Java SE 8 Standard-Bibliothek  
Professionelle Bücher. Auch für Einsteiger.
 
Inhaltsverzeichnis

Vorwort
1 Neues in Java 8 und Java 7
2 Fortgeschrittene String-Verarbeitung
3 Threads und nebenläufige Programmierung
4 Datenstrukturen und Algorithmen
5 Raum und Zeit
6 Dateien, Verzeichnisse und Dateizugriffe
7 Datenströme
8 Die eXtensible Markup Language (XML)
9 Dateiformate
10 Grafische Oberflächen mit Swing
11 Grafikprogrammierung
12 JavaFX
13 Netzwerkprogrammierung
14 Verteilte Programmierung mit RMI
15 RESTful und SOAP-Web-Services
16 Technologien für die Infrastruktur
17 Typen, Reflection und Annotationen
18 Dynamische Übersetzung und Skriptsprachen
19 Logging und Monitoring
20 Sicherheitskonzepte
21 Datenbankmanagement mit JDBC
22 Java Native Interface (JNI)
23 Dienstprogramme für die Java-Umgebung
Stichwortverzeichnis

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Java SE 8 Standard-Bibliothek von Christian Ullenboom
Das Handbuch für Java-Entwickler
Buch: Java SE 8 Standard-Bibliothek

