Java容器深入研究
基本功能
Arrays & Collections
常用的方法
//Arrays.java
public static <T> List<T> asList(T... a) {
return new ArrayList<>(a);
}
注意這里返回的ArrayList不同于我們平時使用的ArrayList,根據該 ArrayLsit 的源碼
private static class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
知道其繼承至 AbstractList ,但是沒有實現它的 add() 和 delete() 方法，因此若調用會拋出 UnsupportedOperationException 的提示，這是由于該 List 的底層就是一個數組，而且不會擴容,所以不支持添加等操作，在使用的時候要特別注意。
List list = ...;
List lists1 = new ArrayList(list);
List lists2 = Collections.addAll(list);
上面代碼，相比 lists1 , lists2 更為高效。
集合類基本介紹
- List 以特定順序保存的一組元素
- Set 以特定順序保存的不重復的一組元素
- Queue 同數據結構隊列
- Map 使用KV保存兩組值
具體介紹
集合類圖
List
相比 Collection ,多 了一些方法,如 listIterator() 等.
ArrayList
ArrayList包含函數
概述
根據類圖可以知道 ArrayList 的繼承結構, RandomAccess 是一個說明性接口,沒有任何的方法實現. ArrayList 的底層實現任然是數組,當容量達到一定時,會新建一個數組,再把原來的數據拷貝過去,所以性能并不是太好.下面詳細的看看.
準備
由于 ArrayList 的底層是由數組實現的,并且 ArrayList 是動態大小,因此修改擴容,這里用到 Arrays.copyOf(...) 方法
public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class)
? (T[]) new Object[newLength]
: (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength);
System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
Math.min(original.length, newLength)); //native
return copy;
}
源碼閱讀
transient Object[] elementData; // 為什么是Object而不是泛型E?
private int size; //實際大小 size()函數就是返回該值
它的三個構造函數的作用都是初始化上面兩個參數的值.都是非常的簡單,不多說,下面看看最常用的 add() 函數.
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // 判斷數組容量是否夠,不夠就擴容
elementData[size++] = e;
return true;
}
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index); //index > size || index < 0拋異常
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);//index后的往后移一位
elementData[index] = element;
size++;
}
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount
System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
rangeCheckForAdd(index);
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount
int numMoved = size - index;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
numMoved);
System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}</code></pre>
本身這段代碼是非常容易理解的,下面看看它擴容的實現.
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) { //還沒有數據時
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
//注意elementData.length只是表示現有的容量,不是size
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);//增加1.5倍容量,位操作效率遠遠高于做除法
if (newCapacity - minCapacity < 0) //容量還沒有達到申請的量
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) //Integer.MAX_VALUE - 8
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);//把原來的數據移動到新數組中
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) // int 溢出變為負數了
throw new OutOfMemoryError();
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}</code></pre>
通過上面的代碼,可以看到 ArrayList 的最大容量為 Integer.MAX_VALUE ,即 65535 .接下來就看看同等常用的 get() 函數.
public E get(int index) {
rangeCheck(index); //檢查index是否在[0,size)范圍內,具體實現就這一個條件判斷
return elementData(index); //取得元素elementData[index]
}
根據他的名稱我們很容易的了解他的功能,并且對于數組的隨機存取,這個實現太簡單了,就不必多說.下面看看 set() 方法.
public E set(int index, E element) {
rangeCheck(index);
E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
return oldValue;
}
臥槽,我都不想多說什么了,就是簡單的判斷 index 的范圍,然后就是對數組操作.函數 indexOf()/contains() 和 lastIndexOf() 都是簡單的對數組的遍歷過程,也跳過.下面看看 remove() 相關的方法.
