Java Collections工具类：高效集合操作

Collections工具类概述

Collections是Java提供的集合操作工具类，位于java.util包中，包含大量静态方法，用于对List、Set、Map等集合进行排序、查找、替换、同步化等操作。

常用方法及代码示例

排序操作

sort(List<T> list)：对List进行自然排序（元素需实现Comparable接口）。
sort(List<T> list, Comparator<? super T> c)：根据自定义比较器排序。

List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 1, 4, 2);
Collections.sort(numbers); // 自然排序
System.out.println(numbers); // [1, 2, 3, 4]// 自定义排序（降序）
Collections.sort(numbers, (a, b) -> b - a);
System.out.println(numbers); // [4, 3, 2, 1]

查找操作

binarySearch(List<? extends Comparable<? super T>> list, T key)：二分查找（需先排序）。

List<String> words = Arrays.asList("apple", "banana", "cherry");
Collections.sort(words); // 必须先排序
int index = Collections.binarySearch(words, "banana");
System.out.println(index); // 1

反转与乱序

reverse(List<?> list)：反转集合元素顺序。
shuffle(List<?> list)：随机打乱顺序。

List<Integer> list = new ArrayList<>(Arrays.asList(1, 2, 3));
Collections.reverse(list);
System.out.println(list); // [3, 2, 1]Collections.shuffle(list);
System.out.println(list); // 随机顺序如 [2, 1, 3]

同步化集合

synchronizedList(List<T> list)：将非线程安全的List转为线程安全版本。

List<String> unsafeList = new ArrayList<>();
List<String> safeList = Collections.synchronizedList(unsafeList);
// 多线程操作安全

不可变集合

unmodifiableList(List<? extends T> list)：返回不可修改的视图。

List<String> mutable = new ArrayList<>(Arrays.asList("A", "B"));
List<String> immutable = Collections.unmodifiableList(mutable);
immutable.add("C"); // 抛出UnsupportedOperationException

填充与频率

fill(List<? super T> list, T obj)：用指定元素填充集合。
frequency(Collection<?> c, Object o)：统计元素出现次数。

List<String> items = new ArrayList<>(Arrays.asList("A", "B", "A"));
Collections.fill(items, "X");
System.out.println(items); // [X, X, X]int freq = Collections.frequency(items, "X");
System.out.println(freq); // 3

其他实用方法

max(Collection<? extends T> coll)：返回最大值。
min(Collection<? extends T> coll)：返回最小值。
swap(List<?> list, int i, int j)：交换元素位置。

List<Integer> nums = Arrays.asList(5, 8, 2);
System.out.println(Collections.max(nums)); // 8
Collections.swap(nums, 0, 2);
System.out.println(nums); // [2, 8, 5]

实例：

package com.itheima.a07mycollections;import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Comparator;public class CollectionsDemo2 {public static void main(String[] args) {/*public static <T> boolean addAll(Collection<T> c, T... elements) 批量添加元素public static void shuffle(List<?> list)                        打乱List集合元素的顺序public static <T> void sort(List<T> list)                       排序public static <T> void sort(List<T> list, Comparator<T> c)      根据指定的规则进行排序public static <T> int binarySearch (List<T> list,  T key)       以二分查找法查找元素public static <T> void copy(List<T> dest, List<T> src)          拷贝集合中的元素public static <T> int fill (List<T> list,  T obj)               使用指定的元素填充集合public static <T> void max/min(Collection<T> coll)              根据默认的自然排序获取最大/小值public static <T> void swap(List<?> list, int i, int j)         交换集合中指定位置的元素*/System.out.println("-------------addAll默认规则--------------------------");//1.创建集合ArrayList<String> list = new ArrayList<>();//2.调用方法//批量添加元素Collections.addAll(list,"5","8","1","4","7","9");System.out.println(list);System.out.println("-------------shuffle默认规则--------------------------");//打乱集合元素顺序Collections.shuffle(list);System.out.println(list);System.out.println("-------------sort默认规则--------------------------");//默认规则，需要重写Comparable接口compareTo方法。Integer已经实现，按照从小打大的顺序排列//如果是自定义对象，需要自己指定规则ArrayList<Integer> list1 = new ArrayList<>();Collections.addAll(list1, 10, 1, 2, 4, 8, 5, 9, 6, 7, 3);Collections.sort(list1);System.out.println(list1);System.out.println("-------------sort自己指定规则规则--------------------------");Collections.sort(list1, new Comparator<Integer>() {@Overridepublic int compare(Integer o1, Integer o2) {return o2 - o1;}});System.out.println(list1);Collections.sort(list1, (o1, o2) -> o2 - o1);System.out.println(list1);System.out.println("-------------binarySearch--------------------------");//需要元素有序ArrayList<Integer> list2 = new ArrayList<>();Collections.addAll(list2, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);System.out.println(Collections.binarySearch(list2, 9));System.out.println(Collections.binarySearch(list2, 1));System.out.println(Collections.binarySearch(list2, 20));System.out.println("-------------copy--------------------------");//把list3中的元素拷贝到list4中//会覆盖原来的元素//注意点：如果list3的长度 > list4的长度，方法会报错ArrayList<Integer> list3 = new ArrayList<>();ArrayList<Integer> list4 = new ArrayList<>();Collections.addAll(list3, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);Collections.addAll(list4, 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0);Collections.copy(list4, list3);System.out.println(list3);System.out.println(list4);System.out.println("-------------fill--------------------------");//把集合中现有的所有数据，都修改为指定数据ArrayList<Integer> list5 = new ArrayList<>();Collections.addAll(list5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);Collections.fill(list5, 100);System.out.println(list5);System.out.println("-------------max/min--------------------------");//求最大值或者最小值ArrayList<Integer> list6 = new ArrayList<>();Collections.addAll(list6, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);System.out.println(Collections.max(list6));System.out.println(Collections.min(list6));System.out.println("-------------max/min指定规则--------------------------");// String中默认是按照字母的abcdefg顺序进行排列的// 现在我要求最长的字符串// 默认的规则无法满足，可以自己指定规则// 求指定规则的最大值或者最小值ArrayList<String> list7 = new ArrayList<>();Collections.addAll(list7, "a","aa","aaa","aaaa");System.out.println(Collections.max(list7, new Comparator<String>() {@Overridepublic int compare(String o1, String o2) {return o1.length() - o2.length();}}));System.out.println("-------------swap--------------------------");ArrayList<Integer> list8 = new ArrayList<>();Collections.addAll(list8, 1, 2, 3);Collections.swap(list8,0,2);System.out.println(list8);}
}

