MyTetra Share
Делитесь знаниями!
Шпаргалка Java программиста 3. Коллекции в Java (стандартные, guava, apache, trove, gs-collections и другие)
Время создания: 15.01.2020 16:27
Текстовые метки: https://www.codeflow.site/ru/article/guava-table
Раздел: INFO - Development - JAVA - Collection
Запись: wwwlir/Tetra/master/base/15790768606ok97k2lr5/text.html на raw.githubusercontent.com

Шпаргалка Java программиста 3. Коллекции в Java (стандартные, guava, apache, trove, gs-collections и другие)

  • Блог компании Luxoft ,
  • Разработка веб-сайтов ,
  • Программирование ,
  • Java ,
  • Алгоритмы
  • Tutorial

Сегодня я хотел бы поговорить о коллекциях в Java. Это тема встречается практически на любом техническом интервью Java разработчика, однако далеко не все разработчики в совершенстве освоили все коллекции даже стандартной библиотеки, не говоря уже о всех библиотеках с альтернативными реализациями коллекций, таких как guava, apache, trove и ряд других. Давайте посмотрим какие вообще коллекции можно найти в мире Java и какие методы работы с ними существуют.



Эта статья полезна как для начинающих (чтобы получить общее понимание что такое коллекции и как с ними работать), так и для более опытных программистов, которые возможно найдут в ней что-то полезное или просто структурируют свои знания. Собственно, главное чтобы у вас были хотя бы базовые знания о коллекциях в любом языке программирования, так как в статье не будет объяснений что такое коллекция в принципе.

Общее оглавление 'Шпаргалок'



I. Стандартная библиотека коллекций Java



Естественно, практически все и так знают основные коллекции в JDK, но все-таки вспомним о них, если вы уверены, что и так все знаете о стандартных коллекциях можете смело пропускать все что в спойлерах до следующего раздела.

Замечание о коллекциях для начинающих


1) Интерфейсы коллекций JDK

Интерфейсы коллекций JDK

Интерфейсы коллекций

Название

Описание

Iterable

Интерфейс означающий что у коллекции есть iterator и её можно обойти с помощью for(Type value:collection). Есть почти у всех коллекций (кроме Map)

Collection

Основной интерфейс для большинства коллекций (кроме Map)

List

Список это упорядоченная в порядке добавления коллекция, так же известная как последовательность
(sequence). Дублирующие элементы в большинстве реализаций — разрешены. Позволяет доступ по
индексу элемента. Расширяет Collection интерфейс.

Set

Интерфейс реализующий работу с множествами (похожими на математические множества), дублирующие
элементы запрещены. Может быть, а может и не быть упорядоченным. Расширяет Collection интерфейс.

Queue

Очередь — это коллекция, предназначенная для хранения объектов до обработки, в отличии от обычных операций над коллекциями, очередь предоставляет дополнительные методы добавление, получения и просмотра. Быстрый доступ по индексу элемента, как правило, не содержит. Расширяет Collection интерфейс

Deque

Двухсторонняя очередь, поддерживает добавление и удаление элементов с обоих концов. Расширяет
Queue интерфейс.

Map

Работает со соответствием ключ — значение. Каждый ключ соответствует только одному значению. В
отличие от других коллекций не расширяет никакие интерфейсы (в том числе Collection и Iterable)

SortedSet

Автоматически отсортированное множество, либо в натуральном порядке (для подробностей смотрите
Comparable интерфейс), либо используя Comparator. Расширяет Set интерфейс

SortedMap

Это map'а ключи которой автоматически отсортированы, либо в натуральном порядке, либо с помощью
comparator'а. Расширяет Map интерфейс.

NavigableSet

Это SortedSet, к которому дополнительно добавили методы для поиска ближайшего значения к заданному значению поиска. NavigableSet может быть доступен для доступа и обхода или в порядке
убывания значений или в порядке возрастания.

NavigableMap

Это SortedMap, к которому дополнительно добавили методы для поиска ближайшего значения к заданному значению поиска. Доступен для доступа и обхода или в порядке убывания значений или в
порядке возрастания.


Интерфейсы из пакета java.util.concurrent

Название

Описание

BlockingQueue

Многопоточная реализация Queue, содержащая возможность задавать размер очереди, блокировки по условиях, различные методы, по-разному обрабатывающие переполнение при добавлении или отсутствие данных при получении (бросают exception, блокируют поток постоянно или на время, возвращают false и т.п.)

TransferQueue

Эта многопоточная очередь может блокировать вставляющий поток, до тех пор, пока принимающий поток не вытащит элемент из очереди, таким образом с её помощью можно реализовывать синхронные и асинхронные передачи сообщений между потоками

BlockingDeque

Аналогично BlockingQueue, но для двухсторонней очереди

ConcurrentMap 

Интерфейс, расширяет интерфейс Map. Добавляет ряд новых атомарных методов: putIfAbsent, remove, replace, которые позволяют облегчить и сделать более безопасным многопоточное программирование.

ConcurrentNavigableMap

Расширяет интерфейс NavigableMap для многопоточного варианта


Если вам интересны более подробная информация о интерфейсах и коллекциях из java.util.concurrent советую
прочитать вот эту
статью .

2) Таблица с очень кратким описанием всех коллекций

Таблица с очень кратким описанием всех коллекций


Тип

Однопоточные

Многопоточные

Lists


  • ArrayList — основной список, основан на массиве
  • LinkedList — полезен лишь в некоторых редких случаях
  • Vector — устарел


  • CopyOnWriteArrayList — редкие обновления, частые чтения


Queues /
Deques

  • ArrayDeque — основная реализация, основан на массиве
  • Stack — устарел
  • PriorityQueue — отсортированная очередь


  • ArrayBlockingQueue — блокирующая очередь
  • ConcurrentLinkedDeque / ConcurrentLinkedQueue — очередь на связанных нодах
  • DelayQueue — очередь с задержкой для каждого элемента
  • LinkedBlockingDeque / LinkedBlockingQueue — блокирующая очередь на связанных нодах
  • LinkedTransferQueue — может служить для передачи элементов
  • PriorityBlockingQueue — многопоточная PriorityQueue
  • SynchronousQueue — простая многопоточная очередь


Maps

  • HashMap — основная реализация
  • EnumMap — enum в качестве ключей
  • Hashtable — устарел
  • IdentityHashMap — ключи сравниваются с помощью ==
  • LinkedHashMap — сохраняет порядок вставки
  • TreeMap — сортированные ключи
  • WeakHashMap — слабые ссылки, полезно для кешей


  • ConcurrentHashMap — основная многопоточная реализация
  • ConcurrentSkipListMap — отсортированная многопоточная реализация


Sets

  • HashSet — основная реализация множества
  • EnumSet — множество из enums
  • BitSet* — множество битов
  • LinkedHashSet — сохраняет порядок вставки
  • TreeSet — отсортированные set
  • ConcurrentSkipListSet — отсортированный многопоточный set
  • CopyOnWriteArraySet — редкие обновления, частые чтения



* — на самом деле, BitSet хоть и называется Set'ом, интерфейс Set не наследует.

3) Устаревшие коллекции в JDK

Устаревшие коллекции Java

Универсальные коллекции общего назначения, которые признаны устаревшими (legacy)

Имя

Описание

Hashtable

Изначально задумывался как синхронизированный аналог HashMap, когда ещё не было возможности
получить версию коллекции используя Collecions.synchronizedMap. На данный момент как правило
используют ConcurrentHashMap. HashTable более медленный и менее потокобезопасный чем синхронный
HashMap, так как обеспечивает синхронность на уровне отдельных операций, а не целиком на уровне
коллекции.

Vector

Раньше использовался как синхронный вариант ArrayList, однако устарел по тем же причинам что и
HashTable.

Stack

Раньше использовался как для построения очереди, однако поскольку построен на основе Vector,
тоже считается морально устаревшим.


Специализированные коллекции, построенные на устаревших (legacy) коллекциях

Имя

Основан на

Описание

Properties

Hashtable

Как структура данных, построенная на Hashtable, Properties довольно устаревшая конструкция,
намного лучше использовать Map, содержащий строки. Подробнее почему Properties
не рекомендуется использовать можно найти в этом
обсуждении .

