java容器类分析：Collection,List,ArrayList

程序员文章站 2022-04-19 13:39:05

1、 Iterable 与 Iterator Iterable 是个接口，实现此接口使集合对象可以通过迭代器遍历自身元素. public interface Iterable 第一个接口iterator()是jdk1.5引入的，需要子类实现一个内部迭代器Iterator遍历元素。后两个接口是 ......

1、 Iterable 与 Iterator

Iterable 是个接口，实现此接口使集合对象可以通过迭代器遍历自身元素.

public interface Iterable<T>

修饰符和返回值	方法名	描述
Iterator<T>	iterator()	返回一个内部元素为T类型的迭代器
default void	forEach(Consumer<? super T> action)	对内部元素进行遍历,并对元素进行指定的操作
default Spliterator<T>	spliterator()	创建并返回一个可分割迭代器

第一个接口iterator()是jdk1.5引入的，需要子类实现一个内部迭代器Iterator遍历元素。

后两个接口是JDK1.8后新添加的，forEach(Consumer action)是为了方便遍历操作集合内的元素,spliterator()则提供了一个可以并行遍历元素的迭代器,以适应现在cpu多核时代并行遍历的需求.

其中我们可以看下default修饰符,这也是Java 8后新出现的,我们知道,如果我们给一个接口新添加一个方法,那么所有他的具体子类都必须实现此方法,为了能给接口拓展新功能,而又不必每个子类都要实现此方法,Java 8新加了default关键字,被其修饰的方法可以不必由子类实现,并且由dafault修饰的方法在接口中有方法体,这打破了Java之前对接口方法的规范.

Iterator 为迭代器类，用于遍历容器。

public interface Iterator<E>

修饰符和返回值	方法名	描述
boolean	hasNext()	判断迭代器所指元素是否为最后一个
E	next()	下一个元素
default Void	remove()	移除迭代器只想的当前元素
default Void	forEachRemaining(Consumer<? super E> action)	遍历迭代器指向元素后面的所有元素

AbstartList中实现了Iterator类作为List内部的迭代器，用于访问内部元素，其代码如下：

  1 private class Itr implements Iterator<E> {
  2         /**
  3          * Index of element to be returned by subsequent call to next.
  4          */
  5         int cursor = 0;
  6 
  7         /**
  8          * Index of element returned by most recent call to next or
  9          * previous.  Reset to -1 if this element is deleted by a call
 10          * to remove.
 11          */
 12         int lastRet = -1;
 13 
 14         /**
 15          * The modCount value that the iterator believes that the backing
 16          * List should have.  If this expectation is violated, the iterator
 17          * has detected concurrent modification.
 18          */
 19         int expectedModCount = modCount;
 20 
 21         public boolean hasNext() {
 22             return cursor != size();
 23         }
 24 
 25         public E next() {
 26             checkForComodification();
 27             try {
 28                 int i = cursor;
 29                 E next = get(i);
 30                 lastRet = i;
 31                 cursor = i + 1;
 32                 return next;
 33             } catch (IndexOutOfBoundsException e) {
 34                 checkForComodification();
 35                 throw new NoSuchElementException();
 36             }
 37         }
 38 
 39         public void remove() {
 40             if (lastRet < 0)
 41                 throw new IllegalStateException();
 42             checkForComodification();
 43 
 44             try {
 45                 AbstractList.this.remove(lastRet);
 46                 if (lastRet < cursor)
 47                     cursor--;
 48                 lastRet = -1;
 49                 expectedModCount = modCount;
 50             } catch (IndexOutOfBoundsException e) {
 51                 throw new ConcurrentModificationException();
 52             }
 53         }
 54 
 55         final void checkForComodification() {
 56             if (modCount != expectedModCount)
 57                 throw new ConcurrentModificationException();
 58         }
 59     }
 60

View Code

2、Collection

Collection 是容器类的接口，里面可以存放很多Elements，很多容器都实现了该接口。

public interface Collection<E> extends Iterable<E>

修饰符和返回值	方法名	描述
int	size()	判断容器的大小
boolean	isEmpty()	判空
boolean	contains(Object o)	是否包含某元素
Object[]	toArray()	转化为数组
<T> T[]	toArray(T[] a)	将容器中所有元素拷贝到a中，如果a不够大，则拷贝到返回的数组中。（见AbstactCollection中实现）
boolean	add(E e)	添加元素
boolean	remove(Object o)	移除容器中第一个出现Object对象，如果Object为null，则移除第一个出现的null。如果没有Object对象返回false
boolean	containsAll(Collection<?> c)	包含c中所有元素
boolean	addAll(Collection<? extends E> c);	将c中所有元素添加到容器中
boolean	removeAll(Collection<?> c)	如果容器中包含c中的元素，删除。（调用remove(Object)）
default boolean	removeIf(Predicate<? super E> filter)	移除所有符合条件的元素（JDK1.8中引入）
boolean	retainAll(Collection<?> c)	保留在c中出现的元素，其它全部移除
boolean	clear()
boolean	equals（Object o）	与o中所有元素都相等则相等
int	hashCode（）	c1.equals(c2) 那么他们的hashCode()一定相等，反之不成立
default Spliterator<E>	spliterator()	在所有元素之上创建一个Spliterator
default Stream<E>	stream()
default Stream<E>	parallelStream()