练习一：

package test._Collections;import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Random;public class test02 {public static void main(String[] args) {/*班级里有N个学生，学生属性:姓名，年龄，性别。实现随机点名器。*///1.定义集合ArrayList<String> list = new ArrayList<>();//2.添加数据Collections.addAll(list,"范闲","范建","范统","杜子腾","杜琦燕","宋合泛","侯笼藤","朱益群","朱穆朗玛峰","袁明媛");//方法一：//Random r =new Random();
//        int index = r.nextInt(list.size());
//        String s  = list.get(index);
//        System.out.println(s);//方法二：Collections.shuffle(list);System.out.println(list.get(0));}
}

练习二：

package test._Collections;import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Random;public class test03 {/* 班级里有N个学生要求：70%的概率随机到男生30%的概率随机到女生"范闲","范建","范统","杜子腾","宋合泛","侯笼藤","朱益群","朱穆朗玛峰","杜琦燕","袁明媛","李猜","田蜜蜜",*/public static void main(String[] args) {ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();Collections.addAll(list,1,1,1,1,1,1,1);Collections.addAll(list,0,0,0);Random r = new Random();int index = r.nextInt(list.size());int number = list.get(index);System.out.println(number);ArrayList<String> boylist = new ArrayList<>();ArrayList<String> girllist = new ArrayList<>();Collections.addAll(boylist, "范闲","范建","范统","杜子腾","宋合泛","侯笼藤","朱益群","朱穆朗玛峰");Collections.addAll(girllist,"杜琦燕","袁明媛","李猜","田蜜蜜");if(number == 1){int boyindex = r.nextInt(boylist.size());String name = boylist.get(boyindex);System.out.println(name);}else if(number == 0){int girlindex = r.nextInt(girllist.size());String name = girllist.get(girlindex);System.out.println(name);}}
}

练习三：

package test._Collections;import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Random;public class test04 {/* 班级里有10个学生要求：被点到的学生不会再被点到。但是如果班级中所有的学生都点完了，需要重新开启第二轮点名。*/public static void main(String[] args) {ArrayList<String> list = new ArrayList<>();Collections.addAll(list,"范闲","范建","范统","杜子腾","杜琦燕","宋合泛","侯笼藤","朱益群","朱穆朗玛峰","袁明媛");ArrayList<String> list2 = new ArrayList<>();int count = list.size();Random r = new Random();for (int i = 0; i < 10; i++) {System.out.println("-------第"+i+"轮抽点");for (int j = 0; j < count; j++) {int index = r.nextInt(list.size());String name = list.remove(index);list2.add(name);System.out.println(name);}list.addAll(list2);list2.clear();}}
}

练习四：

package test._Collections;import java.awt.event.KeyListener;
import java.util.*;public class test05 {public static void main(String[] args) {/* 需求定义一个Map集合，键用表示省份名称province，值表示市city，但是市会有多个。添加完毕后，遍历结果格式如下：江苏省 = 南京市，扬州市，苏州市，无锡市，常州市湖北省 = 武汉市，孝感市，十堰市，宜昌市，鄂州市河北省 = 石家庄市，唐山市，邢台市，保定市，张家口市*///1.创建集合HashMap<String,ArrayList<String>> hm = new HashMap<>();//2.创建单列结合存储市ArrayList<String> list1 = new ArrayList<>();list1.add("南京市");list1.add("扬州市");list1.add("苏州市");list1.add("无锡市");list1.add("常州市");ArrayList<String> list2 = new ArrayList<>();list2.add("武汉市");list2.add("孝感市");list2.add("十堰市");list2.add("宜昌市");list2.add("鄂州市");ArrayList<String> list3 = new ArrayList<>();list3.add("石家庄市");list3.add("唐山市");list3.add("邢台市");list3.add("保定市");list3.add("张家口市");//3.在双列集合中添加元素hm.put("江苏省",list1);hm.put("湖北省",list2);hm.put("河北省",list3);//4，通过遍历对键值对对象进行输出Set<Map.Entry<String,ArrayList<String>>> entries = hm.entrySet();for (Map.Entry<String, ArrayList<String>> entry : entries) {String key = entry.getKey();ArrayList<String> value = entry.getValue();//5.按照需求的格式进行拼接输出StringJoiner sj = new StringJoiner(",","","");for (String city : value) {sj.add(city);}System.out.println(key+"="+sj);}}
}

通过合理使用Collections工具类，可以简化集合操作并提升代码效率。注意线程安全问题和不可变集合的限制。