UIDefaults

Hashtable

Коллекция, хранящая настройки по умолчанию для Swing компонент



4) Коллекции, реализующие интерфейс
List (список)

Коллекции, реализующие интерфейс List (список)

Универсальные коллекции общего назначения, реализующие List:

Название

Основан
на

Описание

Размер*

ArrayList

List

Реализация List интерфейса на основе динамически изменяемого массива. В большинстве случаев, лучшая возможная реализация List интерфейса по потреблению памяти и производительности. В крайне редких случаях, когда требуются частые вставки в начало или середину списка с очень малым
количеством перемещений по списку, LinkedList будет выигрывать в производительности (но советую в этих случаях использовать TreeList от apache). Если интересны подробности ArrayList советую посмотреть эту
статью .

4*N

LinkedList

List

Реализация List интерфейса на основе двухстороннего связанного списка, то есть когда каждый элемент, указывает на предыдущий и следующий элемент. Как правило, требует больше памяти и хуже по производительности, чем ArrayList, имеет смысл использовать лишь в редких случаях когда часто требуется вставка/удаление в середину списка с минимальными перемещениями по списку (но советую в этих случаях использовать TreeList от apache).Так же реализует Deque интерфейс. При работе через Queue интерфейс, LinkedList действует как FIFO очередь. Если интересны подробности LinkedList советую посмотреть эту статью .

24*N


Коллекции из пакета java.util.concurrent

Название

Основан
на

Описание

CopyOnWriteArrayList

List

Реализация List интерфейса, аналогичная ArrayList, но при каждом изменении списка, создается
новая копия всей коллекции. Это требует очень больших ресурсов при каждом изменении коллекции,
однако для данного вида коллекции не требуется синхронизации, даже при изменении коллекции во
время итерирования.


Узкоспециализированные коллекции на основе List.

Название

Основан на

Описание

RoleList

ArrayList

Коллекция для хранения списка ролей (Roles). Узкоспециализированная коллекция основанная на
ArrayList с несколькими дополнительными методами

RoleUnresolvedList

ArrayList

Коллекция для хранения списка unresolved ролей (Unresolved Roles). Узкоспециализированная
коллекция основанная на ArrayList с несколькими дополнительными методами

AttributeList

ArrayList

Коллекция для хранения атрибутов MBean. Узкоспециализированная коллекция основанная на ArrayList
с несколькими дополнительными методами


* — размер дан в байтах для 32 битных систем и Compressed Oops, где N это capacity списка

5) Коллекции, реализующие интерфейс
Set (множество)

Коллекции, реализующие интерфейс Set (множество)


Название

Основан
на

Описание

Размер*

HashSet

Set

Реализация Set интерфейса с использованием хеш-таблиц. В большинстве случаев, лучшая возможная реализация Set интерфейса.

32*S + 4*C

LinkedHashSet

HashSet

Реализация Set интерфейса на основе хеш-таблиц и связанного списка. Упорядоченное по добавлению множество, которое работает почти так же быстро как HashSet. В целом, практически тоже самое что HashSet, только порядок итерирования по множеству определен порядком добавления элемента во
множество в первый раз.

40 * S + 4*C

TreeSet

NavigableSet

Реализация NavigableSet интерфейса, используя красно-черное дерево. Отсортировано с помощью Comparator или натурального порядка, то есть обход/итерирование по множеству будет происходить в зависимости от правила сортировки. Основано на TreeMap, так же как HashSet основан на HashMap

40 * S

EnumSet

Set

Высокопроизводительная реализация Set интерфейса, основанная на битовом векторе. Все элементы EnumSet объекта должны принадлежать к одному единственному enum типу

S/8


* — размер дан в байтах для 32 битных систем и Compressed Oops, где С это capacity списка, S это size списка

Узкоспециализированные коллекции на основе Set

Название

Основан
на

Описание

JobStateReasons

HashSet

Коллекция для хранения информации о заданиях печати (print job's attribute set).
Узкоспециализированная коллекция основанная на HashSet с несколькими дополнительными методами


Коллекции из пакета java.util.concurrent

Название

Основан
на

Описание

CopyOnWriteArraySet

Set

Аналогично CopyOnWriteArrayList при каждом изменении создает копию всего множества, поэтому
рекомендуется при очень редких изменениях коллекции и требованиях к thread-safe

ConcurrentSkipListSet

Set

Является многопоточным аналогом TreeSet



6) Коллекции, реализующие интерфейс
Map (ассоциативный массив)

Коллекции, реализующие Map интерфейс


7) Коллекции, основанные на интерфейсах
Queue/Deque (очереди)

Коллекции, основанные на Queue/Deque


8) Прочие коллекции

Прочие коллекции


Название

Описание

Размер*

BitSet

Несмотря на название, BitSet не реализует интерфейс Set. BitSet служит для компактной записи массива битов.

N / 8



9) Методы работы с коллекциями

Методы работы с коллекциями

Алгоритмы- В классе Collections содержится много полезных статистических методов.
Для работы с любой коллекцией:

Метод

Описание

frequency(Collection, Object)

Возвращает количество вхождений данного элемента в указанной коллекции

disjoint(Collection, Collection)

Возвращает true, если в двух коллекциях нет общих элементов

addAll(Collection<? super T>, T...)

Добавляет все элементы из указанного массива (или перечисленные в параметрах) в указанную коллекцию

min(Collection)

Возвращение минимального элемента из коллекции

max(Collection)

Возвращение максимального элемента из коллекции



Для работы со списками:

Метод

Описание

sort(List)

Сортировка с использованием алгоритма сортировки соединением (merge sort algorithm), производительность которой в большинстве случаев близка к производительности быстрой сортировки (high quality quicksort), гарантируется O(n*log n) производительность (в отличии от quicksort), и стабильность (в отличии от quicksort). Стабильная сортировка это такая которая не меняет порядок одинаковых элементов при сортировке

binarySearch(List, Object)

Поиск элемента в списке (list), используя binary search алгоритм.

reverse(List)

Изменение порядка всех элементов списка (list)

shuffle(List)

Перемешивание всех элементов в списке в случайном порядке

fill(List, Object) 

Переписывание каждого элемента в списке каким-либо значением

copy(List dest, List src)

Копирование одного списка в другой

rotate(List list, int distance)

Передвигает все элементы в списке на указанное расстояние

replaceAll(List list, Object oldVal, Object newVal)

Заменяет все вхождения одного значения на другое

indexOfSubList(List source, List target)

Возвращает индекс первого вхождения списка target в список source

lastIndexOfSubList(List source, List target)

Возвращает индекс последнего вхождения списка target в список source

swap(List, int, int)

Меняет местами элементы, находящиеся на указанных позициях


В Java 8 так же появился такой способ работы с коллекциями как stream Api, но мы рассмотрим примеры его использование далее в разделе 5.

10) Как устроенны разные типы коллекций JDK внутри

Как устроенны разные типы коллекций JDK внутри


Коллекция

Описание внутреннего устройства

ArrayList

Данная коллекция лишь настройка над массивом + переменная хранящая size списка. Внутри просто
массив, который пересоздается каждый раз когда нет места для добавления нового элемента. В
случае, добавления или удаления элемента внутри коллекции весь хвост сдвигается в памяти на
новое место. К счастью, копирование массива при увеличении емкости или при добавлении/удалении
элементов производится быстрыми нативными/системными методами. Если интересны подробности
советую посмотреть эту
статью .

LinkedList

Внутри коллекции используется внутренний класс Node, содержащий ссылку на предыдущий элемент,
следующий элемент и само значение элемента. В самом инстансе коллекции хранится размер и ссылки
на первый и последний элемент коллекции. Учитывая что создание объекта дорогое удовольствие для
производительности и затратно по памяти, LinkedList чаще всего работает медленно и занимает
намного больше памяти чем аналоги. Обычно ArrayList, ArrayDequery лучшее решение по производительности и памяти, но в некоторых редких случаях (частые вставки в середину списка с редкими перемещениями по списку), он может быть быть полезен (но в этом случае полезнее использовать TreeList от apache). Если интересны подробности советую посмотреть эту
статью .