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
return oldValue;
}
/**
- 先遍歷查找到index,在移除
*/
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementData[index] == null) {
fastRemove(index);
return true;
}
} else {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (o.equals(elementData[index])) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}
private void fastRemove(int index) {
modCount++;
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
}</code></pre>
下面看看 retainAll() 和 removeAll() 的實現函數 batchRemove() .
private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {
final Object[] elementData = this.elementData;
int r = 0, w = 0;
boolean modified = false;
try {
for (; r < size; r++)
if (c.contains(elementData[r]) == complement)
elementData[w++] = elementData[r]; //保留相等/或者不等的部分
} finally {
// Preserve behavioral compatibility with AbstractCollection,
// even if c.contains() throws.
if (r != size) {
System.arraycopy(elementData, r,
elementData, w,
size - r);
w += size - r;
}
if (w != size) {
// clear to let GC do its work
for (int i = w; i < size; i++)
elementData[i] = null;
modCount += size - w;
size = w;
modified = true;
}
}
return modified;
}
下面看看排序函數 sort()
public void sort(Comparator<? super E> c) {
final int expectedModCount = modCount;
Arrays.sort((E[]) elementData, 0, size, c);
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
modCount++;
}
由上面的代碼可以看出 sort() 在排序過程重中是不允許執行修改/添加等等操作的. subList() 返回一個 List ,但是這個 List 是依附在原本的 ArrayList 的,也就是說 subList() 得到的 List 其實是 ArrayList 的鏡像,當 ArrayList 修改后,取得的 subList 也會顯示出修改后的狀態.這里可以看看它的一部分實現
//構造函數
SubList(AbstractList<E> parent,
int offset, int fromIndex, int toIndex) {
this.parent = parent;
this.parentOffset = fromIndex;
this.offset = offset + fromIndex;
this.size = toIndex - fromIndex;
this.modCount = ArrayList.this.modCount;
}
public E get(int index) {
rangeCheck(index);
checkForComodification();
//從這里可以看出,它的數據是外部類ArrayList的.
return ArrayList.this.elementData(offset + index);
}</code></pre>
最后看看函數 listIterator() 和函數 iterator() ,他們分別返回一個雙向迭代器和單向迭代器.本質他們的遍歷過程還是數組的遍歷,想要了解詳情可以去看看具體的源碼,這里就不介紹了.
LinkedList
LinkedList包含函數
概述
inkedList 實現了 List 、 Deque 、 Cloneable 以及 Serializable 接口。其中 Deque 是雙端隊列接口，所以 LinkedList 可以當作是棧、隊列或者雙端隊隊列。在使用它的時候,通常可以把它向上轉型為 List , Queue 已達到縮小她的接口的功能(限制了不需要的方法).
源碼閱讀
由于是由鏈表實現,首先需要查看的就是結點了.
private static class Node<E> {
E item;
Node<E> next;
Node<E> prev;
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}</code></pre>
在 LinkedList 的內部,保存著 first 和 last 結點的引用,這樣就方便了兩端的插入刪除等操作.
transient int size = 0;
transient Node<E> first;
transient Node<E> last;
下面看看它的關鍵實現函數,添加結點相關函數.
//尾部添加
void linkLast(E e) {
final Node<E> l = last;
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null); //注意構造函數已經綁定的前結點
last = newNode;
if (l == null)
first = newNode;
else
l.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
//頭部添加
private void linkFirst(E e) {
final Node<E> f = first;
final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
first = newNode;
if (f == null)
last = newNode;
else
f.prev = newNode;
size++;
modCount++;
}
//在某個結點前添加
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
// assert succ != null;
final Node<E> pred = succ.prev;
final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
succ.prev = newNode;
if (pred == null)
first = newNode;
else
pred.next = newNode;
size++;
modCount++;
}</code></pre>
刪除結點相關函數.
E unlink(Node<E> x) {
// assert x != null;
final E element = x.item;
final Node<E> next = x.next;
final Node<E> prev = x.prev;
if (prev == null) {
first = next;
} else {
prev.next = next;
x.prev = null;
}
if (next == null) {
last = prev;
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;
}
x.item = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
private E unlinkFirst(Node<E> f) {
// assert f == first && f != null;
final E element = f.item;
final Node<E> next = f.next;
f.item = null;
f.next = null; // help GC
first = next;
if (next == null)
last = null;
else
next.prev = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
private E unlinkLast(Node<E> l) {
// assert l == last && l != null;
final E element = l.item;
final Node<E> prev = l.prev;
l.item = null;
l.prev = null; // help GC
last = prev;
if (prev == null)
first = null;
else
prev.next = null;
size--;
modCount++;
return element;
}</code></pre>
以上兩組函數實現都是非常的簡單,和數據結構書中講的都幾乎一樣,想必大家也可以看懂,就不多廢話了,而該類的其他方法多依賴于以上方法的實現.還有一個其他函數的依賴函數是 node()
//獲取第index個結點
Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
if (index < (size >> 1)) {
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else {
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
可以看出他是遍歷鏈表的操作,只是因為有 first 和 last 的存在,可以稍微優化一下.
