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@suema0331

【Java】コレクションフレームワーク

Posted at

コレクションとは

  • オブジェクトの集合
  • java.utulパッケージ：コレクション構造を扱うための汎用クラス/インターフェース(コレクションフレームワーク)を提供
  • オブジェクトの集合を扱う際にまず利用したい

Collectionインターフェース

  • コレクションフレームワークの基本
  • 各サブインターフェースの実装クラス
    • List：順序を持つ、要素は重複可能
      • ArrayList：可変長配列
      • LinkedList：リンク構造のリスト
    • Set：要素の重複不可
      • HashSet：任意順で格納された要素集合
      • LinkedHashSet：追加順で格納された要素集合
      • TreeSet：キーで並び替えられる要素集合
    • Queue：先頭/末尾要素の追加、削除。待ち行列/スタックに使う
      • ArrayDeque：両端キュー
      • LinkedList：LinkedListと同じ
    • Map：キー/値で管理、キーの重複不可
      • HashMap：基本Map
      • TreeMap：キーで並び替えられるMap

コレクションのインスタンス化

  • List<String> data = new ArrayList<>();

インターフェース型

  • 変数の型(実装型)ではなくインターフェース型を用いることでクラスへの依存を最小限にできる
  • NG例：実数型をそのまま引数で渡すのは良くない
    ArrayList<String> data = new ArrayList<>();
    public void run(ArrayList<String> data){…}
  • →最初からインターフェース型でList<String>としておけばLinkedListへの変更も容易！
  • List<String> data = new LinkedList<>();

ジェネリクス構文

  • 汎用的クラス/メソッドを特定の型に結びつける仕組み
  • List<String>の場合、汎用型(List)に対してStringを割り当て、文字列格納専用のListになる！
  • 逆に非ジェネリクスなコレクションでは全要素をオブジェクト型(全部の型を代入できる)とみなし、明示的型キャストが必要になるし、意図しない型の値を検出できない。。
    Strng str = (String)data.get(0)
  • →型安全なジェネリクス構文を使おう！
  • 左辺の要素型が明白な時は省略可能(ダイアモンド演算子)
    List<String> data = new ArrayList< >();

イディオム

インスタンス化のタイミングでまとめてコレクション初期化

import java.util.ArrayList;
public class Main {
  public static void main(String[] args) {
    //匿名クラス
    var data = new ArrayList<String>() {
      //初期化ブロック
      {
        add("neko");
        add("inu");
        add("tori");
      }
    };
    System.out.println(data);//[neko, inu, tori]
  }
}

拡張forでコレクション配下を順に処理

* 内部では**Iterator**を使用したwhile命令のシンタックスシュガー（簡単化した構文）
* Iteratorインターフェースのメソッド
    * **hasNext**：次の要素存在確認
    * **next**：次の要素に移動&取得
    * **remove**：現在要素削除

import java.util.ArrayList;

public class Main {
  public static void main(String[] args) {
    var data = new ArrayList<String>() {
      {
        add("neko");
        add("inu");
        add("kuma");
      }
    };
    //コレクション配下を順に処理
    for (var s : data) {
      System.out.println(s); //neko inu kuma
    }
    // イテレーターを使った場合
    //     var itr = data.iterator();
    //     while (itr.hasNext()) {
    //      System.out.println(itr.next());
    //     }
  }
}

ループで要素削除

  • 拡張forではConcurrentModificationExceptionになるので注意
import java.util.ArrayList;

public class Main {
  public static void main(String[] args) {
    var data = new ArrayList<String>() {
      {
        add("neko");
        add("inu");
        add("niwatori");
      }
    };

    var ite = data.iterator();
    while (ite.hasNext()) {
      System.out.println(ite.next()); //neko inu niwatori
      ite.remove();
    }
    System.out.println(data); //[]
  }
}

//NG例:拡張for
    for (var s : data) {
      System.out.println(s);
      data.remove(s);
    }

リストを逆順で読む

  • listIteratorメソッドでListIteratorオブジェクト取得
  • previousメソッド:前の要素に移動
  • hasPreviousメソッド:前の要素存在確認
  • listIterator引数に読み込み開始位置を指定
import java.util.ArrayList;

public class Main {
  public static void main(String[] args) {
    var data = new ArrayList<String>() {
      {
        add("neko");
        add("inu");
        add("shimaenaga");
      }
    };
    //末尾を開始位置に設定
    var ite = data.listIterator(data.size());
    while (ite.hasPrevious()) {
      System.out.println(ite.previous()); //shimaenaga inu neko
    }
  }
}