HashMap

Данная коллекция построена на хеш-таблице, то есть внутри коллекции находится массив внутреннего класса (buket) Node равный capacity коллекции. При добавлении нового элемента вычисляться его хеш-функция, делиться на capacity HashMap по модулю и таким образом вычисляется место элемента в массиве. Если на данном месте ещё не храниться элементов создается новый объект Node с ссылкой на добавляемый элемент и записывается в нужное место массива. Если на данном месте уже есть элемент/ы (происходит хеш-коллизия), то так Node является по сути односвязным списком, то есть содержит ссылку на следующий элемент, то можно обойти все элементы в списке и проверить их на equals добавляемому элементу, если этот такого совпадение не найдено, то создается новый объект Node и добавляется в конец списка. В случае, если количество элементов в связном списке (buket) становится более 8 элементов, вместо него создается бинарное дерево. Подробнее о хеш таблицах смотрите вики (в HashMap используется метод цепочек для разрешения коллизий). Если интересны подробности устройства HashMap советую посмотреть эту статью .

HashSet

HashSet это просто HashMap, в которую записывается фейковый объект Object вместо значения, при этом имеет значение только ключи. Внутри HashSet всегда хранится коллекция HashMap.

IdentityHashMap

IdentityHashMap это аналог HashMap, но при этом не требуется элементы проверять на equals, так
как разными считаются любые два элементы. указывающие на разные объекты. Благодаря этому удалось
избавится от внутреннего класса Node, храня все данные в одном массиве, при этом при коллизиях
ищется подходящая свободная ячейка до тех пор пока не будет найдена (
метод
открытой адресации
).Подробнее о хеш таблицах смотрите вики
(в IdentityHashMap используется метод открытой адресации для разрешения коллизий)

LinkedHashMap/LinkedHashSet

Внутренняя структура практически такая же как при HashMap, за исключением того что вместо
внутреннего класса Node, используется TreeNode, которая знает предыдущее и следующее значение,
это позволяет обходить LinkedHashMap по порядку добавления ключей. По сути, LinkedHashMap =
HashMap + LinkedList. Если интересны подробности устройства LinkedHashMap советую посмотреть эту
статью .

TreeMap/TreeSet

Внутренняя структура данных коллекций построена на сбалансированным красно-черным деревом,
подробнее о нем можно почитать в
вики

WeakHashMap

Внутри все организовано практически как в HashMap, за исключением что вместо обычных ссылок
используются WeakReference и есть отдельная очередь ReferenceQueue, необходимая для удаления
WeakEntries

EnumSet/EnumMap

В EnumSet и EnumMap в отличие от HashSet и HashMap используются битовые векторы и массивы для
компактного хранения данных и ускорения производительности. Ограничением этих коллекций является
то что EnumSet и EnumMap могут хранить в качестве ключей только значения одного Enum'а.



11) Другие полезные сущности стандартной библиотеки коллекций

Другие полезные сущности стандартной библиотеки коллекций

Давайте посмотрим какие ещё полезные сущности содержит официальный гайд по коллекциями
1)
Wrapper implementations – Обертки для добавления функциональности и изменения поведения других реализаций. Доступ исключительно через статистические методы.

  • Collections.unmodifiableInterface– Обертка для создания не модифицируемой коллекции на основе указанной, при любой попытки изменения данной коллекции будет выкинут UnsupportedOperationException
  • Collections.synchronizedInterface– Создания синхронизированной коллекции на основе указанной, до тех пор пока доступ к базовой коллекции идет через коллекцию-обертку, возвращенную данной функцией, потокобезопасность гарантируется.
  • Collections.checkedInterface – Возвращает коллекцию с проверкой правильности типа динамически
    (во время выполнения), то есть возвращает type-safe view для данной коллекции, который
    выбрасывает ClassCastException при попытке добавить элемент ошибочного типа. При использовании
    механизма generic'ов JDK проверяет на уровне компиляции соответствие типов, однако этот механизм
    можно обойти, динамическая проверка типов не позволяет воспользоваться этой возможностью.


2)
Adapter implementations – данная реализация адаптирует один интерфейс коллекций к другому

  • newSetFromMap(Map) – Создает из любой реализации Set интерфейса реализацию Map интерфейса.
  • asLifoQueue(Deque) - возвращает view из Deque в виде очереди работающей по принципу Last In First Out (LIFO).


3)
Convenience implementations – Высокопроизводительные «мини-реализации» для интерфейсов коллекций.

  • Arrays.asList – Позволяет отобразить массив как список (list)
  • emptySet, emptyList и emptyMap – возвращает пустую не модифицированную реализацию empty set, list, or
    map
  • singleton, singletonList и singletonMap – возвращает не модифицируемый set, list или map, содержащий один заданный объект (или одно связь ключ-значение)
  • nCopies – Возвращает не модифицируемый список, содержащий n копий указанного объекта


4)
Абстрактные реализации интерфейсов — Реализация общих функций (скелета коллекций) для упрощения создания конкретных реализаций коллекций.

  • AbstractCollection – Абстрактная реализация интерфейса Collection для коллекций, которые не являются ни множеством, ни списком (таких как «bag» или multiset).
  • AbstractSet — Абстрактная реализация Set интерфейса.
  • AbstractList – Абстрактная реализация List интерфейса для списков, позволяющих позиционный доступ (random access), таких как массив.
  • AbstractSequentialList – Абстрактная реализация List интерфейса, для списков, основанных на последовательном доступе (sequential access), таких как linked list.
  • AbstractQueue — Абстрактная Queue реализация.
  • AbstractMap — Абстрактная Map реализация.


4)
Инфраструктура

  • Iterators – Похожий на обычный Enumeration интерфейс, но с большими возможностями.
  • Iterator – Дополнительно к функциональности Enumeration интерфейса, который включает возможности по удалению элементов из коллекции.
  • ListIterator – это Iterator который используется для lists, который добавляет к функциональности обычного Iterator интерфейса, такие как итерация в обе стороны, замена элементов, вставка элементов, получение по индексу.


5) Ordering

  • Comparable — Определяет натуральный порядок сортировки для классов, которые реализуют их. Этот порядок может быть использован в методах сортировки или для реализации sorted set или map.
  • Comparator — Represents an order relation, which can be used to sort a list or maintin order in a sorted set or map. Can override a type's natural ordering or order objects of a type that does not implement the Comparable interface.


6) Runtime exceptions

  • UnsupportedOperationException – Это ошибка выкидывается когда коллекция не поддерживает операцию, которая была вызвана.
  • ConcurrentModificationException – Выкидывается iterators или list iterators, если коллекция на которой он основан была неожиданно (для алгоритма) изменена во время итерирования, также выкидывается во views основанных на списках, если главный список был неожиданно изменен.


7) Производительность

  • RandomAccess — Интерфейс-маркер, который отмечает списки позволяющие быстрый (как правило за константное время) доступ к элементу по позиции. Это позволяет генерировать алгоритмы учитывающие это поведение для выбора последовательного и позиционного доступа.


8) Утилиты для работы с массивами

  • Arrays – Набор статических методов для сортировки, поиска, сравнения, изменения размера, получения хеша для массива. Так же содержит методы для преобразования массива в строка и заполнения массива примитивами или объектами.




II. Краткий обзор сторонних библиотек коллекций



Итак, Я хотел бы сделать обзор следующих сторонних библиотек: guava, apache, trove и gs-collections. Почему именно эти библиотеки? Guava и Apache Commons Collections очень популярны и встречались мне почти в любом Java проекте, Trove — тоже очень популярная библиотека, когда нужно уменьшить память и улучшить производительность работы с коллекциями. GS-collections — судя по оценкам весьма популярная библиотека на github'e (>1300 звезд), больше неё набрала «звезд» только guava. Так же мельком захвачу несколько других популярных библиотек.

Итак, для начала рассмотрим что предлагают различные библиотеки, их главные фишки (Предупреждение: это очень субъективно, для кого-то главными фишками будут совсем другие возможности библиотек).

2.1 Фишки разных библиотек коллекций



Давайте сделаем небольшой обзор главных фишек (на мой взгляд) разных библиотек коллекций:
1)
Guava — данная коллекция от гугл практически самая популярная после стандартного фреймворка коллекций, она
добавляет ряд интересных коллекций, но самая главная «фишка» это скорее богатый набор классов-утилит со статическими
методами, расширяющими возможности Collections для работы со стандартными коллекциями, чем новые виды коллекций.
Стандартные коллекции она практически не заменяет.

2)
Apache Commons Collections — данная коллекция ближайший «конкурент» guava, она так же предоставляет ряд
интересных коллекций, утилит по работе со стандартными коллекциями Java, а так же большое количество wrapper'ов для
изменения поведения коллекций. Кроме того она предоставляет свою реализацию map'ы с более простым механизм
итерирования по ней.