Stack
根據上面 LinkedList 的實現,其實使用 LinkedList 實現一個 Stack 是非常的容易的,可以看看實現方式.
public class Stack<T> {
private LinkedList<T> storage = new LinkedList<T>();
/** 入棧 */
public void push(T v) {
storage.addFirst(v);
}
/** 出棧，但不刪除 */
public T peek() {
return storage.getFirst();
}
/** 出棧 */
public T pop() {
return storage.removeFirst();
}
/** 棧是否為空 */
public boolean empty() {
return storage.isEmpty();
}
/** 打印棧元素 */
public String toString() {
return storage.toString();
}
}</code></pre>
但是 Java 中任然提供了 Stack 類,而且實現方式與上面的完全不同,它的內部存儲結構是數組,基本的實現其實還是和 ArrayList 差不多,而且在 <<Think In Java>> 中并不建議使用它,因此這里不講了.
Map
HashMap
HasgMap包含函數
本文的代碼均來至于JDK1.8, HashMap 與前面版本的變化比較大,Android SDK V23中的是舊版本的
源碼閱讀
transient Node<K,V>[] table;
transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;
// HashMap的閾值，用于判斷是否需要調整HashMap的容量（threshold = 容量*加載因子）
int threshold;
final float loadFactor; //加載因子,注意Android SDK寫死的0.75
在這里可以看看構造函數的參數
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
this.loadFactor = loadFactor;
//tableSizeFor(n) Returns the smallest power of two >= its argument
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}
可以看出 threshold 在沒到達最大值之前是$2^n$.下面再看看常用的方法.
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,`
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
//還沒有初始化數組
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
//找到要添加的位置
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
//如果還沒有元素,就放入
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
Node<K,V> e; K k;
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
//已經存在了一個相同KEY的元素
e = p;
//紅黑樹,JDK1.8的優化點,當鏈表的長度大于8時,不再使用鏈表,轉為紅黑樹
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
//鏈表結構
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
//添加到鏈表尾部
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash); //鏈表長度為8了,轉紅黑樹
break;
}
//在鏈表中找到了同KEY值得元素
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
if (e != null) { // existing mapping for key ,已經存在的KEY,修改原本的值
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict); //空操作
return null;
}
final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
int n, index; Node<K,V> e;
if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
resize();
else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
do {
TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null);
if (tl == null)
hd = p;
else {
p.prev = tl;
tl.next = p;
}
tl = p;
} while ((e = e.next) != null);
//到此得到一個雙向鏈表的格式.
if ((tab[index] = hd) != null)
hd.treeify(tab); //形成從該節點連接的節點的樹。實現有點復雜
}
}</code></pre>
關于紅黑樹的操作本身是非常復雜的,可以參考 Wiki ,接下來看看 get() 操作.
public V get(Object key) {
Node<K,V> e;
return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}
final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
//Fiest為鏈表的首節點或紅黑樹的根節點
if (first.hash == hash && // always check first node
((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return first;
if ((e = first.next) != null) {
if (first instanceof TreeNode)
//在紅黑樹中查找
return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
do {
//鏈表中遍歷查找
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
return null;
}</code></pre>
之理也只是大體說明一下 HashMap 的結構,核心的東西就是紅黑樹,它的其他方法也是大體一致,都是對鏈表和紅黑樹的操作. entrySet() 和 keySet() 也是和 List 中的 iterator 一樣,內部的操作都是由 HashMap 本身來完成.
public boolean containsValue(Object value) {
Node<K,V>[] tab; V v;
if ((tab = table) != null && size > 0) {
for (int i = 0; i < tab.length; ++i) {
for (Node<K,V> e = tab[i]; e != null; e = e.next) {
if ((v = e.value) == value ||
(value != null && value.equals(v)))
return true;
}
}
}
return false;
}
這個函數大家可能也會有一點困惑,為什么這里就只討論了鏈表的情況,并根據 next() 遍歷整個鏈表?其實 TreeNode 是繼承至 Node ,并且在生成紅黑樹的時候并沒有修改 next 的指向,所以通過 next() 遍歷就沒問題了.