上述很多函数的实现可以参考 AbstactList中的实现。

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3. List

List是一个接口，继承了Collection中的所有接口，并且添加了自身相关接口和具体实现。

由上图可以看出，Collection分成了三个分支，List就是其中一个，下面我们具体分析一下增加的接口。

public interface List<E> extends Collection<E>

修饰符和返回值	方法名	描述
	Collection中的所有接口
default void	replaceAll(UnaryOperator<E> operator)	将运算操作后的结果替换List中原有元素
default void	sort(Comparator<? super E> c)	将List中所有元素排序
E	get(int index);
E	set(int index, E element)
E	remove(int index)
int	indexOf(Object o)	o在List中第一次出现的位置
int	lastIndexOf(Object o)	o在List中最后一次出现的位置
ListIterator<E>	listIterator()	获取List的迭代器
ListIterator<E>	listIterator(int index)	获取从某个位置开始的迭代器，index为迭代器起始位置
List<E>	subList(int fromIndex, int toIndex)	子List

上表可以看出，增加了和index相关的接口，根据index对List进行的get、set、remove等操作。另一类添加的接口是ListIteator相关的，获取List的迭代器。

3.1 ListIterator

public interface ListIterator<E> extends Iterator<E>

ListIterator 不光包含Iterator中的三个接口还增加了作为一个List迭代器应该有的接口，如 next(),previous()等

修饰符和返回值	方法名	描述
	Iterator中的所有接口
boolean	hasNext()
E	next()
boolean	hasPrevious()
E	previous()
int	nextIndex()
int	previousIndex()
void	remove()	删除next()返回元素
void	set(E e)	替换next()返回的元素
void	add(E e)	在nextIndex()后插入元素

首先需要明确ListIterator迭代器的作用：

允许我们向前、向后两个方向遍历 List;
在遍历时修改 List 的元素；
遍历时获取迭代器当前游标所在位置。

注意，迭代器没有当前所在元素一说，它只有一个游标( cursor )的概念，这个游标总是在元素之间，比如这样:

迭代器的初始位置：

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调用next()后迭代器的位置 java容器类分析：Collection,List,ArrayList

调用 previous() 游标就会回到之前位置。当向后遍历完元素，游标就会在元素 N 的后面

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也就是说长度为 N 的集合会有 N+1 个游标的位置。

3.2 AbstractCollection / AbstractList

在上面的继承关系图中并没有显示出AbstractCollect和AbstractList的存在，但是在阅读源码的时候经常遇到这两个类，下面讲一下这两个类的作用。

首先需要明确的一点是AbstractCollect和AbstractList都是抽象类而不是接口，它们分别实现了Collection和List接口中的部分函数。这样继承者直接继承AbstractXXXX 而不需要自己重复实现里面的所有接口。这两个抽象类抽离了公共部分，进行了实现，减少后续类的工作量。

ArrayList 和LinkedList都直接或者间接继承了AbstartList类。下图为这两个类的继承关系：

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具体这两个类里面实现了哪些接口，请自己阅读源码不再讲解。

3.3 ArrayList

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable我们看到ArrayList的定义的时候很可能会出现一个疑问，为什么它已经继承了AbstractList了还需要去实现List<E>接口？答案是，后面的List<E>可以去掉，这里只是让阅读者明白ArrayList是个List。终于好不容易到了开发者常用的类了，有点窃喜：transient Object[] elementData;这个很重要的成员变量elementData数组用来存放ArrayList中的元素，当第一个元素添加进来后，它的默认长度变为10。（java中“transient”关键字修饰的成员变量在类序列化的过程中不会被持久化到文件中，保证该成员变量保存信息的安全。）
ArrayList的构造函数中可以直接指定elementData数组的长度，那么问题来了，当数组已经完全被占用再向ArrayList中添加元素时，如何再分配更大长度的数组？如何把旧数据拷贝到新数组中？答案见下面这段源码

  1 private void grow(int minCapacity) {  //最少需要的容量 
  2         // overflow-conscious code
  3         int oldCapacity = elementData.length;
  4         int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);   // 分配最小容量的 1.5倍
  5         if (newCapacity - minCapacity < 0)       
  6             newCapacity = minCapacity;
  7         if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
  8             newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);   // 最大容量比较（Inter.MAX_VALUE）
  9         // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
 10         elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);  // 将旧数据拷贝到新数组中
 11     }

其它接口不再细说。
参考：https://www.cnblogs.com/bushi/p/6647006.html

https://www.jianshu.com/p/047e33fdefd2

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1、 Iterable 与 Iterator

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