3)
Trove — фишка данной коллекции в первую очередь в производительности и сокращении памяти, поэтому она
предлагает более быстрые реализации стандартных коллекций (и требующие меньше памяти), а так же коллекции
примитивных типов.

4)
GS-collections — фишка данной коллекции в идее объединить методы обработки, такие как сортировка и классы
коллекций для создания замены использования статических методов классов-утилит. Данная библиотека предлагает замену
практически всех стандартным коллекциям и добавляет несколько новых.

III. Альтернативные виды коллекций в разных библиотеках



Тут я попробую кратко рассмотреть, какие новые интересные виды коллекций можно найти в разных библиотеках:

3.1 Альтернативные виды коллекций у Guava


Официальная информация: документация , исходные коды , javadoc .
Как подключить к проекту:

Maven, Gradle



Гугл разработал ряд интересных дополнений к существующим коллекциям, которые весьма и весьма полезны, если вы можете
использовать guava библиотеку в своем проекте. Можно сказать, что эти коллекции давно уже стали стандартом де-факто
для большинства Java проектов, поэтому для любого опытного разработчика важно знать их, даже если он по каким-то
причинам не может использовать их в своих проектах, зачастую на собеседованиях можно услышать вопросы по guava
коллекциям.

Давайте рассмотрим их поподробнее. Для начала рассмотрим интерфейсы основных коллекций и группы классов в guava.

Внимание: если таблица не помещается целиком, попробуйте уменьшить масштаб страницы или открыть в другом браузере.

Название

Описание

Примеры реализаций

Примеры использования

ImmutableCollection
ImmutableList
ImmutableSet
… и т.д.

Хотя в стандартном фреймворке Java коллекций есть возможность сделать коллекцию неизменяемой вызвав
Collections.unmodifiableCollection (unmodifiableList или unmodifiableMap), но этот подход не самый
оптимальный, так как отдельный тип для неизменяемых коллекций позволяет быть уверенным, что это
коллекция действительно неизменяемая, вместо ошибок времени исполнения, при попытке изменить коллекцию,
будут ошибки во время компиляции проекта, к тому же в стандартном фреймворке коллекций Java неизменяемые
коллекции по-прежнему тратят ресурсы на поддержку синхронизации при многопоточном чтении и т. п.
операциях, в то время как ImmutableCollection guava «знают» что они неизменяемые и оптимизированы с
учетом этого.

JDK: ImmutableCollection ,
ImmutableList ,
ImmutableSet ,
ImmutableSortedSet ,
ImmutableMap ,
ImmutableSortedMap
Guava:
ImmutableMultiset ,
ImmutableSortedMultiset ,
ImmutableMultimap ,
ImmutableListMultimap ,
ImmutableSetMultimap ,
ImmutableBiMap ,
ImmutableClassToInstanceMap ,
ImmutableTable

— если публичный метод возвращает коллекцию, которую гарантировано не должны менять другие классы,
— если известно что значения коллекции больше никогда не должны меняться

Multiset

Коллекция аналогичная Set, но позволяющая дополнительно считать количество добавлений элемента. Очень
полезна для тех задач, когда нужно не только знать есть ли данный элемент в данном множестве, но и
посчитать их количество (самый простой пример подсчет количества упоминаний тех или иных слов в
каком-либо тексте). То есть данная коллекция более удобный вариант коллекции Map<T, Integer>, с методами специально предназначенными для подобных коллекций, позволяет очень сильно
сократить количество лишнего кода в таких случаях.

HashMultiset ,
TreeMultiset ,
LinkedHashMultiset ,
ConcurrentHashMultiset ,
ImmutableMultiset
SortedMultiset

— подсчет кол-ва вхождений слов в тексте
— подсчет кол-ва букв в тексте
— подсчет кол-ва любых объектов

Multimap

Практически любой опытный Java разработчик сталкивался с необходимостью использовать структуры вроде Map<K, List<V>> или Map<K,Set<V>>, при этом приходилось писать много лишнего кода, для упрощения работы в библиотеку guava были введены Multimap, то есть коллекции, позволяющие просто работать со случаями когда
один ключ и много значений у этого ключа. В отличии от конструкций вроде Map<K,Set<V>>, Multimap предоставляет ряд удобных функций для сокращения кода и упрощения алгоритмов.

ArrayListMultimap ,
HashMultimap ,
LinkedListMultimap ,
LinkedHashMultimap ,
TreeMultimap ,
ImmutableListMultimap ,
ImmutableSetMultimap

— реализация отношений один ко многим, таких как:
учитель — ученики
отдел — работники
начальник — подчиненные

BiMap

Достаточно часто встречаются ситуации, когда требуется создать Map'у работающую в обе стороны, то есть
когда ключ и значение могут меняться местами (например, русско-английский словарь, когда в одном случае
требуется получить по русскому слову — английское, в другом наоброт по английскому-русское). Обычно, это
решается созданием двух Map, где в одной будет ключ1-ключ2, в другой ключ2-ключ1). BiMap позволяет
решить эту задачу с помощью лишь одной коллекции. К тому же это исключает проблемы и ошибки
синхронизации при использовании двух коллекций.

HashBiMap ,
ImmutableBiMap ,
EnumBiMap ,
EnumHashBiMap

— словарь для перевода с одного языка в другой и обратно,
— любая конвертация данных в обе стороны,

Table

Эта коллекция служит для замены коллекций вида Map<FirstName, Map<LastName, Person>>,
которые неудобны в использовании.

HashBasedTable ,
TreeBasedTable ,
ImmutableTable ,
ArrayTable

— таблица, например, как в Excel
— любые сложные структуры данных с большим количеством столбцов,

ClassToInstanceMap

Иногда нужно хранить в Map'e не ключ-значение, а тип-значение этого типа, для этого служит данная
коллекция. То есть это технически это более удобный и безопасный аналог Map
<Class
<? extends B>, B>

MutableClassToInstanceMap ,
ImmutableClassToInstanceMap .

RangeSet

Коллекция для хранения разных открытых и закрытых отрезков числовых значений, при этом отрезки могут
объединятся с друг другом.

ImmutableRangeSet ,
TreeRangeSet

Геометрические отрезки
Временные отрезки

RangeMap

Коллекция, похожая на RangeSet, но при этом отрезки никогда не объединяются друг с другом.

ImmutableRangeMap ,
TreeRangeMap

Геометрические отрезки
Временные отрезки

LoadingCache

Коллекция, похожая на ConcurrentMap, но при этом можно указать время какое будет хранится каждый
элемент. Очень удобная коллекция для организации кэшей, подсчета количества ввода ошибочных паролей за
какой-то промежуток времени и т.п. задач

ForwardingLoadingCache ,
ForwardingLoadingCache.SimpleForwardingLoadingCache

кэши,
хранение ошибочных
попыток ввода пароля
и т.п.



3.2 Новые виды коллекций из Apache Commons Collections



Официальная информация: документация , исходные коды , документация пользователя , javadoc .
Как подключить к проекту:

Мaven,Gradle,Ivy



Внимание: если таблица не помещается целиком, попробуйте уменьшить масштаб страницы или открыть в другом браузере.

Название

Описание

Примеры реализаций

Примеры использования

Unmodifiable

Интерфейс аналогичный Immutable классам guava

UnmodifiableBag ,
UnmodifiableBidiMap ,
UnmodifiableCollection ,
UnmodifiableList ,
UnmodifiableMap
и т.п.

во всех случаях когда нужно создать не модифицированную коллекцию

IterableMap

Аналог интерфейса Map, но позволяющий итерироваться по Map напрямую без создания entry set. Используется
почти во всех реализациях Map в данной библиотеке.

HashedMap ,
LinkedMap ,
ListOrderedMap
и ряд других

Такие же как у обычной map'ы

OrderedMap

Позволяет создавать Map'ы, упорядоченные по порядку добавления, но не использующие сортировку

LinkedMap ,
ListOrderedMap

В случаях, когда обычно используется отдельно List и отдельно Map'а

BidiMap

Аналог BiMap из Guava, то есть возможность получать значение по ключу, так и ключ по значению

TreeBidiMap ,
DualHashBidiMap ,
DualLinkedHashBidiMap ,
DualTreeBidiMap
и т.п.