TreeMap
TreeMap包含函數
TreeMap 的底層實現也是基于紅黑樹的.
源碼閱讀
還是老規矩,先看最常用的方法 put() .
public V put(K key, V value) {
Entry<K,V> t = root;
//紅黑樹為空,直接添加一個結點接OK
if (t == null) {
compare(key, key); // type (and possibly null) check
root = new Entry<>(key, value, null);
size = 1;
modCount++;
return null;
}
int cmp;
Entry<K,V> parent;
// split comparator and comparable paths
Comparator<? super K> cpr = comparator;
//優先使用主動提供的比較器,
//在使用該類(KEY)自帶的比較器(繼承Comparable)
if (cpr != null) {
do {
parent = t;
cmp = cpr.compare(key, t.key);
if (cmp < 0)
t = t.left;
else if (cmp > 0)
t = t.right;
else
//找到key值相同的結點,覆蓋該值即可
return t.setValue(value);
} while (t != null);
}
else {
//key不允許為NULL
if (key == null)
throw new NullPointerException();
@SuppressWarnings("unchecked")
Comparable<? super K> k = (Comparable<? super K>) key;
do {
parent = t;
cmp = k.compareTo(t.key);
if (cmp < 0)
t = t.left;
else if (cmp > 0)
t = t.right;
else
return t.setValue(value);
} while (t != null);
}
//到此找到了要插入到結點parent的子結點
Entry<K,V> e = new Entry<>(key, value, parent);
if (cmp < 0)
parent.left = e;
else
parent.right = e;
//插入完成,此時的紅黑樹結構可能已經被破壞,需要重新構建
//過程和HasmMap的其實是一樣的.了解更多可以看文章后面的參考
fixAfterInsertion(e);
size++;
modCount++;
return null;
}
`
接下來看看 get() 函數.
public V get(Object key) {
Entry<K,V> p = getEntry(key);
return (p==null ? null : p.value);
}
final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
// Offload comparator-based version for sake of performance
if (comparator != null)
//自定義比較器的時候
return getEntryUsingComparator(key);
if (key == null)
throw new NullPointerException();
@SuppressWarnings("unchecked")
Comparable<? super K> k = (Comparable<? super K>) key;
Entry<K,V> p = root;
//實現就是查找二叉樹查找問題
while (p != null) {
int cmp = k.compareTo(p.key);
if (cmp < 0)
p = p.left;
else if (cmp > 0)
p = p.right;
else
return p;
}
}
//這個函數的實現
final Entry<K,V> getEntryUsingComparator(Object key) {
@SuppressWarnings("unchecked")
K k = (K) key;
Comparator<? super K> cpr = comparator;
if (cpr != null) {
Entry<K,V> p = root;
while (p != null) {
int cmp = cpr.compare(k, p.key);
if (cmp < 0)
p = p.left;
else if (cmp > 0)
p = p.right;
else
return p;
}
}
return null;
}</code></pre>
遍歷的時候調用了一個函數
final Entry<K,V> nextEntry() {
Entry<K,V> e = next;
if (e == null)
throw new NoSuchElementException();
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
next = successor(e); //中序遍歷的E的后一節點
lastReturned = e;
return e;
}
這樣輸入的數據就是按照紅黑樹中序遍歷的數據,也就是有序數據.
LinkedHashMap
LinkedHashMap函數列表
根據最上面的繼承關系圖我們知道 LinkedHashMap 繼承至 HashMap ,所以重復型的東西我就不說了, LinkedHashMap 的核心功能就是維持了原有的輸入順序或者指定為訪問順序 (LRU) .下面也是主要看看這個功能的實現.
源碼閱讀
LinkedHashMap 中的字段
// 頭部放舊結點(最久沒使用或最久放入)
transient LinkedHashMap.Entry<K,V> head;
// 尾部放新節點
transient LinkedHashMap.Entry<K,V> tail;
通過上面的分析,我們知道 HashMap 的 put() 時調用了函數 newNode() ,而 LinkedHashMap 就重寫了這個方法.
