阿里开发手册 嵩山版-编程规约 (六)集合处理

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前言

《Java 开发手册》是阿里巴巴集团技术团队的集体智慧结晶和经验总结，经历了多次大规模一线实战的检验及不断完善，公开到业界后，众多社区开发者踊跃参与，共同打磨完善，系统化地整理成册，当前的版本是嵩山版。现代软件行业的高速发展对开发者的综合素质要求越来越高，因为不仅是编程知识点，其它维度的知识点也会影响到软件的最终交付质量。比如：五花八门的错误码人为地增加排查问题的难度；数据库的表结构和索引设计缺陷带来的系统架构缺陷或性能风险；工程结构混乱导致后续项目维护艰难；没有鉴权的漏洞代码易被黑客攻击等等。所以本手册以 Java 开发者为中心视角，划分为编程规约、异常日志、单元测试、安全规约、MySQL 数据库、工程结构、设计规约七个维度，再根据内容特征，细分成若干二级子目录。

另外，依据约束力强弱及故障敏感性，规约依次分为【强制】、【推荐】、【参考】三大类。在延伸信息中，“说明”对规约做了适当扩展和解释；“正例”提倡什么样的编码和实现方式；“反例”说明需要提防的雷区，以及真实的错误案例。

手册的愿景是码出高效，码出质量。现代软件架构的复杂性需要协同开发完成，如何高效地协 同呢？无规矩不成方圆，无规范难以协同，比如，制订交通法规表面上是要限制行车权，实际上是保障公众的人身安全，试想如果没有限速，没有红绿灯，谁还敢上路行驶？对软件来说，适当的规范和标准绝不是消灭代码内容的创造性、优雅性，而是限制过度个性化，以一种普遍认可的统一方式一起做事，提升协作效率，降低沟通成本。代码的字里行间流淌的是软件系统的血液，质量的提升是尽可能少踩坑，杜绝踩重复的坑，切实提升系统稳定性，码出质量。

我们已经在 2017 杭州云栖大会上发布了配套的 Java 开发规约 IDE 插件，下载量达到 162 万人次，阿里云效也集成了代码规约扫描引擎。次年，发布 36 万字的配套详解图书《码出高效》，本书秉持“图胜于表，表胜于言”的理念，深入浅出地将计算机基础、面向对象思想、JVM 探源、数据结构与集合、并发与多线程、单元测试等知识客观、立体地呈现出来。紧扣学以致用、学以精进的目标，结合阿里巴巴实践经验和故障案例，与底层源码解析融会贯通，娓娓道来。《码出高效》和《Java开发手册》稿费所得收入均捐赠公益事情，希望用技术情怀帮助更多的人。

一、编程规约

(六) 集合处理

1.【强制】关于 hashCode 和 equals 的处理，遵循如下规则：

1） 只要覆写 equals，就必须覆写 hashCode。

2） 因为Set 存储的是不重复的对象，依据 hashCode 和 equals 进行判断，所以 Set 存储的对象必须覆写这两种方法。

3）如果自定义对象作为 Map 的键，那么必须覆写 hashCode 和 equals。

说明：String 因为覆写了 hashCode 和 equals 方法，所以可以愉快地将 String 对象作为 key 来使用

2.【强制】判断所有集合内部的元素是否为空，使用 isEmpty()方法，而不是 size()==0的方式。

说明：在某些集合中，前者的时间复杂度为 O(1)，而且可读性更好。

正例：

Map<String,Object>map=newHashMap<>(16);

if(map.isEmpty()) {

System.out.println("no element in this map.");

}

3.【强制】在使用 java.util.stream.Collectors 类的 toMap()方法转为 Map 集合时，一定要使用含有参数类型为 BinaryOperator，参数名为 mergeFunction 的方法，否则当出现相同 key 值时会抛出 IllegalStateException 异常。

说明：参数 mergeFunction 的作用是当出现 key 重复时，自定义对 value 的处理策略。

正例：

List<Pair<String,Double>>pairArrayList=newArrayList<>(3);

pairArrayList.add(newPair<>("version",12.10));

pairArrayList.add(newPair<>("version",12.19));

pairArrayList.add(newPair<>("version",6.28));