Любые конвертации один к одному, которые требуется выполнять в обе стороны

Bags

Аналог Multiset из Guava, то есть возможность сохранять количество элементов каждого типа

CollectionBag ,
HashBag ,
SynchronizedBag ,
TreeBag
и другие

подсчет кол-ва любых объектов

BoundedCollection ,
BoundedMap

Позволяет создавать динамические коллекции, ограниченные каким-то размером сверху

CircularFifoQueue ,
FixedSizeList ,
FixedSizeMap ,
LRUMap

в случае, когда вы точно знаете что в коллекции не может быть больше определенного количества
элементов

MultiMap

Аналог Multimap из Guava, то есть возможность сохранять множество элементов для одного ключа

MultiValueMap

для коллекций со связями один ключ – много значений

Trie

Коллекция для создания и хранения упорядоченных деревьев

PatriciaTrie

создание деревьев

TreeList

Замена ArrayList и LinkedList, если требуется вставить элемент в середину списка, так как в данном списке данные хранятся в виде дерева, что позволяет с одной стороны относительно быстро получать данные по индексу, с другой стороны быстро вставлять данные в середину списка.

TreeList

замена LinkedList при частых добавлениях/ударениях в середине списка



3.3 Trove коллекции


В отличии от остальных библиотек альтернативных коллекций, Trove не предлагает никакие новые уникальные виды
коллекций, зато предлагает оптимизацию существующих:
Во-первых, как известно, примитивные типы Java нельзя добавить в стандартные коллекции, только их обертки, что резко
увеличивает занимаемую память и несколько ухудшает производительность коллекций. Trove предлагает набор коллекций,
ключи и значения которых могут содержать примитивные типы.

Во-вторых, стандартные коллекции часто реализованы не самым оптимальным способом по потреблению памяти, например, каждый элемент HashMap храниться в отдельном объекте, а HashSet это HashMap хранящая фейковые объекты вместо ключей. Trove предлагает свои реализации таких коллекций на основе массивов и открытой адресации, что позволяет значительно сократить требуемую память и в некоторых случаях улучшить производительность.

Update: В комментариях, к статье было высказано мнение что Trove плохо использовать в новых проектах, так как он по всех параметрам уступает fastutil или GS (кол-во багов, полнота покрытия интерфейсов, производительность, активность поддержки, и т. д.). К сожалению, у меня нет возможности сейчас провести полноценный анализ/сравнение Trove с fastutil и GS, поэтому не могу проверить данное мнение, просто учитывайте его при выборе библиотеки альтернативных коллекций.

Официальная информация: документация , исходные коды , javadoc .
Как подключить к проекту:

Maven, Gradle, Ivy



Название

Аналог JDK

Описание

THashMap

HashMap

Реализация Map интерфейса, которая использует хеш-таблицу с алгоритмом "открытой адресации " для разрешения коллизий (в отличии от HashMap где используется метод цепочек ). Это позволяет не хранить и не создавать объекты класса Node, при этом сильно экономится память и, в некоторых случаях, улучшается производительность.

THashSet

HashSet

Реализация Set интерфейса, которая использует хеш-таблицу с алгоритмом "открытой адресации " для разрешения коллизий

TLinkedHashSet

LinkedHashSet

Аналог LinkedHashSet, но используя хеш-таблицы с алгоритмом "открытой адресации "

TLinkedList

LinkedList

Более производительный аналог связного списка, однако накладывающий ряд ограничений на данные.

TByteArrayList ,
TIntArrayList и т.п.

ArrayList

Аналог ArrayList, который непосредственно хранит примитивные числовые значения, что резко сокращает затраты памяти и ускоряет обработку. Есть коллекции для всех семи примитивных числовых типов, шаблон наименования T[Тип]ArrayList

TCharLinkedList ,
TFloatLinkedList и т.п.

LinkedList

Аналог LinkedList для хранения семи примитивных числовых типов, шаблон наименования T[Тип]LinkedList

TByteArrayStack ,
TLongArrayStack

ArrayDequery

Реализация стека для хранения примитивных числовых типов, шаблон наименования T[Тип]LinkedList

TIntQueue ,
TCharQueue

ArrayDequery

Реализация очереди для хранения примитивных числовых типов, шаблон наименования T[Тип]Queue

TShortHashSet ,
TDoubleHashSet

HashSet

Реализация Set интерфейса для хранения примитивных типов, с алгоритмом открытой адресации , шаблон наименования T[Тип]HashSet

TLongLongHashMap ,
TFloatObjectHashMap ,
TShortObjectHashMap и т.п.

HashMap

Реализация Map интерфейса для хранения примитивных типов, с алгоритмом открытой адресации , шаблон наименования T[Тип][Тип]HashMap, где тип может быть Object



3.4 GS-collections коллекции


Основная фишка данной библиотеке в том что нелогично и некрасиво то что методы обработки коллекций (сортировки, поиска) не добавлены в сами классы коллекций, а используется Collections.sort и т.п. методы, поэтому GS-collections предложили идею «богатых» коллекций (rich collections), которые хранят в себе все методы обработки, поиска, сортировки, то есть вместо Collections.sort(list) вызывается просто list.sort. Поэтому библиотека предлагает свои аналоги стандартных коллекций и дополнительно ряд новых коллекций.
Официальная информация: документация , исходные коды , документация пользователя , javadoc .
Как подключить к проекту:

Мaven,Gradle,Ivy



Название

Аналог JDK

Описание

FastList

ArrayList

Аналог ArrayList с возможностью использовать функции вроде sort, select и т.п. прямо у объекта коллекции

UnifiedSet

HashSet

Аналог HashSet. См FastList

TreeSortedSet

TreeSet

Аналог TreeSet. См FastList

UnifiedMap

HashMap

Аналог HashMap. См FastList

TreeSortedMap

TreeMap

Аналог TreeMap. См FastList

HashBiMap

-

Реализация BiMap, см. Guava

HashBag

-

Реализация Multiset, см. Guava

TreeBag

-

Реализация отсортированного BiMap, см. Guava

ArrayStack

ArrayDeque

Реализация стека с порядком «last-in, first-out», похожего на класс Stack JDK

FastListMultimap

-

Реализация Multimap, см. Guava

IntArrayList ,
FloatHashSet ,
ArrayStack ,
HashBag ,
ByteIntHashMap

-

Коллекции примитивных различных типов, принцип наименования такой же как у trove, но кроме аналогов JDK, так же существуют аналоги коллекций Stack, Bag



3.5 Fastutil коллекции



Давайте очень кратко рассмотрим эту библиотеку для работы с коллекциями примитивных типов.
Подробнее можно найти информацию:
документация , исходные коды , javadoc

Название

Описание

Byte2DoubleOpenHashMap,
IntArrayList,
IntArrayPriorityQueue
и т.п.

Коллекции различных примитивных типов, принцип наименования [Тип]ArrayList, [Тип]ArrayPriorityQueue и т.п. для списков или множеств, и [ТипКлюча]2[ТипЗначения]OpenHashMap и т.п. для Map.

IntBigList,
DoubleOpenHashBigSet и т.п.

Коллекции различных примитивных типов очень Большого размера, эти коллекции позволяют использовать long элементов, вместо int. Внутри данные, как правило, хранятся как массивы массивов. Не рекомендуется использовать подобные коллекции там где хватит обычных, так как потери производительности могут достигать примерно 30%, однако такие коллекции позволяют работать с действительно большим количеством данных



3.6 Прочие библиотеки коллекций и немного о производительности примитивных коллекций


Кроме Trove и Fastutil есть ещё несколько известных библиотек, реализующих коллекции примитивных типов и более быстрые аналоги стандартных коллекций:
1)
HPPC — High Performance Primitive Collections for Java, так же предоставляет примитивные коллекции аналогичные коллекциям из JDK,
2)
Koloboke (другое имя HFTC) — как можно понять из имени эту библиотеку примитивных типов разработал русский программист (Roman Leventov) в рамках проекта OpenHFT . Библиотека так же служит для реализации высокопроизводительных примитивных коллекций.

Если интересно сравнение производительности разных библиотек советую посмотреть эту
статью , только нужно учитывать, что тестировали только коллекции HashMap и в определенных условиях. К тому же, замеряли только скорость работы, не учитывая занимаемую память (например, HashMap jdk могут занимать намного больше памяти чем аналоги от trove), а иногда память может быть даже более важной чем производительность.

Update: В комментариях, к статье было высказано мнение что Trove плохо использовать в новых проектах, так как он по всех параметрам уступает fastutil или GS (кол-во багов, полнота покрытия интерфейсов, производительность, активность поддержки, и т. д.). К сожалению, у меня нет возможности сейчас провести полноценный анализ/сравнение Trove с fastutil и GS, поэтому не могу проверить данное мнение, просто учитывайте его при выборе библиотеки альтернативных коллекций.

