新的集合：SequencedCollection, SequencedSet, SequencedMap

1. 經典集合中的順序問題

在 Java 中一直有能保證元素順序的集合（例如 ArrayList、LinkedList、LinkedHashSet、LinkedHashMap），也有不保證順序的集合（例如 HashSet、HashMap）。但這些集合都有一個共同的缺點：即便其中一些會以特定順序儲存元素，標準介面（List、Set、Map）並未提供通用的方法來存取第一個與最後一個元素，或將順序反轉。

例如，若你有 List<String>，可以透過 list.get(0) 取得第一個元素，但對於 Set 或 Map 就行不通——你得使用 iterator 或撰寫額外程式碼。說真的，這既不方便，也不利於可讀性。

這就好像你有一個帶抽屜的櫃子，但要拿到第一個或最後一個抽屜時，每次都得手動把所有抽屜數過一遍！若能有「第一」與「最後」的專用把手，不是更好嗎？

SequencedCollection 與相關介面的出現

在 Java 21 中出現了新的集合介面：

• SequencedCollection<E>
• SequencedSet<E>
• SequencedMap<K, V>

這些介面擴充了標準集合，並引入了統一的元素順序處理方式。現在可以針對任何重視順序的集合撰寫通用的程式碼，而不必糾結具體實作。

它們是什麼？

• SequencedCollection 是一種具有明確順序的集合，可輕鬆取得第一個、最後一個元素，並可反轉順序。
• SequencedSet 同上，但用於集合（元素唯一）。
• SequencedMap 同上，但用於對映（鍵-值）。

哪些集合現在實作了它們？

在 Java 21 中，以下標準集合已實作這些新介面：

• ArrayList、LinkedList → SequencedCollection
• LinkedHashSet、TreeSet → SequencedSet
• LinkedHashMap、TreeMap → SequencedMap

這表示只要你已經在使用這些集合，就能自動獲得這些新功能！

2. 主要方法 SequencedCollection, SequencedSet, SequencedMap

SequencedCollection 的方法

E getFirst();      // 取得第一個元素
E getLast();       // 取得最後一個元素
SequencedCollection<E> reversed(); // 取得反向順序的集合

SequencedSet 的方法

與 SequencedCollection 相同，另外還有 Set 的所有功能。

SequencedMap 的方法

Map.Entry<K, V> firstEntry();    // 第一個元素（鍵-值）
Map.Entry<K, V> lastEntry();     // 最後一個元素（鍵-值）
SequencedMap<K, V> reversed();   // 反向順序的 Map

3. 新介面的使用範例

範例 1：取得第一個與最後一個元素

import java.util.*;

public class SequencedDemo {
    public static void main(String[] args) {
        SequencedCollection<String> sc = new ArrayList<>();
        sc.add("Java");
        sc.add("Python");
        sc.add("Kotlin");

        // 取得第一個與最後一個元素
        String first = sc.getFirst(); // "Java"
        String last = sc.getLast();   // "Kotlin"

        System.out.println("第一個: " + first);
        System.out.println("最後一個: " + last);
    }
}

輸出：

第一個: Java
最後一個: Kotlin

範例 2：反轉集合

SequencedCollection<String> sc = new LinkedList<>();
sc.add("A");
sc.add("B");
sc.add("C");

SequencedCollection<String> reversed = sc.reversed();
System.out.println(reversed); // [C, B, A]

請注意：reversed() 會回傳集合的反向視圖。如果修改原始集合，reversed 視圖也會跟著改變！

範例 3：使用 SequencedSet

SequencedSet<Integer> set = new LinkedHashSet<>();
set.add(100);
set.add(200);
set.add(300);

System.out.println("第一個元素: " + set.getFirst()); // 100
System.out.println("最後一個元素: " + set.getLast()); // 300

SequencedSet<Integer> reversedSet = set.reversed();
System.out.println(reversedSet); // [300, 200, 100]

範例 4：使用 SequencedMap

SequencedMap<String, Integer> map = new LinkedHashMap<>();
map.put("apple", 5);
map.put("banana", 3);
map.put("cherry", 7);