Java SE 8 Standard-Bibliothek
Pfeil 4 Datenstrukturen und Algorithmen
Pfeil 4.1 Datenstrukturen und die Collection-API
Pfeil 4.1.1 Designprinzip mit Schnittstellen, abstrakten und konkreten Klassen
Pfeil 4.1.2 Die Basisschnittstellen Collection und Map
Pfeil 4.1.3 Die Utility-Klassen Collections und Arrays
Pfeil 4.1.4 Das erste Programm mit Container-Klassen
Pfeil 4.1.5 Die Schnittstelle Collection und Kernkonzepte
Pfeil 4.1.6 Schnittstellen, die Collection erweitern, und Map
Pfeil 4.1.7 Konkrete Container-Klassen
Pfeil 4.1.8 Generische Datentypen in der Collection-API
Pfeil 4.1.9 Die Schnittstelle Iterable und das erweiterte for
Pfeil 4.2 Listen
Pfeil 4.2.1 Erstes Listen-Beispiel
Pfeil 4.2.2 Auswahlkriterium ArrayList oder LinkedList
Pfeil 4.2.3 Die Schnittstelle List
Pfeil 4.2.4 ArrayList
Pfeil 4.2.5 LinkedList
Pfeil 4.2.6 Der Feld-Adapter Arrays.asList(…)
Pfeil 4.2.7 ListIterator *
Pfeil 4.2.8 toArray(…) von Collection verstehen – die Gefahr einer Falle erkennen
Pfeil 4.2.9 Primitive Elemente in Datenstrukturen verwalten
Pfeil 4.3 Mengen (Sets)
Pfeil 4.3.1 Ein erstes Mengen-Beispiel
Pfeil 4.3.2 Methoden der Schnittstelle Set
Pfeil 4.3.3 HashSet
Pfeil 4.3.4 TreeSet – die sortierte Menge
Pfeil 4.3.5 Die Schnittstellen NavigableSet und SortedSet
Pfeil 4.3.6 LinkedHashSet
Pfeil 4.4 Queues (Schlangen) und Deques
Pfeil 4.4.1 Queue-Klassen
Pfeil 4.4.2 Deque-Klassen
Pfeil 4.4.3 Blockierende Queues und Prioritätswarteschlangen
Pfeil 4.4.4 PriorityQueue
Pfeil 4.5 Stack (Kellerspeicher, Stapel)
Pfeil 4.5.1 Die Methoden von java.util.Stack
Pfeil 4.6 Assoziative Speicher
Pfeil 4.6.1 Die Klassen HashMap und TreeMap
Pfeil 4.6.2 Einfügen und Abfragen des Assoziativspeichers
Pfeil 4.6.3 Über die Bedeutung von equals(…) und hashCode() bei Elementen
Pfeil 4.6.4 Eigene Objekte hashen
Pfeil 4.6.5 LinkedHashMap und LRU-Implementierungen
Pfeil 4.6.6 IdentityHashMap
Pfeil 4.6.7 Das Problem veränderter Elemente
Pfeil 4.6.8 Aufzählungen und Ansichten des Assoziativspeichers
Pfeil 4.6.9 Die Arbeitsweise einer Hash-Tabelle *
Pfeil 4.6.10 Die Properties-Klasse
Pfeil 4.7 Mit einem Iterator durch die Daten wandern
Pfeil 4.8 Iterator-Schnittstelle
Pfeil 4.8.1 Der Iterator kann (eventuell auch) löschen
Pfeil 4.8.2 Operationen auf allen Elementen durchführen
Pfeil 4.8.3 Einen Zufallszahlen-Iterator schreiben
Pfeil 4.8.4 Iteratoren von Sammlungen, das erweiterte for und Iterable
Pfeil 4.8.5 Fail-Fast-Iterator und die ConcurrentModificationException
Pfeil 4.8.6 Die Schnittstelle Enumerator *
Pfeil 4.9 Algorithmen in Collections
Pfeil 4.9.1 Die Bedeutung von Ordnung mit Comparator und Comparable
Pfeil 4.9.2 Sortieren
Pfeil 4.9.3 Den größten und kleinsten Wert einer Collection finden
Pfeil 4.9.4 Nichtänderbare Datenstrukturen, immutable oder nur lesen?
Pfeil 4.9.5 Null Object Pattern und leere Sammlungen/Iteratoren zurückgeben
Pfeil 4.9.6 Echte typsichere Container
Pfeil 4.9.7 Mit der Halbierungssuche nach Elementen fahnden
Pfeil 4.9.8 Ersetzen, Kopieren, Füllen, Umdrehen, Rotieren *
Pfeil 4.9.9 Listen durchwürfeln *
Pfeil 4.9.10 Häufigkeit eines Elements *
Pfeil 4.9.11 Singletons *
Pfeil 4.9.12 nCopies(…) *
Pfeil 4.10 Datenstrukturen mit Änderungsmeldungen
Pfeil 4.10.1 Das Paket javafx.collections
Pfeil 4.10.2 Fabrikmethoden in FXCollections
Pfeil 4.10.3 Änderungen melden über InvalidationListener
Pfeil 4.10.4 Änderungen melden über XXXChangeListener
Pfeil 4.10.5 Change-Klassen
Pfeil 4.10.6 Weitere Hilfsmethoden einer ObservableList
Pfeil 4.10.7 Melden von Änderungen an Arrays
Pfeil 4.10.8 Transformierte FXCollections
Pfeil 4.10.9 Weitere statische Methoden in FXCollections
Pfeil 4.11 Stream-API
Pfeil 4.11.1 Stream erzeugen
Pfeil 4.11.2 Terminale Operationen
Pfeil 4.11.3 Intermediäre Operationen
Pfeil 4.11.4 Streams mit primitiven Werten
Pfeil 4.11.5 Stream-Beziehungen, AutoCloseable
Pfeil 4.11.6 Stream-Builder
Pfeil 4.11.7 Spliterator
Pfeil 4.11.8 Klasse StreamSupport
Pfeil 4.12 Spezielle threadsichere Datenstrukturen
Pfeil 4.12.1 Zu Beginn nur synchronisierte Datenstrukturen in Java 1.0
Pfeil 4.12.2 Nicht synchronisierte Datenstrukturen in der Standard-Collection-API
Pfeil 4.12.3 Nebenläufiger Assoziativspeicher und die Schnittstelle ConcurrentMap
Pfeil 4.12.4 ConcurrentLinkedQueue
Pfeil 4.12.5 CopyOnWriteArrayList und CopyOnWriteArraySet
Pfeil 4.12.6 Wrapper zur Synchronisation
Pfeil 4.12.7 Blockierende Warteschlangen
Pfeil 4.12.8 ArrayBlockingQueue und LinkedBlockingQueue
Pfeil 4.12.9 PriorityBlockingQueue
Pfeil 4.12.10 Transfer-Warteschlangen – TransferQueue und LinkedTransferQueue
Pfeil 4.13 Google Guava (Google Collections Library)
Pfeil 4.13.1 Beispiel Multi-Set und Multi-Map
Pfeil 4.13.2 Datenstrukturen aus Guava
Pfeil 4.13.3 Utility-Klassen von Guava
Pfeil 4.13.4 Prädikate
Pfeil 4.13.5 Transformationen
Pfeil 4.14 Die Klasse BitSet für Bitmengen *
Pfeil 4.14.1 Ein BitSet anlegen
Pfeil 4.14.2 BitSet füllen und Zustände erfragen
Pfeil 4.14.3 Mengenorientierte Operationen
Pfeil 4.14.4 Weitere Methoden von BitSet
Pfeil 4.14.5 Primzahlen in einem BitSet verwalten
Pfeil 4.15 Zum Weiterlesen
 