IV. Сравнение реализации самых популярных альтернативных коллекций в разных библиотеках



4.1 Реализация мультимножества (MultiSet/Bag) в библиотеках guava, Apache Commons Collections и GS
Collections


Итак, мультимножество это множество, которое сохраняет не только факт наличие элементов в множестве, но и количество
вхождений в него. В JDK его можно эмулировать конструкцией Map
<T, Integer>, но, естественно, специализированные коллекции позволяют использовать значительно меньше кода. Сравним
какие реализации данной коллекции предлагают разные библиотеки:

Внимание: если таблица не помещается целиком, попробуйте уменьшить масштаб страницы или открыть в другом браузере.

Тип коллекции

Guava

Apache Commons Collections

GS Collections

JDK

Порядок коллекции не определен

HashMultiset

HashBag

HashBag

HashMap<String, Integer>

Отсортированная в заданном или натуральном порядке

TreeMultiset

TreeBag

TreeBag

TreeMap<String, Integer>

В порядке добавления

LinkedHashMultiset

-

-

LinkedHashMap<String, Integere>

Многопоточные

ConcurrentHashMultiset

SynchronizedBag

SynchronizedBag

Collections.synchronizedMap(HashMap<String, Integer>)

Многопоточные и отсортированные

-

SynchronizedSortedBag

SynchronizedSortedBag

Collections.synchronizedSortedMap(TreeMap<String, Integer>)

Не изменяемые

ImmutableMultiset

UnmodifiableBag

UnmodifiableBag

Collections.unmodifiableMap(HashMap<String, Integer>)

Не изменяемые и отсортированные

ImmutableSortedMultiset

UnmodifiableSortedBag

UnmodifiableSortedBag

Collections.unmodifiableSortedMap(TreeMap<String, Integer>)



Примеры использования мультимножества (MultiSet/Bag) для подсчета слов в тексте


Есть задача: дана строчка текста «Hello World! Hello All! Hi World!», нужно разобрать её на отдельные
слова где разделитель только пробел, сохранить в какую-нибудь коллекцию и вывести количество вхождений каждого
слова, общее количество слов в тексте и количество уникальных слов.

Посмотрим как это сделать с помощью
1. разных вариантов Multiset от Guava:

Используем HashMultiset от guava для подсчета слов


Используем TreeMultiset от guava для подсчета слов


Используем LinkedHashMultisetTest от guava для подсчета слов


Используем ConcurrentHashMultiset от guava для подсчета слов


2. разных вариантов Bag от Apache Commons Collections:

Использование HashBag из Apache Commons Collections


Использование TreeBag из Apache Commons Collections


Использование SynchronizedBag из Apache Commons Collections


Использование SynchronizedSortedBag из Apache Commons Collections


3. разных вариантов Bag от GS Collections:

Использование MutableBag из GS Collections


Использование MutableSortedBag из GS Collections


4. Ну и наконец, посмотрим как можно сделать тоже самое в чистом JDK с помощью эмуляции multiSet через HashMap

Эмуляция multiSet через HashMap



4.2 Реализация Multimap в библиотеках guava, Apache Commons Collections и GS Collections



Итак, Multimap это map, у которой у каждого ключа есть набор значений. Давайте сравним какие реализации есть данной
коллекции в разных библиотеках. В таблице ниже порядок ключей и порядок значений показывает как будет происходить
итерирования по ключам и значениям соответственно, дубликаты — может ли коллекция значений содержать дубликаты,
аналог ключей и значений — на каких коллекциях построены ключи и значения, JDK показывает аналог коллекции с помощью
JDK коллекций.

Внимание: если таблица не помещается целиком, попробуйте уменьшить масштаб страницы или открыть в другом браузере.

Порядок
ключей

Порядок
значений

Дуб-
лика-
ты

Аналог
ключей

Аналог
значе-
ний

Guava

Apache
Commons
Collections

GS
Collections

JDK

не задан

в порядке
добавле-
ния

да

HashMap

ArrayList

ArrayList-
Multimap

MultiValueMap

FastList-
Multimap

HashMap<K,
ArrayList<V>>

не задан

не задан

нет

HashMap

HashSet

HashMultimap

MultiValueMap.
multiValueMap(
new HashMap<K,
Set>(),
HashSet.class);

UnifiedSet-
Multimap

HashMap<K,
HashSet<V>>

не задан

отсорти-
рован

нет

HashMap

TreeSet

Multimaps.
newMultimap(
HashMap,
Supplier
<TreeSet>)

MultiValueMap.
multiValueMap(
new HashMap<K,
Set>(), TreeSet.class);

TreeSortedSet-
Multimap

HashMap<K,
TreeSet<V>>

в порядке
добавле-
ния

в порядке
добавле-
ния

да

Linked
HashMap

ArrayList

LinkedList-
Multimap

MultiValueMap.
multiValueMap(new
LinkedHashMap<K,
List>(), ArrayList.class);

LinkedHashMap<
K, ArrayList<V>>

в порядке
добавле-
ния

в порядке
добавле-
ния

нет

LinkedHash-
Multimap

Linked-
HashSet

LinkedHash-
Multimap

MultiValueMap.
multiValueMap(new
LinkedHashMap<K, Set>(),
LinkedHashSet.class);

LinkedHashMap<K,
LinkedHashSet<V>>

отсорти-
рован

отсорти-
рован

нет

TreeMap

TreeSet

TreeMultimap

MultiValueMap.
multiValueMap(
new TreeMap<K,
Set>(),TreeSet.class);

TreeMap<K,
TreeSet<V>>


Как видно из таблицы, в Apache Commons Collections есть лишь одна реализация данного вида коллекции, остальные можно
получить оборачивая стандартные коллекции при создании. В guava намного больше уже определенных коллекций, при этом
есть возможность реализовать обертку над любой map'ами и любыми коллекциями значений. В GS Collections есть так же
специальные коллекция multimap основанная на Bag (HashBagMultimap), см. multiset и multimap.

Примеры использования Multimap для сохранения всех вхождений слов в тексте


Есть задача: дана строчка текста «Hello World! Hello All! Hi World!», нужно разобрать её на отдельные
слова где разделитель только пробел и теперь нам нужно знать не только сколько каждых слов в тексте, но и все
индекс вхождения слова в тесте, то есть что Hello это первое и третье слово в тексте и т.д.

Посмотрим как это сделать с помощью
1. разных вариантов Multimap от Guava:

Используем HashMultimap от guava


Используем ArrayListMultimapTest от guava


Используем LinkedHashMultimapTest от guava


Используем LinkedListMultimapTest от guava


Используем TreeMultimapTest от guava



2. разных вариантов MultiValueMap от Apache Commons Collections:

Используем MultiValueMap от Apache Commons Collections


Используем MultiValueMap, оборачивающий TreeMap<String, TreeSet>()


Используем MultiValueMap, оборачивающий LinkedHashMap<String, LinkedHashSet>()


3. разных вариантов Multimap от GS Collections:

Использование FastListMultimap


Использование HashBagMultimap


Использование TreeSortedSetMultimap



4. Ну и наконец, посмотрим как можно сделать тоже самое в чистом JDK с помощью эмуляции multiMap через HashMap

Эмуляция multiMap через HashMap



4.3 Реализация BiMap в библиотеках guava, Apache Commons Collections и GS Collections



Реализация BiMap во всех библиотеках достаточно похожа, за исключением названия HashBiMap в guava и GS Collections и
BidiMap в Apache Commons Collections. Кроме простейшей HashBiMap, у guava есть отдельные коллекции для работы с Enum
в качестве ключей или значений, такие как EnumHashBiMap или EnumBiMap, у Apache Commons Collections есть ряд
коллекций, где ключи упорядочены по добавлению или отсортированы.

Примеры использования BiMap для создания русско-английского «переводчика», действующего в обе стороны


Есть задача: есть массивы английских и русских слов соответствующие друг другу, нужно реализовать
коллекцию русско-английского словаря, с возможностью перевода в обе стороны.