Map.Entry<String, Integer> first = map.firstEntry();
Map.Entry<String, Integer> last = map.lastEntry();

System.out.println("第一個: " + first.getKey() + " = " + first.getValue()); // apple = 5
System.out.println("最後一個: " + last.getKey() + " = " + last.getValue()); // cherry = 7

SequencedMap<String, Integer> reversedMap = map.reversed();
System.out.println(reversedMap); // {cherry=7, banana=3, apple=5}

4. 這與你的應用程式有何關聯？

假設在你的學習型應用程式中，你會儲存登入使用者的清單，並希望能快速取得第一位與最後一位使用者（例如顯示「誰最先登入」與「誰最後登入」）。以前通常會寫成：

List<String> users = new ArrayList<>();
// ... 加入使用者
String first = users.get(0);
String last = users.get(users.size() - 1);

但若集合不是 List，而是例如 LinkedHashSet（元素唯一且保留插入順序），這個技巧就不適用：

Set<String> users = new LinkedHashSet<>();
// ... 加入使用者
// 要怎麼取得第一個？只能透過 iterator：
String first = users.iterator().next();
// 那最後一個呢？只能把所有元素遍歷一遍！

現在更簡單也更通用：

SequencedSet<String> users = new LinkedHashSet<>();
// ... 加入使用者
String first = users.getFirst();
String last = users.getLast();

這不僅減少程式碼量，還讓程式更易讀且更安全。

5. 新介面示意圖

classDiagram
    Collection <|-- SequencedCollection
    List <|-- SequencedCollection
    Set <|-- SequencedSet
    Map <|-- SequencedMap
    SequencedCollection <|-- SequencedSet
    SequencedSet <|-- LinkedHashSet
    SequencedSet <|-- TreeSet
    SequencedCollection <|-- ArrayList
    SequencedCollection <|-- LinkedList
    SequencedMap <|-- LinkedHashMap
    SequencedMap <|-- TreeMap

6. 實用細節

SequencedCollection 的實務優點

• 單一介面處理順序：不必再記得哪裡用 get(0)、哪裡需要 iterator、哪裡根本拿不到第一個元素。
• 操作佇列與堆疊更方便：輕鬆取得第一個（head）與最後一個（tail）元素。
• 安全性與可讀性：減少誤用集合造成的錯誤；程式碼更自我說明。
• 快速反轉集合：reversed() 讓你不需手動處理就能取得反向順序。
• 易於維護與擴充：未來若想把例如 ArrayList 換成 LinkedHashSet，使用 SequencedCollection 的程式碼無需重寫。

實作上的特性

• 並非所有集合都實作 SequencedCollection：例如，HashSet 與 HashMap 不保證順序，因此不會實作這些新介面。
• 方法可能拋出例外：若集合為空，呼叫 getFirst() 或 getLast() 會導致 NoSuchElementException。別忘了先確認集合不為空！
• reversed() 是視圖，而非拷貝：對原始集合的修改會反映在反向視圖，反之亦然。
• 相容性：這些新介面僅自 Java 21 起可用。若你使用較舊版本，目前無法使用（但這正是升級的好時機！）。
• 泛型：所有新介面完全支援泛型，因此可搭配任何資料型別。

7. 使用 SequencedCollection 的常見錯誤

錯誤 1：期望不保證順序的集合仍能提供順序。 如果你嘗試把 HashSet 轉型成 SequencedSet，會得到編譯錯誤——HashSet 不具備順序，也不實作該介面。

錯誤 2：忽略空集合。 在空集合上呼叫 getFirst() 或 getLast() 會拋出例外。呼叫這些方法前，請先確認集合不為空：

if (!sc.isEmpty()) {
    String first = sc.getFirst();
}

錯誤 3：對 reversed() 的誤解。 方法 reversed() 回傳的是視圖，而不是拷貝。若你修改 reversed 視圖，原始集合也會被修改（反之亦然）。如果你沒有預期這種行為，可能會導致出乎意料的結果。

錯誤 4：在舊版 Java 上使用新介面。 如果你的專案以低於 Java 21 的版本編譯，編譯器將找不到這些介面。請在專案設定中檢查你的 JDK 版本！