Collections

此类仅包含对集合进行操作或返回集合的静态方法。它包含对集合、“包装器”进行操作的多态算法，“包装器”返回由指定集合支持的新集合，以及其他一些零碎的东西。

如果提供给它们的集合或类对象为空，则此类的方法都会抛出 NullPointerException。

在 Java 中，Collections 是一个 工具类，位于 java.util 包中，用于操作和增强集合类（如 List、Set 和 Map）。它提供了 静态方法，用于对集合进行常见操作，例如排序、搜索、同步化和不可变化等。

注意：Collections 是一个工具类，而 Collection 是接口，Collection 是 Java 集合框架的根接口，扩展出了 List、Set 等接口。

分类	方法示例
排序	sort()、reverse()
查找	binarySearch()、min()、max()
修改	reverse()、shuffle()、fill()、copy()
线程安全	synchronizedList()、synchronizedMap()
不可变集合	unmodifiableList()、unmodifiableMap()
快速集合	emptyList()、singletonList()
添加改变	addAll()、replaceAll()

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1. Collections 的作用

Collections 类的主要作用包括：

1. 集合的操作：

   • 排序（sort）
   • 搜索（binarySearch）
   • 填充（fill）
   • 反转（reverse）
   • 打乱顺序（shuffle）
   • 最值查找（min/max）

2. 线程安全：

   • 将非线程安全的集合转换为线程安全（synchronizedList、synchronizedMap 等）。

3. 不可变集合：

   • 创建不可修改的集合（unmodifiableList、unmodifiableMap 等）。

4. 空集合与单元素集合：

   • 快速创建空集合（emptyList、emptySet 等）。
   • 快速创建只包含一个元素的集合（singletonList、singletonMap 等）。

5. 自定义功能：

   • 自定义比较器操作集合（sort 方法支持传入 Comparator）。
   • 批量操作（addAll 等）。

2. Collections 的常用方法

以下是 Collections 类中的主要方法和用途：

1) 排序相关方法

sort(List<T> list)

• 对 List 进行 自然排序（基于元素的 Comparable 接口实现）。
• 时间复杂度：O(nlog⁡n)（基于==归并排序==）。
• 示例：

List<Integer> list = new ArrayList<>(Arrays.asList(5, 2, 9, 1));
Collections.sort(list);
System.out.println(list); // 输出: [1, 2, 5, 9]

sort(List<T> list, Comparator<? super T> c)

• 对 List 进行 自定义排序，需要传入比较器。
• 示例：

List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("apple", "banana", "cherry"));
Collections.sort(list, (a, b) -> b.compareTo(a)); // 按降序排序
System.out.println(list); // 输出: [cherry, banana, apple]

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2) 查找相关方法

binarySearch(List<? extends Comparable<? super T>> list, T key)

• 使用二分查找在有序列表中查找元素，返回其索引。
• 注意：列表必须是 升序排序，否则结果不正确。
• 示例：

List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
int index = Collections.binarySearch(list, 3);
System.out.println(index); // 输出: 2

binarySearch(List<T> list, T key, Comparator<? super T> c)

• 使用自定义比较器进行二分查找。
• 示例：

List<String> list = Arrays.asList("apple", "banana", "cherry");
int index = Collections.binarySearch(list, "banana", Comparator.naturalOrder());
System.out.println(index); // 输出: 1

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3) 修改集合的方法

reverse(List<?> list)

• 反转 List 的顺序。
• 示例：

List<Integer> list = new ArrayList<>(Arrays.asList(1, 2, 3, 4));
Collections.reverse(list);
System.out.println(list); // 输出: [4, 3, 2, 1]

shuffle(List<?> list)

• 随机打乱集合顺序。
• 示例：

List<Integer> list = new ArrayList<>(Arrays.asList(1, 2, 3, 4));
Collections.shuffle(list);
System.out.println(list); // 输出: 随机顺序，例如 [3, 1, 4, 2]

fill(List<? super T> list, T obj)

• 将 List 中的所有元素替换为指定对象。
• 示例：

List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("a", "b", "c"));
Collections.fill(list, "z");
System.out.println(list); // 输出: [z, z, z]

copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src)

• 将源列表的内容复制到目标列表中。
• 注意：目标列表必须足够大，否则会抛出异常。
• 示例：

List<String> src = Arrays.asList("a", "b", "c");
List<String> dest = Arrays.asList("x", "y", "z");
Collections.copy(dest, src);
System.out.println(dest); // 输出: [a, b, c]

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4) 获取最值

min(Collection<? extends T> coll)

• 获取集合中的最小值（基于自然顺序）。
• 示例：

List<Integer> list = Arrays.asList(5, 2, 9, 1);
int min = Collections.min(list);
System.out.println(min); // 输出: 1

max(Collection<? extends T> coll)

• 获取集合中的最大值（基于自然顺序）。
• 示例：

int max = Collections.max(list);
System.out.println(max); // 输出: 9

min(Collection<? extends T> coll, Comparator<? super T>comp)

• 使用自定义比较器查找最小值。
• 示例：

String min = Collections.min(list, Comparator.reverseOrder());
System.out.println(min); // 输出: "cherry"

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5) 创建线程安全集合

synchronizedList(List<T> list)

• 返回线程安全的 List。
• 示例：

List<Integer> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
synchronized (list) {
    list.add(1);
    list.add(2);
}

synchronizedMap(Map<K, V> map)

• 返回线程安全的 Map。
• 示例：

Map<String, String> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
synchronized (map) {
    map.put("key", "value");
}

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6) 创建不可修改集合

unmodifiableList(List<? extends T> list)

• 创建不可修改的 List，对该集合的修改操作会抛出 UnsupportedOperationException。
• 示例：

List<String> list = Collections.unmodifiableList(Arrays.asList("a", "b", "c"));
System.out.println(list); // 输出: [a, b, c]
// list.add("d"); // 抛出异常

unmodifiableMap(Map<? extends K, ? extends V> map)

• 创建不可修改的 Map。
• 示例：

Map<String, String> map = Collections.unmodifiableMap(Map.of("key", "value"));
System.out.println(map); // 输出: {key=value}

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7) 快速创建集合

emptyList() / emptySet() / emptyMap()

• 创建一个空的集合。

List<String> emptyList = Collections.emptyList();

singletonList(T o)

• 创建一个只包含单个元素的 List。
• 示例：

List<String> single = Collections.singletonList("onlyOne");

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8）添加

addAll(Collection<? super T> c, T... elements)

将所有指定元素添加到指定集合。

要添加的元素可以单独指定或指定为数组。此便捷方法的行为类似于 c.addAll(Collections.unmodifiableList(Arrays.asList(elements))) 的行为。