Java ist auch eine Insel – 11.11 Die abstrakten Basisklassen für Container

Java ist auch eine Insel von Christian Ullenboom
Programmieren für die Java 2-Plattform in der Version 5 (Tiger-Release)

Kapitel 11 Datenstrukturen und Algorithmen
	11.1 Mit einem Iterator durch die Daten wandern
		11.1.1 Die Schnittstellen Enumeration und Iterator
	11.2 Datenstrukturen und die Collection-API
		11.2.1 Die Schnittstelle Collection
		11.2.2 Das erste Programm mit Container-Klassen
		11.2.3 Generische Datentypen in der Collection-API
		11.2.4 Der Iterator, die Schnittstelle Iterable und das erweiterte for
		11.2.5 Schnittstellen, die Collection erweitern, und Map
		11.2.6 Konkrete Container-Klassen
	11.3 Listen
		11.3.1 AbstractList
		11.3.2 Beispiel mit List-Methoden
		11.3.3 ArrayList
		11.3.4 asList() und die »echten« Listen
		11.3.5 toArray() von Collection verstehen – die Gefahr einer Falle erkennen
		11.3.6 Die interne Arbeitsweise von ArrayList und Vector
		11.3.7 LinkedList
	11.4 Stack (Kellerspeicher, Stapel)
		11.4.1 Die Methoden von Stack
		11.4.2 Ein Stack ist ein Vector – aha!
	11.5 Queues (Schlangen)
		11.5.1 Blockierende Queues und Prioritätswarteschlangen
	11.6 Assoziative Speicher und die Klasse HashMap
		11.6.1 Ein Objekt der Klasse HashMap erzeugen
		11.6.2 Einfügen und Abfragen der Datenstruktur
		11.6.3 Wichtige Eigenschaften von Assoziativspeichern
		11.6.4 Elemente im Assoziativspeicher müssen unveränderbar bleiben
		11.6.5 Die Arbeitsweise einer Hash-Tabelle
		11.6.6 Aufzählen der Elemente
		11.6.7 Der Gleichheitstest und der Hash-Wert einer Hash-Tabelle
		11.6.8 Klonen
	11.7 Die Properties-Klasse
		11.7.1 Properties setzen und lesen
		11.7.2 Properties verketten
		11.7.3 Eigenschaften ausgeben
		11.7.4 Hierarchische Eigenschaften
		11.7.5 Properties speichern
		11.7.6 Über die Beziehung Properties und Hashtable
	11.8 Mengen (Sets)
		11.8.1 HashSet
		11.8.2 TreeSet – die Menge durch Bäume
	11.9 Algorithmen in Collections
		11.9.1 Datenmanipulation: Umdrehen, Füllen, Kopieren
		11.9.2 Vergleichen von Objekten mit Comparator und Comparable
		11.9.3 Größten und kleinsten Wert einer Collection finden
		11.9.4 Sortieren
		11.9.5 nCopies()
		11.9.6 Singletons
		11.9.7 Elemente in der Collection suchen
	11.10 Synchronisation der Datenstrukturen
	11.11 Die abstrakten Basisklassen für Container
		11.11.1 Optionale Methoden
	11.12 Die Klasse BitSet für Bitmengen
		11.12.1 Ein BitSet anlegen und füllen
		11.12.2 Mengenorientierte Operationen
		11.12.3 Funktionsübersicht
		11.12.4 Primzahlen in einem BitSet verwalten
	11.13 Ein Design-Pattern durch Beobachten von Änderungen
		11.13.1 Design-Pattern
		11.13.2 Das Beobachter-Pattern (Observer/Observable)

11.11 Die abstrakten Basisklassen für Container

Das Designprinzip der Collection-Klassen folgt drei Stufen: Schnittstellen legen Gruppen von Operationen für die verschiedenen Behältertypen fest; abstrakte Basisklassen führen die Operationen der Schnittstellen auf eine minimale Zahl von als abstrakt definierten Grundoperationen zurück, etwa addAll() auf add() oder isEmpty() auf getSize(); konkrete Klassen für bestimmte Behältertypen beerben die entsprechende abstrakte Basisklasse und ergänzen die unbedingt erforderlichen Grundoperationen (und einige die Performance steigernde Abkürzungen gegenüber der allgemeinen Lösung in der Oberklasse).

Es gibt eine Reihe von abstrakten Basisklassen, die den Containern eine Basisfunktionalität geben. Unter diesen Klassen sind:

AbstractCollection

Implementiert die Methoden der Schnittstelle Collection ohne iterator() und size(). AbstractCollection ist Basisklasse von AbstractList und AbstractSet.

AbstractList

Erweitert AbstractCollection und implementiert die Schnittstelle List. Für eine konkrete Klasse müssen lediglich Methoden für get(int index) und size() implementiert werden. Soll die Liste auch Elemente aufnehmen, sollte sie auch set(int index, Object element) implementieren. Andernfalls bewirkt das Einfügen von Elementen nur eine Unsupported OperationException. Die direkten Unterklassen sind AbstractSequentialList, ArrayList und Vector.

AbstractSequentialList

AbstractSequentialList erweitert AbstractList (und damit auch AbstractCollection) und bildet die Grundlage für die Klasse LinkedList. Im Gegensatz zur konkreten Klasse ArrayList bereitet Abstract SequentialList die Klasse LinkedList darauf vor, die Elemente in einer Liste zu verwalten und nicht wie ArrayList in einem internen Array.

AbstractSet

Erweitert AbstractCollection und implementiert die Schnittstelle Set. AbstractSet dient als Basis für die beiden Klassen HashSet und TreeSet. Es überschreibt auch keine Methoden der Oberklasse AbstractCollection, sondern fügt nur equals(Object)- und hashCode()-Methoden hinzu.

AbstractMap

Implementiert die Schnittstelle Map. Um eine konkrete Unterklasse zu erstellen, muss put() sinnvoll implementiert werden; überschreiben wir put() nicht, erhalten wir die bekannte UnsupportedOperationException. Für get(Object) gibt es eine Implementierung.

Das Wissen um diese Basisimplementierung ist nützlich, wenn eigene Datenstrukturen implementiert werden.

11.11.1 Optionale Methoden

Rufen wir eine optionale Methode auf, die von der Unterklasse nicht implementiert wird, erhalten wir eine UnsupportedOperationException. Die vielen Optional-Anmerkungen erschrecken zunächst und lassen die Klassen beziehungsweise Schnittstellen irgendwie unzuverlässig oder nutzlos wirken. Die konkreten Standardimplementierungen der Collection-API bieten diese Operationen jedoch vollständig an, nur die Spezial-Wrapper für nur Lese-Container lassen sie weg. Das Konzept der optionalen Operationen ist umstritten, wenn Methoden zur Laufzeit eine Exception auslösen. Besser wären natürlich separate kleinere Schnittstellen, die nur die Leseoperationen enthalten und zur Übersetzungszeit überprüft werden können; doch dann würde es noch deutlich mehr Schnittstellen im Util-Paket geben.

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