Посмотрим как это сделать с помощью
1. разных вариантов BiMap от Guava:

Используем BiMap от guava


Используем EnumBiMap от guava


Используем EnumHashBiMap от guava


2. C помощью BidiMap от Apache Commons Collections:

Используем DualHashBidiMap от Apache Commons Collections


3. C помощью HashBiMap от GS Collections:

Используем HashBiMap от GS Collections


4. Ну и наконец, посмотрим как можно сделать тоже самое в чистом JDK

Используем две HashMap для эмуляции BiMap



V. Сравнение операций работы с коллекциями


Давайте кратко посмотрим какие дополнительные методы, операции и алгоритмы предлагают альтернативные библиотеки по сравнению со стандартными возможностями JDK. Цель этого, естественно, не перечислить все возможные методы всех библиотек (это невозможно), а скорее дать краткое представление о философии и синтаксисе разных библиотек, чтобы каждый мог выбрать то что больше нравится именно ему.

5.1 Сравним создание коллекций с помощью методов различных библиотек.


Guava и gs-collections предлагают создание коллекций через статические методы утилиты вместо использование new, давайте посмотрим насколько это удобнее обычного способа jdk.

5.1.1) Создание списка (List)

Название

JDK

guava

gs-collections

Создание пустого списка

new ArrayList<>()

Lists.newArrayList()

FastList.newList()

Создание списка из значений

Arrays.asList(«1», «2», «3»)

Lists.newArrayList(«1», «2», «3»)

FastList.newListWith(«1», «2», «3»)

Создать список с
определенным capacity

new ArrayList<>(100)

Lists.newArrayListWithCapacity(100)

FastList.newList(100)

Создать список из
любой коллекции

new ArrayList<>(collection)

Lists.newArrayList(collection)

FastList.newList(collection)

Создать список из
любого Iterable

-

Lists.newArrayList(iterable)

FastList.newList(iterable)

Создать список
из Iterator'а

-

Lists.newArrayList(iterator)

-

Создать список из массива

Arrays.asList(array)

Lists.newArrayList(array)

FastList.newListWith(array)

Создать список
c помощью фабрики

FastList.newWithNValues(10, () -> «1»)

Примеры создания списка


5.1.2) Создание множества (set)

Название

JDK

guava

gs-collections

Создание пустого
множества

new HashSet<>()

Sets.newHashSet()

UnifiedSet.newSet()

Создать множество из
заданных элементов

new HashSet<>(Arrays.asList(«alpha», «beta», «gamma»))

Sets.newHashSet(«alpha», «beta», «gamma»)

UnifiedSet.newSetWith(«alpha», «beta», «gamma»)

Создать множество из
любой коллекции

new HashSet<>(collection)

Sets.newHashSet(collection)

UnifiedSet.newSet(collection)

Создать множество из
любого Iterable

-

Sets.newHashSet(iterable)

UnifiedSet.newSet(iterable)

Создать множество
из Iterator'а

-

Sets.newHashSet(iterator);

-

Создать множество
из массива

new HashSet<>(Arrays.asList(array))

Sets.newHashSet(array)

UnifiedSet.newSetWith(array)

Примеры создания множества


5.1.3) Создание Map

Название

JDK

guava

gs-collections

Создание пустой map'ы

new HashMap<>()

Maps.newHashMap()

UnifiedMap.newMap()

Создать map'у c
определенным capacity

new HashMap<>(130)

Maps.newHashMapWithExpectedSize(100)

UnifiedMap.newMap(130)

Создать map'у из другой map'ы

new HashMap<>(map)

Maps.newHashMap(map)

UnifiedMap.newMap(map)

Создать map'у из ключей

-

-

UnifiedMap.newWithKeysValues(«1», «a», «2», «b»)

Примеры создания map



5.2 Сравним методы поиска из различных библиотек.



Название

JDK

guava

apache

gs-collections

Найти количество вхождений объекта

Collections.frequency(collection, «1»)

Iterables.frequency(iterable, «1»)

CollectionUtils.cardinality(«1», iterable)

mutableCollection.count((each) -> «a1».equals(each))

Вернуть первый элемент коллекции или значение по умолчанию

collection.stream().findFirst().orElse(«1»)

Iterables.getFirst(iterable, «1»)

CollectionUtils.get(iterable, 0)

orderedIterable.getFirst()

Вернуть последний элемент коллекции или значение по умолчанию

collection.stream().skip(collection.size()-1).findFirst().orElse(«1»);

Iterables.getLast(iterable, «1»)

CollectionUtils.get(collection, collection.size()-1)

orderedIterable.getLast()

Вернуть максимальный элемент

Collections.max(collection)

Ordering.natural().max(iterable)

-

orderedIterable.max()

Вернуть минимальный элемент

Collections.min(collection)

Ordering.natural().min(iterable)

-

orderedIterable.min()

Вернуть единственный элемент коллекции

Iterables.getOnlyElement(iterable)

CollectionUtils.extractSingleton(collection)

Найти элемент в отсортированном списке

Collections.binarySearch(list, «13»)

Ordering.natural().binarySearch(list, «13»)

mutableList.binarySearch(«13»)

Найти элемент в неотсортированной коллекции

collection.stream().filter(«13»::equals).findFirst().get()

Iterables.find(iterable, «13»::equals)

CollectionUtils.find(iterable, «13»::equals)

mutableList.select(«13»::equals).get(0)

Выбрать все элементы по условию

collection.stream().filter((s) -> s.contains(«1»)).collect(Collectors.toList())

Iterables.filter(iterable, (s) -> s.contains(«1»))

CollectionUtils.select(iterable, (s) -> s.contains(«1»))

mutableCollection.select((s) -> s.contains(«1»))

Обратите внимание что методы разных библиотек работают с разными сущностями, это можно определить по названию переменных: collection — любая реализация интерфейса Collection, iterable — интерфейса Iterable, list — интерфейса List, orderedIterable и mutableList соответствующих интерфейсов в GS (orderedIterable — интерфейс для всех коллекций у которых определен порядок элементов, mutableList — интерфейс для любых изменяемых списков)

Примеры:

1) Найти количество вхождений объекта

2) Вернуть первый элемент коллекции

3) Вернуть последний элемент коллекции

4) Вернуть максимальный элемент

5) Вернуть минимальный элемент

6) вернуть единственный элемент коллекции

7) найти элемент в отсортированом списке

8) найти элемент в неотсортированной коллекции

9) выбрать все элементы по условию



5.3 Сравним методы сравнений, объединений и пересечений коллекций


Название

JDK

guava

apache

gs-collections

Проверить полное соответствие двух коллекций

collection1.containsAll(collection2)

Iterables.elementsEqual(iterable1, iterable2)

CollectionUtils.containsAll(collection1, collection2)

mutableCollection1.containsAll(mutableCollection2)

Наличие хотя бы одного общего элемента

!Collections.disjoint(collection1, collection2)

!Sets.intersection(set1, set2).isEmpty()

CollectionUtils.containsAny(collection1, collection2)

!mutableSet1.intersect(mutableSet2).isEmpty()

Найти все общие элементы (пересечение)

Set<T> result = new HashSet<>(set1);
result.retainAll(set2)

Sets.intersection(set1, set2)

CollectionUtils.intersection(collection1, collection2)

mutableSet1.intersect(mutableSet2)

Отсутствие общих элементов

Collections.disjoint(collection1, collection2)

Sets.intersection(set1, set2).isEmpty()

!CollectionUtils.containsAny(collection1, collection2)

mutableSet1.intersect(mutableSet2).isEmpty()

Найти все элементы, которые есть в одной коллекции и нет в другой (difference)

Set<T> result = new HashSet<>(set1);
result.removeAll(set2)

Sets.difference(set1, set2)

CollectionUtils.removeAll(collection1, collection2)

mutableSet1.difference(mutableSet2)

Найти все различные элементы (symmetric difference)

Sets.symmetricDifference(set1, set2)

CollectionUtils.disjunction(collection1, collection2)

mutableSet1.symmetricDifference(mutableSet2)

Получить объедение двух коллекций

Set<T> result = new HashSet<>(set1);
result.addAll(set2)

Sets.union(set1, set2)

CollectionUtils.union(collection1, collection2)

mutableSet1.union(mutableSet2)


Примеры:

1) Проверить полное соответствие двух коллекций

2) Проверить наличие хотя бы одного общего элемента у двух коллекций

3) Найти все общие элементы (пересечение) у двух коллекций

4) Найти все элементы, которые есть в одной коллекции и нет в другой (difference)