Map<String,Double>map=pairArrayList.stream().collect(

// 生成的 map 集合中只有一个键值对：{version=6.28}

Collectors.toMap(Pair::getKey,Pair::getValue, (v1,v2)->v2));

反例：

String[]departments=newString[] {"iERP","iERP","EIBU"};

// 抛出 IllegalStateException 异常

Map<Integer,String>map=Arrays.stream(departments)

.collect(Collectors.toMap(String::hashCode,str->str));

4.【强制】在使用 java.util.stream.Collectors 类的 toMap()方法转为 Map集合时，一定要注意当value 为 null 时会抛 NPE异常。

说明：在 java.util.HashMap 的 merge 方法里会进行如下的判断：

if(value==null||remappingFunction==null)

throw newNullPointerException();

反例：

List<Pair<String,Double>>pairArrayList=newArrayList<>(2);

pairArrayList.add(newPair<>("version1",8.3));

pairArrayList.add(newPair<>("version2",null));

Map<String,Double>map=pairArrayList.stream().collect(

// 抛出 NullPointerException 异常

Collectors.toMap(Pair::getKey,Pair::getValue, (v1,v2)->v2));

5.【强制】ArrayList 的 subList 结果不可强转成 ArrayList，否则会抛出 ClassCastException异常：java.util.RandomAccessSubList cannot be cast to java.util.ArrayList。

说明：subList()返回的是 ArrayList 的内部类 SubList，并不是 ArrayList 本身，而是 ArrayList 的一个视图，对于 SubList 的所有操作最终会反映到原列表上。

6.【强制】使用 Map 的方法keySet()/values()/entrySet()返回集合对象时，不可以对其进行添加元素操作，否则会抛出 UnsupportedOperationException 异常。

7.【强制】Collections 类返回的对象，如：emptyList()/singletonList()等都是 immutable list，不可对其进行添加或者删除元素的操作。

反例：如果查询无结果，返回 Collections.emptyList()空集合对象，调用方一旦进行了添加元素的操作，就会触发 UnsupportedOperationException 异常。

8.【强制】在 subList 场景中，高度注意对父集合元素的增加或删除，均会导致子列表的遍历、增加、删除产生ConcurrentModificationException异常。

9.【强制】使用集合转数组的方法，必须使用集合的 toArray(T[] array)，传入的是类型完全一致、长度为 0 的空数组。

反例：直接使用toArray 无参方法存在问题，此方法返回值只能是 Object[]类，若强转其它类型数组将出现 ClassCastException错误。

正例：

List<String>list=newArrayList<>(2);

list.add("guan");

list.add("bao");

String[]array=list.toArray(newString[0]);

说明：使用toArray 带参方法，数组空间大小的 length：

1）等于 0，动态创建与 size 相同的数组，性能最好。

2）大于 0 但小于 size，重新创建大小等于 size 的数组，增加 GC 负担。

3）等于 size，在高并发情况下，数组创建完成之后，size 正在变大的情况下，负面影响与 2 相同

4）大于 size，空间浪费，且在size 处插入 null 值，存在 NPE隐患。

10.【强制】在使用Collection 接口任何实现类的 addAll()方法时，都要对输入的集合参数进行 NPE判断。

说明：在 ArrayList#addAll 方法的第一行代码即 Object[] a = c.toArray(); 其中c 为输入集合参数，如果为 null，则直接抛出异常。

11.【强制】使用工具类Arrays.asList()把数组转换成集合时，不能使用其修改集合相关的方法，它的 add/remove/clear 方法会抛出 UnsupportedOperationException 异常。

说明：asList 的返回对象是一个 Arrays 内部类，并没有实现集合的修改方法。Arrays.asList 体现的是适配器模式，只是转换接口，后台的数据仍是数组。

String[] str = new String[] { "chen", "yang", "hao" };

List list = Arrays.asList(str);

第一种情况：list.add("yangguanbao"); 运行时异常。

第二种情况：str[0] = "change";也会随之修改，反之亦然。

？12.【强制】泛型通配符来接收返回的数据，此写法的泛型集合不能使用 add 方法，而不能使用 get 方法，两者在接口调用赋值的场景中容易出错。

说明：扩展说一下 PECS(Producer Extends Consumer Super)原则：第一、频繁往外读取内容的，适合用 。第二、经常往里插入的，适合用