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4.13Google Guava (Google Collections Library) Zur vorigen ÜberschriftZur nächsten Überschrift

Obwohl die Java-Bibliothek mit Listen, Mengen und Assoziativspeichern einen guten Grundstock für die alltäglichen Aufgaben zur Datenverwaltung bietet, gibt es dennoch Bedarf an weiteren Speicherstrukturen. Anstatt sie selbst zu definieren, ist es sinnvoll, in die Open-Source-Welt zu schauen. Besonders hervorzuheben ist Guava (http://code.google.com/p/guava-libraries/), das eine Open-Source-Bibliothek unter der Apache-Lizenz mit neuen Datenstrukturen, Utility-Methoden für die existierenden java.util-Datenstrukturen sowie einigen anderen Utility-Klassen ist, etwa für String-Behandlung oder zum Zerlegen von Zeichenketten. Die Datenstrukturen von Guava stammen aus dem Projekt Google Collections Library, aber die Entwicklung geht bei Guava weiter.

Für die folgenden Beispiele muss von der Webseite das JAR guava-17.0.jar (oder aktuellere Version) in den Klassenpfad eingebunden werden.

 
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4.13.1Beispiel Multi-Set und Multi-Map Zur vorigen ÜberschriftZur nächsten Überschrift

Da Java schon alles Grundlegende mitbringt, stellt sich die Frage, was denn überhaupt fehlt. Dazu zwei Szenarien:

  • Beispiel 1: Eine Textdatei soll analysiert werden. Am Ende soll feststehen, wie oft jedes Wort (unabhängig von der Groß-/Kleinschreibung) in der Datei steht. Enthält die Datei etwa »In Ulm, um Ulm, um Ulm herum.«, so sollte Folgendes herauskommen: »in«: 1, »ulm«: 3, »um«: 2, »herum«: 1. Im Grunde müsste es eine Menge geben, die Elemente mehrmals enthalten kann, eine so genannte Multi-Menge (auch Multi-Set bzw. Bag genannt). Eine Anfrage an die Multi-Menge gibt dann nicht nur einen Wahrheitswert für »enthält« oder »enthält nicht« zurück, sondern gibt auch an, wie oft ein Element in der Multi-Menge enthalten ist. Das ist so etwas wie eine Einkaufsliste, in der auch stehen kann: »10 Tafeln Schokolade«. Die Datenstruktur ist nicht Teil von Java, kann aber mit Standardmitteln für unseren Anwendungsfall mit einer Map<String, Integer> realisiert werden.

  • Beispiel 2: Wieder soll eine Textdatei analysiert werden. Gespeichert werden soll für jedes Wort auch die Position, sodass sich später feststellen lässt, ob gewisse Wörter nicht vielleicht zu nah beieinander stehen, was schlechter Stil wäre. Bei der Zeichenfolge »In Ulm, um Ulm« wäre das: »in«: 0, »ulm«: 3, 11, »um«: 8. Kämen nicht mehrere Positionen für das gleiche Wort in Frage – wie bei »Ulm«, das an Position 3 und 11 beginnt –, wäre eine Map perfekt. Nur gibt es in unserem Anwendungsfall zu einem Schlüssel gleich mehrere Werte. Gesucht ist eine so genannte Multi-Map. Die Java-Bibliothek enthält bisher keine Multi-Map, da die Sun-Entwickler damals argumentierten, eine solche Datenstruktur werde selten benötigt.[ 56 ](http://docs.oracle.com/javase/tutorial/collections/interfaces/map.html) Für unseren Fall kann sie aber mit Map<String, List<Integer>> nachgebildet werden.

 
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4.13.2Datenstrukturen aus Guava Zur vorigen ÜberschriftZur nächsten Überschrift

Guava bietet Entwicklern Klassen für Multi-Set, Mutli-Map und mehr. Dabei ist das Design vorbildlich und fügt sich perfekt in die Java-Standarddatenstrukturen ein. Das tut es aus zwei Gründen:

  • Schnittstellen deklarieren Operationen, die konkrete Klassen implementieren. So wie List eine Schnittstelle ist, die ArrayList implementiert, so wird Multimap etwa durch ArrayListMultimap implementiert.