配列とコレクションの変換

  • 基本はオブジェクトの集合は配列よりコレクション(オブジェクト指向構文との親和性)

配列からリストへ

  • asListメソッド
    • 変換したリストはあくまでもリストの皮を被った配列！
    • リストの変更は元の配列に影響、リストへの追加、削除はできない
    • →Collections.addAllメソッドで複製
//NG例：既存文字列をリストに変換、変換後のリストに値を追加削除
import java.util.Arrays;

public class Main {
  public static void main(String[] args) {
    var data = new String[] { "cat", "dog", "bird"};
    var list = Arrays.asList(data);
    list.set(0, "neko");
    System.out.println(list); //[neko, dog, bird]
    System.out.println(Arrays.toString(data)); //[neko, dog, bird]
    //list.add("inu"); //UnsupportedOperationException
    //list.remove(0);  //UnsupportedOperationException
  }
}

//OK例：既存文字列をリストに変換、変換後のリストに値を追加削除
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Collections;

public class Main {
  public static void main(String[] args) {
    var data = new String[] { "cat", "dog", "bird" };
    var list = new ArrayList<String>();
    Collections.addAll(list, data);
    list.set(0, "neko");
    list.add("inu");
    System.out.println(list); //[neko, dog, bird, inu]
    list.remove(1);

    System.out.println(list); //[neko, bird, inu]
    System.out.println(Arrays.toString(data)); //[cat, dog, bird]
  }
}

コレクションから配列へ

  • toArrayメソッド
    • 引数の配列に全要素が収まるならその要素を設定
    • 収まらないなら引数と同じ方の配列を生成してから全要素設定
    • コレクション要素を配列要素型に変換できない場合ArrayStoreException
    • あくまで要素をコピーしているので変換元リストへの操作は配列に影響しない
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;

public class Main {
  public static void main(String[] args) {
    var data = new ArrayList<String>(Arrays.asList("cat", "dog", "bird"));
    //リストと同じサイズの配列strsに中身コピー
    var strs = new String[data.size()];
    data.toArray(strs);
    //変換元リストのみデータ追加
    data.set(0, "neko");
    System.out.println(Arrays.toString(strs)); //[cat, dog, bird]
    //変換元リストのみ変わってる
    System.out.println(data); //[neko, dog, bird]
  }
}

変更不可コレクションへの変換

  • unmodifiableメソッド
    • 変更しようとするとUnsupportedOperationException
    • 要素が参照型の場合、内容変更を制限できないことも（StringBuilderなど）
    • ofメソッドでも変更不能コレクション直接生成できる（Java9以降）
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Collections;

public class Main {
  public static void main(String[] args) {
    var data = new ArrayList<String>(Arrays.asList("cat", "dog", "bird"));
    //変更不能なlistを生成
    var udata = Collections.unmodifiableList(data);
    udata.set(0, "neko"); //UnsupportedOperationException
    udata.add("inu");  //UnsupportedOperationException
  }
}

//StringBuilderではコレクション要素内容変更可能
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Collections;

public class Main {
  public static void main(String[] args) {
    var data = new ArrayList<StringBuilder>(Arrays.asList(
        new StringBuilder("もしもし"),
        new StringBuilder("かめさん"),
        new StringBuilder("よ")));
    var udata = Collections.unmodifiableList(data);
    udata.get(0).append("かめよ");
    System.out.println(udata); //[もしもしかめよ, かめさん, よ]
  }
}

//ofメソッドで変更不能コレクション直接生成
import java.util.List;
public class Main {
  public static void main(String[] args) {
    var data = List.of("cat", "dog", "bird");
    System.out.println(data);
    data.set(0, "neko"); //UnsupportedOperationException
  }
}

空コレクション生成

  • 戻り値がコレクションのメソッドでは、戻り値が空の場合nullではなくからコレクションを返す
  • emptyList / emptySet / emptyMapメソッド
  • return Collections.emptyList();

同期化コレクション生成

  • 同期化コレクション:マルチスレッド対応（=排他処理）するためのメソッド
    • synchronizedCollection / synchronizedList / synchronizedSet / synchronizedMapメソッド
  • マルチスレッド環境で安全に利用できる （=スレッドセーフ）
  • var data = Collections.synchronizedList(new ArrayList<String>());
  • より性能のいい並列コレクション生成
    • CopyOnWriteArrayList / CopyOnWriteArraySet / ConcurrentHashMap
  • var map = new ConcurrentHashMap<String,String>();
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