13.【强制】在无泛型限制定义的集合赋值给泛型限制的集合时，在使用集合元素时，需要进行instanceof 判断，避免抛出 ClassCastException异常。

说明：毕竟泛型是在 JDK5 后才出现，考虑到向前兼容，编译器是允许非泛型集合与泛型集合互相赋值

反例：

List<String>generics=null;

List notGenerics=newArrayList(10);

notGenerics.add(newObject());

notGenerics.add(newInteger(1));

generics=notGenerics;

// 此处抛出 ClassCastException 异常

String string=generics.get(0);

14.【强制】不要在foreach 循环里进行元素的 remove/add操作。remove 元素请使用 Iterator 方式，如果并发操作，需要对 Iterator 对象加锁。

正例：

List<String>list=newArrayList<>();

list.add("1");

list.add("2");

Iterator<String>iterator=list.iterator();

while(iterator.hasNext()) {

String item=iterator.next();

if(删除元素的条件) {

iterator.remove();

}

}

反例：

for(String item:list) {

if("1".equals(item)) {

list.remove(item);

}

}

说明：以上代码的执行结果肯定会出乎大家的意料，那么试一下把“1”换成“2”，会是同样的结果吗？

15.【强制】在 JDK7 版本及以上，Comparator 实现类要满足如下三个条件，不然 Arrays.sort，Collections.sort 会抛 IllegalArgumentException 异常。

说明：三个条件如下

1）x，y 的比较结果和 y，x 的比较结果相反。

2）x>y，y>z，则 x>z。

3）x=y，则 x，z 比较结果和 y，z比较结果相同。

反例：下例中没有处理相等的情况，交换两个对象判断结果并不互反，不符合第一个条件，在实际使用中可能会出现异常。

newComparator<Student>() {

@Override

public intcompare(Student o1,Student o2) {

returno1.getId()>o2.getId()?1: -1;

}

};

16.【推荐】集合泛型定义时，在 JDK7 及以上，使用 diamond 语法或全省略。

说明：菱形泛型，即 diamond，直接使用<>来指代前边已经指定的类型。

正例：

// diamond 方式，即<>

HashMap<String,String>userCache=newHashMap<>(16);

// 全省略方式

ArrayList<User>users=newArrayList(10);

17.【推荐】集合初始化时，指定集合初始值大小。

说明：HashMap 使用 HashMap(int initialCapacity) 初始化，如果暂时无法确定集合大小，那么指定默认值（16）即可。

正例：initialCapacity = (需要存储的元素个数 / 负载因子) + 1。注意负载因子（即 loader factor）默认 为 0.75，如果暂时无法确定初始值大小，请设置为 16（即默认值）。

反例：HashMap 需要放置 1024 个元素，由于没有设置容量初始大小，随着元素增加而被迫不断扩容，resize()方法总共会调用 8 次，反复重建哈希表和数据迁移。当放置的集合元素个数达千万级时会影响程序 性能。

18.【推荐】使用entrySet 遍历 Map 类集合 KV，而不是 keySet 方式进行遍历。

说明：keySet 其实是遍历了 2 次，一次是转为 Iterator 对象，另一次是从 hashMap 中取出 key 所对应的 value。而 entrySet 只是遍历了一次就把 key 和 value 都放到了 entry 中，效率更高。如果是 JDK8，使用Map.forEach方法。

正例：values()返回的是 V 值集合，是一个 list 集合对象；keySet()返回的是 K 值集合，是一个 Set 集合对象；entrySet()返回的是 K-V 值组合集合。

19.【推荐】高度注意 Map 类集合K/V 能不能存储 null值的情况，如下表格：

反例：由于 HashMap 的干扰，很多人认为 ConcurrentHashMap 是可以置入 null 值，而事实上，存储 null 值时会抛出 NPE异常。

20.【参考】合理利用好集合的有序性(sort)和稳定性(order)，避免集合的无序性(unsort)和不稳定性(unorder)带来的负面影响。

说明：有序性是指遍历的结果是按某种比较规则依次排列的。稳定性指集合每次遍历的元素次序是一定的。

如：ArrayList 是 order/unsort；HashMap 是 unorder/unsort；TreeSet 是 order/sort。

21.【参考】利用 Set 元素唯一的特性，可以快速对一个集合进行去重操作，避免使用 List 的contains()进行遍历去重或者判断包含操作。