  • Die Datenstrukturen nutzen sehr präzise die Möglichkeiten von Java Generics. So wie Map<K,V> aus java.util ist es die Multimap<K,V> aus Guava.

Schauen wir uns ein paar Schnittstellen und Implementierungen aus dem Paket com.google.common.collect an – die API-Dokumentation gibt es online unter http://docs.guava-libraries.googlecode.com/git/javadoc/index.html (die Schnittstellen sind jeweils mit ihren generischen Typvariablen genannt, die Implementierungen zur Abkürzung nicht):

Schnittstelle

Aufgabe

Implementierungen

BiMap<K,V>

eine Map-Unterschnittstelle für bidirektionale Abbildungen, um nicht nur vom Schlüssel auf den Wert, sondern auch vom Wert auf den Schlüssel zu kommen

HashBiMap, EnumBiMap, EnumHashBiMap, ImmutableBiMap

Multimap<K,V>

Erlaubt für einen Schlüssel eine Sammlung von assoziierten Werten.

ArrayListMultimap, HashMultimap, LinkedHashMultimap, LinkedListMultimap, TreeMultimap, ImmutableListMultimap, ImmutableMultimap, ImmutableSetMultimap, ForwardingListMultimap, ForwardingMultimap, ForwardingSetMultimap, ForwardingSortedSetMultimap

Multiset<E>

eine besondere Collection, die als Menge auch mehrere gleiche Elemente erlaubt

HashMultiset, LinkedHashMultiset, TreeMultiset, ConcurrentHashMultiset, EnumMultiset, ImmutableMultiset, ForwardingMultiset

SetMultimap<K,V>

eine besondere Multimap<K,V>, die die zum Schlüssel gehörenden Werte in einer Menge speichert

HashMultimap, LinkedHashMultimap, TreeMultimap, ImmutableSetMultimap, ForwardingSetMultimap, ForwardingSortedSetMultimap

SortedSetMultimap<K,V>

eine besondere SetMultimap, die die zum Schlüssel gehörende Menge sortiert hält

TreeMultimap, ForwardingSortedSetMultimap

ListMultimap<K,V>

eine besondere Multimap<K,V>, die die zu einem Schlüssel gehörenden Werte in einer Liste speichert, um die Reihenfolge beim Einfügen festzuhalten

ArrayListMultimap, LinkedListMultimap, ImmutableListMultimap, ForwardingListMultimap

Tabelle 4.22Schnittstellen und Implementierungen aus com.google.common.collect

Bei den Klassen springen zwei Dinge ins Auge, Klassen, die mit Immutable und mit Forwarding beginnen:

  • Immutable-Datenstrukturen kennen wir schon – das sind Datenstrukturen, die nur Lesezugriff erlauben, die aber nicht modifiziert werden können. Die Utility-Klasse Collections bietet uns ein Paar unmodifiableXXX(…)-Methoden, die einen Nur-Lese-Wrapper um die Basistypen Collection, List, Set, Map, SortedSet und SortedMap legen. Die ImmutableXXX-Klassen aus Guava sind die nichtveränderbaren Google-Datenstrukturen.

  • Die abstrakten ForwardingXXX-Klassen arbeiten nach dem Dekorator-Pattern und leiten alle Operationen an eine andere Datenstruktur weiter. Es sind sehr spezielle Klassen, und Guava nutzt sie intern – für Entwickler sind sie weniger relevant.

Im Grunde bleiben dann nur noch ein paar Datenstrukturen übrig, und das Implementierungsmuster ist wie bei den Java-Standardbibliotheken: Einige Datenstrukturen speichern die tatsächlichen Daten in Array-Listen, andere in Hashing-Datenstrukturen, andere wiederum in Mengen, die über Binärbäume sortiert sind.

Realisierung

Klassen

Hashing

HashBiMap, HashMultimap, LinkedHashMultimap, HashMultiset, LinkedHashMultiset

Array-List

ArrayListMultimap

Linked-List

LinkedListMultimap

Binärbaum

TreeMultimap, TreeMultiset

Tabelle 4.23Mengen- und Assoziativspeicher-Implementierungen

Die Klassen ConcurrentHashMultiset (eine sichere nebenläufige Muliset-Implementierung) und EnumBiMap, EnumHashBiMap (diese Typen sind auf Enum eingeschränkt) sind Sonderfälle.