//結點,相比HashMap多了before和after
static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
Entry<K,V> before, after;
Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
super(hash, key, value, next);
}
}
Node<K,V> newNode(int hash, K key, V value, Node<K,V> e) {
//創建一個結點
LinkedHashMap.Entry<K,V> p =
new LinkedHashMap.Entry<K,V>(hash, key, value, e);
linkNodeLast(p);
return p;
}
//內部保存了一個鏈表
private void linkNodeLast(LinkedHashMap.Entry<K,V> p) {
LinkedHashMap.Entry<K,V> last = tail;
tail = p;
if (last == null)
head = p;
else {
p.before = last;
last.after = p;
}
}</code></pre>
這樣就要求在以后的插入刪除的工作中需要額外的維護這個鏈表.另外,如果開啟了按訪問順序排序的話,在每次 get() 或者 put() 了重復數據是都會要求把訪問的結點放到鏈表尾部.
//把E移動到雙向鏈表的尾部
void afterNodeAccess(Node<K,V> e) { // move node to last
LinkedHashMap.Entry<K,V> last;
if (accessOrder && (last = tail) != e) {
LinkedHashMap.Entry<K,V> p =
(LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after;
p.after = null;
if (b == null) //P本身為首節點
head = a;
else
b.after = a;
if (a != null)
a.before = b;
else //P本身為尾接點
last = b;
//到此P被移除了
if (last == null) //原本鏈表只有一個元素,移除光了
head = p;
else {
//P放在最后
p.before = last;
last.after = p;
}
//修改指向末尾結點的指針
tail = p;
++modCount;
}
}
接下來就看看 LinkedHashMap 的遍歷. entrySet() 返回的是一個 LinkedEntrySet 的實例,而 LinkedEntrySet 的迭代器是 LinkedEntryIterator , LinkedEntryIterator 的 next() 方法調用 nextNode() 函數.
//構造函數
LinkedHashIterator() {
next = head;
expectedModCount = modCount;
current = null;
}
final LinkedHashMap.Entry<K,V> nextNode() {
LinkedHashMap.Entry<K,V> e = next;
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
if (e == null)
throw new NoSuchElementException();
current = e;
next = e.after;
return e;
}</code></pre>
可以很明顯的看到,它的實現完全依賴于構建的鏈表,不像 HashMap 對組數和鏈表(紅黑樹)的遍歷.相比 HashMap 其實就是多了一個雙向鏈表而已.
Set
Set 是一個不包含重復元素的 Collection 。更確切地講， Set 不包含滿足 e1.equals(e2) 的元素對 e1 和 e2 ，并且最多包含一個 null 元素.
HashSet
HashSet函數列表
HashSet 的底部是使用一個 HashMap ,把值存在 HashMap 的 KEY , HashMap 的 VALUE 字段為固定的值,根據 HashMap 的 KEY 的唯一性,可以保證 HashSet 的值得唯一性.額外,有一個構造器使用的是 LinkedHashMap ,只有包權限,是后面要講的 LinkedHashSet 的實現.
//dummy 參數只是使用來區別構造函數
HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
}
源碼閱讀
其實 HashSet 的源碼并沒有什么東西,都是調用 HashMap 的基本操作.下面隨便看兩個函數.
private transient HashMap<E,Object> map;
public boolean add(E e) {
return map.put(e, PRESENT)==null;
}
public Iterator<E> iterator() {
return map.keySet().iterator();
}
public boolean contains(Object o) {
return map.containsKey(o);
}</code></pre>
由于這些方法前面都已經說過了,這里就不說了.
TreeSet
TreeSet函數列表
有了上面 HashSet 的介紹,可能你已經猜到 TreeSet 的實現方式是基于 TreeMap 了.將值存放在 TreeMap 的 KEY 中,保證了不會重復并且有序,最后只需要遍歷 TreeSet 的 KEY 就行了.具體的操作可以看看 TreeMap .
LinkedHashSet
它的實現是最簡單的,繼承至 HashSet ,調用前面說的特殊構造器,相當于把 HashSet 的 HashMap 換成了 LinkedHashMap ,并且按照插入順序排序.
