工作中Java集合的规范使用操作详解

一、前言

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：五花八门的错误码会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容易被黑客攻击等。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。在延伸的信息中，“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。

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，制定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，代码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。

二、规范使用Java集合

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 = new HashMap<>(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，一定要使用参数类型为 BinaryOperator，参数名为 mergeFunction 的方法，否则当出现相同 key 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 = new ArrayList<>(3);
pairArrayList.add(new Pair<>("version", 12.10));
pairArrayList.add(new Pair<>("version", 12.19));
pairArrayList.add(new Pair<>("version", 6.28));
// 生成的 map 集合中只有一个键值对：{version=6.28}
Map<String, Double> map = pairArrayList.stream()
.collect(Collectors.toMap(Pair::getKey, Pair::getValue, (v1, v2) -> v2));

反例：

String[] departments = new String[]{"RDC", "RDC", "KKB"};
// 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 new NullPointerException();

反例：

List<Pair<String, Double>> pairArrayList = new ArrayList<>(2);
pairArrayList.add(new Pair<>("version1", 8.3));
pairArrayList.add(new Pair<>("version2", null));
// 抛出 NullPointerException 异常
Map<String, Double> map = pairArrayList.stream()
.collect(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。同时注意数组越界异常。

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，调用方一旦在返回的集合中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。

说明：抽查表明，90% 的程序员对此知识点都有错误的认知。

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 = new ArrayList<>(2);
list.add("guan");
list.add("bao");
String[] array = list.toArray(new String[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】使用 Collection 接口任何实现类的 addAll() 方法时，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[]{ "yang", "guan", "bao" };
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"; list 中的元素也会随之修改，反之亦然。

12.【强制】泛型通配符<? extends T>来接收返回的数据，此写法的泛型集合不能使用 add 方法，而<? super T>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，即频繁往外读取内容的，适合用<? extends T>，经常往里插入的，适合用<? super T>

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 = new ArrayList(10);
notGenerics.add(new Object());
notGenerics.add(new Integer(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 = new ArrayList<>();
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：反例中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。

new Comparator<Student>() {
@Override
public int compare(Student o1, Student o2) {
return o1.getId() > o2.getId() ? 1 : -1;
}
};

16.【推荐】泛型集合使用时，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 = new HashMap<>(16);
// 全省略方式
ArrayList<User> users = new ArrayList(10);

17.【推荐】集合初始化时，指定集合初始值大小。

说明：HashMap 使用构造方法 HashMap(int initialCapacity) 进行初始化时，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 loaderfactor）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 值组合的 Set 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。