Целью работы является анализ использования программной платформы Java Collections Framework, при разработке приложений на языке Java.
Java Collections Framework (JCF) – это собрание классов и интерфейсов в Java, предназначенных для хранения и обработки данных в оперативной памяти [1]. Он предоставляет различные абстракции для работы с группами (или, как их ещё называют, коллекциями) объектов, что позволяет эффективно решать самые разнообразные задачи. JCF включает в себя несколько интерфейсов и классов, которые пользователь может использовать конкретно под свои цели и задачи. Среди самых распространённых коллекций выделяют: Collection, List, Set, Queue, и Map.
Иерархия коллекций [4] представлена на рисунке 1.
Рисунок 1. Иерархия Java Collections Framework.
Рассмотрим более подробно представленную иерархию (рис.1). На вершине списка стоит интерфейс Iterable, он является ключевым для всех типов коллекций, от Iterable наследуется интерфейс Collection.
Collection имеет три основных подынтерфейса: List, Set и Queue. Рассмотрим подробнее их описание.
List – представляет собой упорядоченную коллекцию, которая может содержать дубликаты [3]. Примерами реализации этого интерфейса служат:
- ArrayList: Внутри реализован как обычный массив, который изначально имеет длину в 10 элементов, после заполнения увеличивается по формуле: , где n – количество ячеек в старом массиве. Эффективен для операций вставки и удаления в конце списка.
- LinkedList: Реализован в виде двусвязного списка. Эффективен для вставки и удаления в середине списка.
Данную коллекцию обычно используют в следующих случаях: ArrayList – когда часто происходят операции доступа по индексу; LinkedList – если важны операции вставки и удаления в середине списка.
Set – это коллекция, которая не может содержать дубликаты [2]. Примеры реализации этого интерфейса включают:
- HashSet: Неупорядоченное множество без дубликатов.
- LinkedHashSet: Упорядоченное множество без дубликатов.
- TreeSet: Сортированное множество без дубликатов.
Queue – используется для хранения элементов, которые обрабатываются в определенном порядке [2]. Например, PriorityQueue представляет собой очередь с приоритетами. Другим примером является LinkedList описанный выше.
Map – не наследуется от Collection, но является неотъемлемой частью JCF. Элементы хранятся в форме пар «ключ-значение», дубликаты ключей исключены [2]. Примеры реализации Map включают HashMap, TreeMap и LinkedHashMap.
JCF предлагает разработчику пакет стандартных операций для работы с коллекциями, такие как:
- Добавление элементов;
- Удаление элементов;
- Поиск элементов и др.
Однако при использовании разработчиком различных коллекций результат выполнения одинаковых операций может отличаться из-за различий в их реализации. Например, для добавления элементов в любую из рассмотренных коллекций используется метод add(). При этом в случае с List и Queue элементы добавляются в конец коллекции. Для Set порядок добавления элементов в коллекцию не определен. В Map элементы добавляются в виде пары ключ-значение. Пример кода для добавления элементов в различные коллекции приведён на рисунке 2.
Рисунок 2. Добавление элементов (список, множество, ключ-значение).
Удаление в коллекциях происходит одним методом «имя_коллекции.remove()», в скобочках указывается элемент, который следует удалить из списка, множества и т.д. Пример программного кода для удаления элементов из рассмотренных коллекций приведен на рисунке 3.
Рисунок 3. Удаление элементов (список, множество, ключ-значение).
Новички в разработке на Java часто хранят данные в виде обычных массивов, не имеющих функций для работы с данными, а не коллекций, у которых этот функционал реализован. Основные преимущества классов JCF [4] перед теми, которые разработчики могут создавать самостоятельно, следующие:
- ускоряется процесс разработки и улучшается качество программного кода;
- обеспечивается поддержка повторного использования кода;
- производится стандартизация интерфейса пользовательских классов;
- реализуется поддержка многопоточного доступа к данным.
В интерфейсе Iterable основным методом является «iterator()», он возвращает объект типа Iterator, который используется для перебора элементов коллекции, что позволяет менять состав коллекции, например, производить удаление элементов (рисунок 4).
Рисунок 4. Удаление элемента при переборе коллекции.
Таким образом, использование Java Collections Framework представляет собой неотъемлемую часть работы Java-разработчика. Этот мощный инструментарий обеспечивает широкий спектр структур данных и алгоритмов, что значительно упрощает обработку данных и повышает производительность приложений. Корректный выбор и оптимальное применение коллекций позволяют решать разнообразные задачи программирования, начиная от базовых операций добавления и удаления элементов до сложных манипуляций с данными и оптимизации производительности программ.
На основе усвоенных принципов и методов работы с Java коллекциями разработчики могут создавать более надежные, эффективные и масштабируемые приложения, отвечающие высоким стандартам современного программирования. Эффективное использование Java Collections Framework открывает перед специалистами новые возможности для разработки высокопроизводительных и устойчивых к изменениям систем, способных эффективно обрабатывать и адаптироваться к растущим объемам данных.
Библиографический список
- Справочник по Java Collections Framework / Хабр – [Электронный ресурс], URL: https://habr.com/ru/articles/237043/.
- Язык Java. Коллекции, реализующие интерфейсы Queue, Deque, Map, Set / А. С. Кравчук, А. И. Кравчук, Е. В. Кремень [Электронный документ] URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=55629960
- Язык Java. Общие сведения о коллекциях и реализуемых ими интерфейсах. Коллекции, реализующие интерфейс List / А. С. Кравчук, А. И. Кравчук, Е. В. Кремень. [Электронный документ] URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=55632653
- Collections Framework Overview (JDK 17) – [Электронный ресурс], URL:https://docs.oracle.com/en/java/javase/17/docs/api/java.base/java/util/doc-files/coll-overview.html