5) Найти все различные элементы (symmetric difference) у двух коллекций

6) Получить объедение двух коллекций



5.4 Сравним методы изменения коллекции


Название

JDK

guava

apache

gs-collections

Сортировка коллекции

Collections.sort(list);

Ordering.natural().sortedCopy(iterable)

mutableList.sortThis()

Удалить все элементы соответствующие условию

collection.removeIf((s) -> s.contains(«1»))

Iterables.removeIf(iterable, (s) -> s.contains(«1»))

CollectionUtils.filter(iterable, (s) -> !s.contains(«1»))

mutableCollection.removeIf((Predicate<String>) (s) -> s.contains(«1»))

Удалить все элементы не соответствующие условию

collection.removeIf((s) -> !s.contains(«1»))

Iterables.removeIf(iterable, (s) -> !s.contains(«1»))

CollectionUtils.filter(iterable, (s) -> s.contains(«1»))

mutableCollection.removeIf((Predicate<String>) (s) -> !s.contains(«1»))

Изменить все элементы коллекции

collection.stream().map((s) -> s + "_1").collect(Collectors.toList())

Iterables.transform(iterable, (s) -> s + "_1")

CollectionUtils.transform(collection, (s) -> s + "_1")

mutableCollection.collect((s) -> s + "_1")

Изменить свойства каждого элемента

collection.stream().forEach((s) -> s.append("_1"))

Iterables.transform(iterable, (s) -> s.append("_1"))

CollectionUtils.transform(collection, (s) -> s.append("_1"))

mutableCollection.forEach((Procedure<StringBuilder>) (s) -> s.append("_1"))


1) Сортировка коллекции

2) Удалить все элементы соответствующие условию

3) Удалить все элементы не соответствующие условию

4) Преобразовать все элементы коллекции

5) Изменить свойства каждого элемента коллекции



VI. Сравнение стандартных и альтернативных коллекций



5.1 Какие вообще бывают коллекции


Для начала рассмотрим какие основные коллекции встречаются в программировании (не только в Java, а вообще):
1)
Вектор (Список)— элементы коллекции упорядочены, можно обойти все элементы по очереди или обратиться по индексу,
Массив — реализация вектора, когда данные находятся в памяти непосредственно друг за другом
Динамический массив — реализация массива, когда размер массива может увеличиваться во время выполнения,
Односвязный список — реализация списка, когда каждый элемент списка содержит значение и ссылку на
следующий элемент, в отличии от массива более структурно гибок,
Двусвязный список — реализация списка когда каждый элемент списка содержит значение и ссылку на
следующий и предыдущий элемент,
2)
Стек (Stack) — коллекция, реализующая принцип хранения «LIFO» («последним пришёл — первым вышел»). В
стеке постоянно доступен элемент добавленый последним, если он ещё не удален/извлечен.
3)
Очередь (Queue) — коллекция, реализующая принцип хранения «FIFO» («первым пришёл— первым вышел»). В
очереди постоянно доступен только добавлен самым первым из имеющихся и ещё не удален/извлечен.
4)
Двухсторонняя очередь (Double-ended queue) — очередь, которая позволяет добавлять и извлекать данные и
с начала очереди и с конца.
5)
Очередь с приоритетом (англ. priority queue) — очередь, позволяющая добавить новый элемент и извлечь
максимум. Все данные хранятся в порядке убывания приоритета,
куча (heap) — одна из реализаций очереди с приоритетом, с помощью дерева,
6)
Ассоциативный массив (словарь), (Associative array, Dictionary) — неупорядоченная коллекция, хранящая
пары «ключ— значение»
Хеш-таблица (hashtable) — реализация ассоциативного массива, построенная на вычислении хеша значения,
Хеш-таблица со связями один ко многим (Multimap или multihash) — реализация Хеш-таблицы, которая хранит
отношение ключ и много значений,
Двух-сторонняя хеш-таблица (bi-map) — реализация Хеш-таблицы, которая позволяет получать как значение
по ключу, так и ключ по значению,
Упорядоченная хеш-таблица (hashtable) — хеш-таблица, возвращающая элементы в порядке добавления,
Отсортированная хеш-таблица (hashtable) — хеш-таблица, возвращающая элементы отсортированном порядке,
7)
Множество— неупорядоченная коллекция, хранящая набор уникальных значений и поддерживающая аналогичные
операциям с математическими множествами,
Мультимножество— неупорядоченная коллекция, аналогичная множеству, но допускающая наличие в коллекции
одновременно двух и более одинаковых значений,
Упорядоченное множество— коллекция, аналогичная множеству, но возвращает элементы в порядке добавления,
Отсортированное множество— коллекция, аналогичная множеству, но возвращает элементы в отсортированном порядке,
8)
Битовый массив — то есть массив значений 1 или 0,
9)
Множество зарытых или открытых отрезков — то есть структура хранящая и работающая с геометрическими
интервалами,
10)
Деревья — структура данных, хранящая данные в виде дерева,
11)
Кеши — коллекции для работы с устаревающими за определенное время данными,

Давайте посмотрим какие из данных сущностей соответствуют каким коллекциям и интерфейсам Java и альтернативных библиотек:

Внимание: если таблица не помещается целиком, попробуйте уменьшить масштаб страницы или открыть в другом браузере.

Название

List

Set

Map

Query
Dequery и
т.п. в JDK

guava

apache

gs-collections

1) Вектор (Список)
Динамический массив

ArrayList

LinkedHashSet

LinkedHashMap

ArrayDeque

TreeList

FastList

Двусвязный список

LinkedList

LinkedHashSet

LinkedHashMap

LinkedList

NodeCachingLinkedList

2) Стек (Stack)

LinkedList

ArrayDeque

ArrayStack

3) Очередь (Queue)

LinkedList

ArrayDeque

CircularFifoQueue

4) Двухсторонняя очередь

LinkedList

ArrayDeque

5) Очередь с приоритетом
куча (heap)

PriorityQueue

6) Ассоциативный массив (словарь)

HashMap

HashedMap

UnifiedMap

Хеш-таблица (hashtable)

HashSet

HashMap

HashedMap

UnifiedMap

Хеш-таблица со связями один ко многим

Multimap

MultiMap

Multimap

Двух-сторонняя хеш-таблица

HashBiMap

BidiMap

HashBiMap

Упорядоченная хеш-таблица

LinkedHashSet

LinkedHashMap

LinkedMap

Отсортированная хеш-таблица

TreeSet

TreeMap

PatriciaTrie

TreeSortedMap

7) Множество

HashSet

UnifiedSet

Мультимножество

HashMultiset

HashBag

HashBag

Упорядоченное множество

LinkedHashSet

Отсортированное множество

TreeSet

PatriciaTrie

TreeSortedSet

8)Битовый массив

BitSet

9) Множество зарытых или открытых отрезков

RangeSet
RangeMap

10) Деревья

TreeSet

TreeMap

PatriciaTrie

TreeSortedSet

11)Кеши

LinkedHashMap
WeakHashMap

LoadingCache



VII. Заключение



Я специально не буду делать выводов какая библиотека хуже или лучше, так как во многом это дело вкуса, но в любом случае в альтернативных коллекциях можно найти много полезных коллекций и методов, если знать где искать. Спасибо, за то что дочитали (или долистали) до конца, надеюсь вы сумели найти в этой статье что-нибудь для себя полезное.

Исходные коды всех примеров можно найти на
github'е .

Источники, которые использовались для написания статьи:
1.
Обзор java.util.concurrent.* tutorial
2.
Trove library: using primitive collections for performance
3.
Java performance tuning tips
4.
Large HashMap overview
5.
Memory consumption of popular Java data types
6. И, естественно, официальная документация, javadoc и исходные коды всех рассмотренных библиотек

P.P.S. Так же советую посмотреть мой opensource проект [useful-java-links](https://github.com/Vedenin/useful-java-links/tree/master/link-rus) — возможно, наиболее полная коллекция полезных Java библиотек, фреймворков и русскоязычного обучающего видео. Так же есть аналогичная [английская версия](https://github.com/Vedenin/useful-java-links/) этого проекта и начинаю opensource подпроект [Hello world](https://github.com/Vedenin/useful-java-links/tree/master/helloworlds) по подготовке коллекции простых примеров для разных Java библиотек в одном maven проекте (буду благодарен за любую помощь).

Общее оглавление 'Шпаргалок'

Так же в этом разделе:
 
MyTetra Share v.0.59
Яндекс индекс цитирования