Java基础 集合框架 Collection接口和抽象类AbstractCollection

Collection接口简介

Collection接口是Java集合框架的根接口之一，它定义了所有集合类的基本操作，比如添加、删除、遍历元素等，另一个跟接口是Map

核心设计目标

父接口Iterable

public interface Collection<E> extends Iterable<E> {
    Iterator<E> iterator();
}

迭代Iterable接口以及迭代器Iterator介绍，Collection接口通过继承Iterable迭代接口实现以及返回Iterator方法实现普通检验迭代功能，这是Collection框架核心实现之一

但基于集合中各种集合列表的数据结构不同，具体的数据结构关于迭代功能又有具体的增强方式，比如子接口List提供了双向迭代器ListIterable，抽象类AbstractList有普通迭代器和增强迭代器，

Collection接口实现的普通迭代器只是提供基础迭代功能，即遍历和删除元素

基于Stream流的操作

    default Spliterator<E> spliterator() {
        return Spliterators.spliterator(this, 0);
    }

    default Stream<E> stream() {
        return StreamSupport.stream(spliterator(), false);
    }

    default Stream<E> parallelStream() {
        return StreamSupport.stream(spliterator(), true);
    }

Stream详细介绍，Collection接口提供了关于流的基础操作，流是Java 8 引入的，结合 Stream API 和 Lambda 表达式，实现高效数据处理。其中又分为串行流和并行流，而并行流的底层实现原理是分割迭代spliterator

定义了所有集合类的基本操作

它定义了所有集合类的基本操作，比如添加、删除、遍历元素等，如下Collection接口基础方法介绍功能

Collection接口方法

(1) 元素操作

方法	说明
boolean add(E e)	添加元素，成功返回 true（Set 中重复元素会返回 false）。
boolean remove(Object o)	删除指定元素，存在则返回 true。
boolean contains(Object o)	判断是否包含指定元素。

(2) 批量操作

方法	说明
boolean addAll(Collection c)	添加另一个集合的所有元素。
boolean removeAll(Collection c)	删除与另一集合的交集元素。
boolean retainAll(Collection c)	仅保留与另一集合的交集元素。
void clear()	清空集合。

(3) 查询与转换

方法	说明
int size()	返回集合元素数量。
boolean isEmpty()	判断集合是否为空。
Object[] toArray()	将集合转换为数组。
T[] toArray(T[] a)	将集合转换为指定类型的数组（更安全）。

(4) 迭代与遍历

方法	说明
Iterator iterator()	返回迭代器，用于遍历集合。
default void forEach(Consumer action)	Java 8+ 支持，使用 Lambda 遍历元素。

(5) Java 8+ 新增默认方法

方法	说明
default Stream stream()	返回顺序流，支持 Stream API 操作。
default Stream parallelStream()	返回并行流，支持多线程处理。

Collection接口总结

核心角色：Collection 是 Java 集合框架的基础，定义了单列集合的统一操作。
灵活扩展：通过子接口 List、Set、Queue 满足不同场景需求。
现代特性：结合 Stream API 和 Lambda 表达式，实现高效数据处理。

抽象类AbstractCollection简介

AbstractCollection是Java集合框架中为 Collection 接口提供骨架实现的核心抽象类，旨在简化集合类的开发

核心设计目标

减少重复代码

复用代码 减少开发
抽象类 AbstractCollection是集合框架中为 Collection 接口的通用方法提供默认实现（如 contains()、isEmpty()、remove() 等），开发者需实现关键抽象方法 iterator() 和 size() 即可创建集合类

public abstract class AbstractCollection<E> implements Collection<E> {

	//未实现具体功能需要具体子类实现的关键抽象方法iterator()和size()
    public abstract Iterator<E> iterator();
    public abstract int size();

