚举类型的专用Set，其中所有元素都是枚举类型

    HashSet：是以哈希码决定其元素位置的Set，原理与HashMap相似，提供快速的插入和查找方法

    TreeSet：是一个自动排序的Set，它实现了SortedSet接口

Map：键值集合

    排序Map：TreeMap，它根据Key值进行自动排序

    非排序Map：HashMap、HashTable、Propertie、EnumMap，其中Properties是HashTable的子类，它的用途是从Property文件中加载数据，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：是一个采用弱键方式实现的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担心内存溢出问题，GC会自动删除不用的键值对，但是GC是悄悄回收的，程序不知该动作，所以存在重大的隐患

Queue：

    阻塞式队列：队列满了以后再插入元素则会抛出异常，其中主要有：

    ArrayBlockingQueue:一个以数组方式实现的有界阻塞队列

    PriorityBlockingQueue：依照优先级组建的队列

     LinkedBlockingQueue：通过链表实现的阻塞队列

    非阻塞队列：无边界的，只要内存允许，都可以持续追加元素，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：数组和集合最大的区别就是数组能够容纳基本类型，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，所有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：集合类我们可以自行扩展，最好的办法是拿来主义，可以使用Apache中的commons-collections扩展包，也可以使用Google中的google-collections这些优秀的数据集合扩展包