Commons Collections 學習筆記（二）：Bag 介面與實作全家族解析

Bag（多重集合）允許重複元素並記錄每個元素的出現次數。Commons Collections 提供完整的 Bag 體系：核心介面、抽象基礎實作、具體實作（HashBag/TreeBag）、裝飾器模式擴充（同步、唯讀、謂詞過濾、型別檢查），本文系統梳理全家族類別結構與核心邏輯。

核心介面體系

public interface Bag extends Collection {
    int getCount(Object object);
    boolean add(Object object, int nCopies);
    boolean remove(Object object, int nCopies);
    Set uniqueSet(); // 不重複元素視圖
    // 繼承 Collection: size(), iterator(), containsAll()...
}

public interface SortedBag extends Bag {
    Comparator comparator();
    Object first(); // 最小元素
    Object last();  // 最大元素
}

抽象基礎實作：AbstractMapBag

以 Map<Object, MutableInteger> 為底層存儲，MutableInteger 封裝可變計數器。

public abstract class AbstractMapBag implements Bag {
    private transient Map map; private int size; private transient int modCount;
    private transient Set uniqueSet;

    public int getCount(Object object) {
        MutableInteger c = (MutableInteger) map.get(object);
        return (c != null) ? c.value : 0;
    }
    public boolean add(Object object, int nCopies) {
        if (nCopies <= 0) return false;
        modCount++; size += nCopies;
        MutableInteger c = (MutableInteger) map.get(object);
        if (c == null) { map.put(object, new MutableInteger(nCopies)); return true; }
        c.value += nCopies; return false;
    }
    // remove/removeAll/retainAll/iterator/序列化/equals/hashCode/toString 完整實作...
    protected static class MutableInteger { int value; ... }
}

• MutableInteger 避免頻繁建立新 Integer 物件，提升高頻計數效能。
• BagIterator 內部類實作疊代器，支援 remove() 正確遞減計數。
• uniqueSet() 回傳 UnmodifiableSet.decorate(map.keySet())。

具體實作類別

兩者皆提供無參、Comparator、Collection 建構子，並正確處理序列化（TreeBag 需額外序列化 Comparator）。

裝飾器模式擴充體系

所有裝飾器繼承 AbstractBagDecorator / AbstractSortedBagDecorator，委派給被裝飾 Bag。

SortedBag 對應 SynchronizedSortedBag、UnmodifiableSortedBag、PredicatedSortedBag、TypedSortedBag、TransformedSortedBag。

BagUtils 統一入口

public class BagUtils {
    public static final Bag EMPTY_BAG = UnmodifiableBag.decorate(new HashBag());
    public static final Bag EMPTY_SORTED_BAG = UnmodifiableSortedBag.decorate(new TreeBag());

    public static Bag synchronizedBag(Bag bag) { return SynchronizedBag.decorate(bag); }
    public static Bag unmodifiableBag(Bag bag) { return UnmodifiableBag.decorate(bag); }
    public static Bag predicatedBag(Bag bag, Predicate p) { return PredicatedBag.decorate(bag, p); }
    public static Bag typedBag(Bag bag, Class type) { return TypedBag.decorate(bag, type); }
    public static Bag transformedBag(Bag bag, Transformer t) { return TransformedBag.decorate(bag, t); }
    // SortedBag 版本對應...
}

使用範例

Bag bag = new HashBag();
bag.add("apple", 3);
bag.add("banana", 2);
System.out.println(bag.getCount("apple")); // 3
System.out.println(bag.uniqueSet()); // [apple, banana]

// 型別安全 + 唯讀 + 執行緒安全
Bag safeBag = BagUtils.unmodifiableBag(
    BagUtils.typedBag(
        BagUtils.synchronizedBag(new HashBag()), String.class));
safeBag.add("orange"); // OK
// safeBag.add(123); // ClassCastException

設計亮點總結

1. Map + 可變計數器：以 Map 統一存儲，MutableInteger 解決 Integer 不可變導致的頻繁物件創建。
2. 裝飾器組合：單一職責原則，功能正交組合（同步+型別+唯讀），避免類別爆炸。
3. 介面分層：Bag / SortedBag 清楚分離有序與無序語義。
4. 標準 Collection 相容：實作 Collection 介面，可無縫接入標準 API。

結語

Commons Collections Bag 體系展示了經典集合擴充設計：核心介面清晰、基礎實作高效、裝飾器組合靈活。掌握 AbstractMapBag 計數器模式與 BagUtils 組合式 API，能在需要「重複元素計數」、「型別安全」、「執行緒安全」等複合需求時快速構建健壯解決方案。

1. 上一篇文章： Commons Collections 學習筆記（三）：DoubleOrderedMap - 雙向有序紅黑樹 Map 實作深度解析
2. 下一篇文章： Commons Collections 學習筆記（一）：Bag 介面設計與 DefaultMapBag 基礎實作

Java 相關知識

Java 集合深度剖析：TreeSet 原理、源碼與實戰指南

前言 TreeSet 是 Java 集合框架中唯一的有序 S

網銀安全架構解析：基於 PPDRR 模型的纵深防御體系

前言：安全是網銀的生命線 Internet 開放性帶來無限商

擴展 JUnit 4 實現業務導向的測試執行：支援測試驅動開發

痛點：龐大測試套件的執行效率 TDD 專案中測試案例隨開發增

無 IDE 環境下編譯與運行 Java 程式的完整指南

現代 Java 開發高度依賴 IDE（Eclipse、Int