	//通用方法提供默认实现的部分方法示例如下
	public boolean isEmpty() {
     return size() == 0;
    }
   public boolean contains(Object o) {
			`````````
    }
	
}

多种集合结构模式，实现多态机制
为了减少开发代码为什么不干脆为所有的方法都提供默认功能实现，还保留两个抽象方法要具体子类实现，是因为不同容器类型结构不同的原因，这就涉及到有序 无序 队列等多种结构模式，而集合底层的实现是依靠迭代器的管理的，不同的结构迭代方式不同，才有了两个核心抽象方法由具体的子类（具体的结构模式）去实现

public class ImmutableCollection<E> extends AbstractCollection<E> {
	//比如数据结构是数组形式的集合结构，那迭代器和容器元素大小都基于数组特性实现
    private E[] elements;

    @Override
    public Iterator<E> iterator() { return Arrays.stream(elements).iterator(); }

    @Override
    public int size() { return elements.length; }
}

对 不可变集合 支持

伪实现的方法 如add()，add没有设计成抽象方法是为了提供一个有用的默认行为(抛出不可操作异常)，更容易实现对不可修改的集合操作管理

	//伪实现的方法 如果不重写add方法直接调用 会直接抛出不支持操作异常
    public boolean add(E e) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

首先什么是不可变集合
不可修改集合是指集合一旦创建，其内容就不能被修改，包括添加、删除或修改元素，并不是final修饰的就是不可变集合

    public static void main(String[] args) {
        final int[] scores = new int[5];
        scores[0] = 1;//没有报错 依然可以修改添加元素
        int[] tempArray = {90, 70, 50, 80, 60, 85};
        scores = tempArray; // 静态编译报错提示 不可以使用final修饰

        final List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("a");//没有报错 依然可以添加元素
        list = new ArrayList<>(); //静态编译报错提示 不可以使用final修饰
    }

final变量用法，修饰类和方法表示类不可以继承，方法不可以重写，修饰变量表示不可以更改，如果修饰的是对象表示对象的引用不可以更改，这里修饰的数组和list对象都表示不可以更改引用，所以重新指向引用就报错了，但是对集合中的元素还是可以进行操作修改的

为什么需要 不可变集合
集合是存储元素，在特定的情况下我们需要控制不可以改变集合中元素的内容，如多线程下的安全性，比如哈希码值我们希望能作为常量不可以改变，又或者性能优化不可变的集合可节省空间和时间的开销

        List<String> list = Stream.of("张三", "李四", "王五", "赵六").collect(Collectors.toList());
        // java 1.8实现不可变集合方法
        List<String> immutableList = Collections.unmodifiableList(list);
        immutableList.add("a");//执行到这里抛出不可操作异常UnsupportedOperationException


       //JDK9+ 之后 可以使用 List.of方法 更简单些
        //不可变List集合
        List<Double> lists = List.of(140.5, 120.0, 95.5, 70.5, 80.0); //
        lists.add(123.0); //运行报错 UnsupportedOperationException  不可变
        lists.set(0,140.0); //报错

        //不可变set集合
        //Set sets = Set.of("a", "b", "d", "c","a"); // a 不允许重复 直接报错
        Set<String> sets = Set.of("a", "b", "d", "c");
        sets.add("a"); //报错

        //不可变Map集合
        Map<String,Integer> maps = Map.of("a",100,"b",200,"c",300);
        maps.put("d",200); //报错

add方法并没有被设计成抽象方法，而是提供了一个默认的实现，这个默认实现是抛出一个UnsupportedOperationException异常。通过提供一个默认的异常抛出行为，AbstractCollection.add(E)使得开发者在实现不可修改的集合时更加方便。如果add方法被设计成抽象方法，那么每一个继承自AbstractCollection的类都必须提供一个add方法的实现，这可能会导致一些不必要的复杂性

AbstractCollection关键方法实现

方法	实现逻辑	依赖的抽象方法
contains(Object)	遍历迭代器，逐个比较元素是否相等（支持 null 检查）	iterator()
toArray()	创建新数组，通过迭代器填充元素	iterator(), size()（优化提示）
remove(Object)	遍历迭代器查找元素，调用迭代器的 remove() 删除，但迭代器的 remove() 方法 也是默认抛出 UnsupportedOperationException，所以也需子类重写以实现 可修改集合	iterator()
isEmpty()	直接调用 size() == 0	size()
add(E)	默认抛出 UnsupportedOperationException，需子类重写以实现 可修改集合	-

AbstractCollection在集合框架中的构造位置

• 父类关系：实现集合框架两大根接口之一的Collection接口、提供默认通用模板方法
• 子类关系：AbstractList、AbstractSet、AbstractQueue等均继承 AbstractCollection，进一步细化列表、集合的特性

AbstractCollection总结与使用注意事项

总结：

• 模板方法模式：通过抽象方法 iterator() 和 size() 定义算法框架，具体实现延迟到子类。例如，contains() 的遍历逻辑固定，但元素访问方式由子类决定。
• 代码复用：所有集合共享通用方法（如 toString() 生成 [a, b, c] 格式字符串），避免重复实现。
• 扩展性：子类可选择性重写方法以优化性能（如 ArrayList 直接通过索引实现 contains()，比迭代遍历更高效）

注意事项:

• 方法限制：默认 add() 和 remove() 可能抛出 UnsupportedOperationException，需根据集合类型重写。
• 性能考量：通用方法如 containsAll() 通过迭代实现，数据量大时可能效率低下，子类可优化
• 并发问题：AbstractCollection并没有特殊表明多线程下安全管理，所以是非线程安全的，多线程环境需外部同步或使用并发集合类。