Queue
LinkedList
這個上面已經分析過了，這里跳過。
PriorityQueue
PriorityQueue函數
準備
在數據結構的課程中，我們都學過用數組表示完全二叉樹，這里有一些固定的公式
Index(parent) = (Index(Child)-1) >> 1 //索引0開始
而優先級隊列 Priority 就是使用了數組表示最小堆，每次插入刪除都會重新排列內部數據。
最小堆，是一種經過排序的完全二叉樹
源碼閱讀
有用的字段
priavte transient Object[] queue; //內部表示最小堆的數組
private int size = 0; //實際大小
常用方法 add() 的實現
public boolean add(E e) {
return offer(e); // add方法內部調用offer方法
}
public boolean offer(E e) {
if (e == null) // 元素為空的話，拋出NullPointerException異常
throw new NullPointerException();
modCount++;
int i = size;
if (i >= queue.length) // 如果當前用堆表示的數組已經滿了，調用grow方法擴容
grow(i + 1); // 擴容
size = i + 1; // 元素個數+1
if (i == 0) // 堆還沒有元素的情況
queue[0] = e; // 直接給堆頂賦值元素
else // 堆中已有元素的情況
siftUp(i, e); // 重新調整堆，從下往上調整，因為新增元素是加到最后一個葉子節點
return true;
}
private void siftUp(int k, E x) {
if (comparator != null) // 比較器存在的情況下
siftUpUsingComparator(k, x); // 使用比較器調整
else // 比較器不存在的情況下
siftUpComparable(k, x); // 使用元素自身的比較器調整
}
private void siftUpUsingComparator(int k, E x) {
while (k > 0) { // 一直循環直到父節點還存在
int parent = (k - 1) >>> 1; // 找到父節點索引,依賴完全二叉樹性質
Object e = queue[parent]; // 賦值父節點元素
if (comparator.compare(x, (E) e) >= 0) // 新元素與父元素進行比較，如果滿足比較器結果，直接跳出，否則進行調整
break;
queue[k] = e; // 進行調整，新位置的元素變成了父元素
k = parent; // 新位置索引變成父元素索引，進行遞歸操作
}
queue[k] = x; // 新添加的元素添加到堆中
}
private void siftUpComparable(int k, E x) {
...//同上面類似
}</code></pre>
下面看看函數 remove() 的實現
public boolean remove(Object o) {
int i = indexOf(o); //按數組索引遍歷
if (i == -1)
return false;
else {
removeAt(i);
return true;
}
}
private E removeAt(int i) {
// assert i >= 0 && i < size;
modCount++;
int s = --size;
if (s == i) // removed last element,移除最后的元素，該數組依舊是最小堆
queue[i] = null;
else {
E moved = (E) queue[s];
queue[s] = null; //數組最后一個位置置空
siftDown(i, moved);
if (queue[i] == moved) {
siftUp(i, moved);
if (queue[i] != moved)
return moved;
}
}
return null;
}
private void siftDown(int k, E x) {
if (comparator != null)
siftDownUsingComparator(k, x);
else
siftDownComparable(k, x);
}
@SuppressWarnings("unchecked")
private void siftDownComparable(int k, E x) {
Comparable<? super E> key = (Comparable<? super E>)x;
int half = size >>> 1; // loop while a non-leaf
//為什么是一半？？
//因為大于half的元素必然是沒有葉子節點的，這是只需要用末節點X替換要刪除的節點index(K),然后重新排序。
//而對于小于half的節點，由于存在(左)/(右)節點，用較小的節點替換要刪除的節點，這樣帶刪除節點的Index = (左)/(右)的索引，然后繼續遞歸執行，直到大于half，在用末節點替換她。
while (k < half) {
int child = (k << 1) + 1; // assume left child is least
Object c = queue[child];
int right = child + 1;
if (right < size &&
((Comparable<? super E>) c).compareTo((E) queue[right]) > 0)
c = queue[child = right];
if (key.compareTo((E) c) <= 0)
break;
queue[k] = c;
k = child;
}
queue[k] = key;
}</code></pre>
函數 poll() 和 remove() 的實現基本一致。
public E poll() {
if (size == 0)
return null;
int s = --size;
modCount++;
E result = (E) queue[0];
E x = (E) queue[s];
queue[s] = null;
if (s != 0)
siftDown(0, x);
return result;
}
其他的比如擴容函數和 ArrayList 的原理都是一樣的，這里就不說了。到此，基本的集合類的源碼大體上都說完了。
其他技術點
Java 8 default關鍵字
interface A {
void doSomeThing();
}
static class B implements A {
@Override
public void doSomeThing() {