 
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4.13.3Utility-Klassen von Guava Zur vorigen ÜberschriftZur nächsten Überschrift

Auf der einen Seite bietet Guava neue Datenstrukturen, auf der anderen Seite Utility-Klassen, die eine Ergänzung zu der einen Standardklasse Collections sind:

Utility-Klasse

Aufgabe

Beispielmethoden

Collections2

Filtert und transformiert eine Collection.

filter(…), transform(…)

Lists

Erzeugt List-Exemplare, teilt oder transformiert sie.

asList(…), newArrayList(), -newLinkedList(), partition(…), transform(…)

Maps

Erzeugt eine neue Map, filtert und transformiert sie.

newHashMap(), fromProperties(…), difference(…), transformValues(…)

Sets

Erzeugt neue Mengen und bietet mengenorientierte Funktionen.

newTreeSet(), newHashSet(), cartesianProduct(…), complementOf(…), difference(…), union(…), powerSet(…)

Iterators, Iterables

Operiert auf Iterator/Iterable, fügt etwa einige Iterator/Iterable zusammen oder setzt ihre Elemente in ein Feld.

addAll(…), concat(…), filter(…), get(…), limit(…), reverse(…), toString(…)

Tabelle 4.24Utility-Klassen von Guava

Weiterhin gibt es für die neuen Guava-Klassen die zwei Utility-Klassen Multimaps und Multisets.

 
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4.13.4Prädikate Zur vorigen ÜberschriftZur nächsten Überschrift

Ein Prädikat ist ein Objekt, das auf einem Argument eine Bedingung prüft und »wahr« oder »falsch« liefert. Guava gibt eine Prädikat-Schnittstelle Predicate<T> mit der Operation boolean apply(T input) vor. Ein Prädikat könnte etwa testen, ob eine Objektreferenz null ist oder ein String eine Mindestlänge besitzt. Prädikate verändern die Argumente nie und dürfen sie nicht »zurechtbiegen«.

Mit eigenen Predicate-Objekten lässt sich auf diverse Methoden zurückgreifen, die Sammlungen filtern. Ein paar Beispielmethoden:

  • static <E> Collection<E> Collections2.filter(Collection<E> unfiltered, Predicate<? super E> predicate)
    Liefert in der Rückgabe eine Collection, die alle Elemente von unfiltered enthält, die das Prädikat erfüllen.

  • static <E> Set<E> Sets.filter(Set<E> unfiltered, Predicate<? super E> predicate)
    Liefert als Rückgabe eine Menge, bei der jedes Element das Prädikat erfüllt.

  • static <T> boolean Iterables.all(Iterable<T> iterable, Predicate<? super T> predicate)
    Prüft, ob alle Elemente vom Iterable (eine List ist zum Beispiel Iterable, aber auch Set) das Prädikat erfüllen.

Zum Verknüpfen von Prädikaten bietet die Predicates-Klasse statische Kombinationsmethoden wie and(…), compose(…) und or(…).

 
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4.13.5Transformationen Zur vorigen ÜberschriftZur nächsten Überschrift

Oftmals müssen die Elemente in Datenstrukturen von einem Format in ein anderes gebracht werden. Zum Beispiel soll bei einem String in einer Liste der Weißraum vorne und hinten abgeschnitten werden, oder Farben sollen in Graustufen übersetzt werden.

Für Transformationen deklariert Guava die Schnittstelle Function<F,T> mit einer Operation T apply(F from). In den Guava-Utility-Klassen gibt es jeweils transform(…)-Methoden, die alle Elemente einer Datenstruktur durch eine Function leiten und auf der anderen Seite das Ergebnis in eine Datenstruktur setzen und diese zurückgeben. Ein paar Beispiele:

  • static <F,T> Collection<T> Collections2.transform(Collection<F> fromCollection, Function<? super F,T> function)

  • static <F,T> Iterable<T> Iterables.transform(Iterable<F> fromIterable, Function<? super F,? extends T> function)

  • static <F,T> Iterator<T> Iterators.transform(Iterator<F> fromIterator, Function<? super F,? extends T> function)

  • static <F,T> List<T> Lists.transform(List<F> fromList, Function<? super F,? extends T> function)

  • static <K,V1,V2> Map<K,V2> Maps.transformValues(Map<K,V1> fromMap, Function<? super V1,V2> function)

  • static <E> Collection<E> Collections2.filter(Collection<E> unfiltered, Predicate<? super E> predicate)

 


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