System.out.println("B");
}
}
static class C implements A {
@Override
public void doSomeThing() {
System.out.println("C");
}
}
以上代碼如果想在 A 中添加一個函數，必然需要修改 B 和 C 的實現，但是在 Java 8 支持為接口添加一個默認的實現，這樣和抽象類就很相似了。
interface A {
void doSomeThing();
default void doAction() {
System.out.println("Default");
}
}
static class B implements A {
@Override
public void doSomeThing() {
System.out.println("B");
}
}
static class C implements A {
@Override
public void doSomeThing() {
System.out.println("C");
}
}
就向上面就OK了。
Integer比較問題
System.out.println(Integer.valueOf(127)==Integer.valueOf(127));
System.out.println(Integer.valueOf(128)==Integer.valueOf(128));
System.out.println(Integer.parseInt("128")==Integer.valueOf("128"));
輸出
true
false
true
為什么會有這問題？通過源代碼
public static Integer valueOf(int i) {
if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
return new Integer(i);
}
代碼中的 IntegerCache.low 為固定值 -128 ， IntegerCache.high 根據VM系統參數不同會有區別，默認127，因此在[-128,127]范圍內，實例化的時候是返回的同一個對象，必然相等。當 Integer 修改的時候，由于他是 不可變對象（參考String,每次修改都是重新生成對象） ，也不會出現問題。對于第三個例子， parseInt（） 的返回是 int ,這時和 Integer 比較， Integer 會拆包為 int ,當然也就相等。
另外補充一點，當我們調用
Integer i = 1;
其實也是執行
Integer i = Integer.valueOf(1);
可以從反編譯中看出
//源碼
public static void main(String[] args){
Integer i = 1;
int r = i + 1;
}
//反編譯結果
public static void main(java.lang.String[]);
Code:
0: iconst_1
1: invokestatic #2 // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
4: astore_1
5: aload_1
6: invokevirtual #3 // Method java/lang/Integer.intValue:()I
9: iconst_1
10: iadd
11: istore_2
12: return
自動拆箱調用 intValue（） ，自動裝箱調用 valueOf() 。
List&Set&Map在遍歷過程中刪除添加元素錯誤
for(int i:list){
if(i == 2){
list.remove(Integer.valueOf(2));
}
}
以上這段代碼會拋出 java.util.ConcurrentModificationException 異常。這是因為foreach本質還是調 list.iterator() ，這里用 ArrayList 說明。
public Iterator<E> iterator() {
return new Itr();
}
這里返回一個迭代器，其內部參數包括
private class Itr implements Iterator<E> {
int cursor; // index of next element to return
int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
int expectedModCount = modCount; //修改次數,注意int為值傳遞
}
也就是說保存了修改的次數，在迭代器的 next() 中有檢測這個值是否被篡改（可以修改的地方包括 ArrayList 的 add(...) 和 remove() ）。
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
解決方案是使用迭代器的 remove(...)
Iterator iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()){
Integer i = (Integer) iterator.next();
if(i == 2){
iterator.remove();
}
}
instanceof 關鍵字
Object obj = null;
if(obj instanceof Object){
System.out.println("會輸出嗎?還是崩潰");
}
上面的例子不會輸出,也不會崩潰, instanceof 會檢測左邊對象是否為 null ,若是,返回 false .
HashMap的容量為什么為$2^n$
在 put() 函數中,選取數組索引的方式為
tab[i = (n - 1) & hash]
重點關注 (n - 1) & hash ,這里的 n 是容量,若 n= $2^n$, n-1 的二進制形式為 11...11 ,做 & 運算后只有 hash 的后幾位相關,保證足夠散列,而若其他情況,下 n-1 為 01..01 ,運算后只有 hash 的后幾位中的某幾位相關,縮小了散列范圍,如 n-1 最末尾為 0 ,這樣 & 之后始終是一個偶數,導致分布過于集中.
參考
- Why do == comparisons with Integer.valueOf(String) give different results for 127 and 128?
- 要裝箱還是拆封
- Java LinkedList源碼分析
- 基于LinkedList實現棧和隊列
- HashMap源碼剖析
- Java類集框架之HashMap(JDK1.8)源碼剖析
- 紅黑樹
- jdk PriorityQueue優先隊列工作原理分析
- Java集合框架——PriorityQueue
來自：http://www.jianshu.com/p/8d14b55fa1fb