jdk 集合大家族之Collection
2024-08-31 13:45:08
jdk 集合大家族之Collection
前言：
此处的集合指的是java集合框架中的实现了Collection接口相关的类。所以主要为List Set 和 Queue 其他章节会专门介绍Map相关。
1. List
1.1 ArrayList
- 从数组中间删除某个元素需要很大代价，因为被删除之后的元素都要向数组的前端移动
- 适合查找和修改
- ArrayList底层通过数组实现
- 顺序存储
- 读取 存入操作方便
- 插入、删除操作不方便
1.1.1 ArrayList分析 (jdk 8)
从ArrayList 的初始化开始说起
- 无参构造函数
- 创建默认容量为10的数组
/**
* Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
*/
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
- 有参构造函数
- 根据容量的
/**
* Constructs an empty list with the specified initial capacity.
*
* @param initialCapacity the initial capacity of the list
* @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity
* is negative
*/
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
// 直接指定 没有扩容操作
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
- 使用集合作为参数
/**
* Constructs a list containing the elements of the specified
* collection, in the order they are returned by the collection's
* iterator.
*
* @param c the collection whose elements are to be placed into this list
* @throws NullPointerException if the specified collection is null
*/
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
if ((size = elementData.length) != 0) {
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// replace with empty array.
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
类的成员变量
private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
/**
* Default initial capacity.
*/
// 默认容量
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
/**
* Shared empty array instance used for empty instances.
*/
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
* Shared empty array instance used for default sized empty instances. We
* distinguish this from EMPTY_ELEMENTDATA to know how much to inflate when
* first element is added.
*/
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
* The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.
* The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. Any
* empty ArrayList with elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
* will be expanded to DEFAULT_CAPACITY when the first element is added.
*/
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
/**
* The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
*
* @serial
*/
private int size;
// 数组最大的长度 其中通过最终的hugeCapacity()可以突破这个限制达到Integer.MAX_VALUE
// 数组需要-8: 有些虚拟机在数组中保留了一些头信息。避免内存溢出
/**
* The maximum size of array to allocate.
* Some VMs reserve some header words in an array.
* Attempts to allocate larger arrays may result in
* OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
*/
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
需要注意的是ArrayList存储的最大量其实跟你设置的内存也是有关系的。
ArrayList 的删除操作
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 remove method that skips bounds checking and does not
* return the value removed.
*/
private void fastRemove(int index) {
modCount++;
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
// 将index后面的舒服复制到index处
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
//置空
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
}
ArrayList 的扩容
- 通过grow函数 创建一个新的数组，赋予新的长度然后覆盖掉原来的数组
// 添加函数
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);//空数组扩容默认值和需要的长度 取最大值
}
return minCapacity;
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
// modCount: 继承自AbstractList 用于防止一个迭代器(Iterator)对集合进行修改而另一个迭代器对其进行遍历时，产生混乱的现象(并发场景下)。与modCount 搭配的是 expectedModCount
modCount++;
// overflow-conscious code
// 需要的长度比数组长度大，此时确实需要扩容
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
// 目标扩容为原数组长度的1.5倍
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
// 需要的长度比计算值大的话 取最大值
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
// 如果计算后的值比ArrayList 的MAX_ARRAY_SIZE属性还要大的话，进行终极扩容
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
// 拷贝到新数组中
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
// 溢出
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
// 最大值为Integer.MAX_VALUE 此时多余的会被舍弃掉
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}
1.2 LinkedList
- 随机访问第n个元素需要从头开始，如果大于size()/2 则从尾端开始搜索
- 相比数组实现的ArrayList
- 提供了无界队列功能下面有说到
- 插入删除时较arrayList 好
- 适合插入和删除
- ListIterator 接口提供两个方法可以反向遍历链表
- previous
- hasPrevious
1.3 Vector
- 线程安全 因为需要同步所以会耗费大量时间
- 通过synchronized实现加锁
2. Set
2.1 HashSet
散列集
- 通过散列表为每个对象计算一个散列码，也称之为hash code 它是一个整数(可以是负数)
- 通过链表数组实现
- 数组的部分被称之为桶（bucket）
- 桶默认16个
- 当装填因子0.75，表中超过75%的位置已经被填入则会用双倍的桶数自动进行再散列（扩容并重新计算hash code）
- jdk8 中桶满时会从链表变为平衡二叉树
- 相比较于List
- 不可重复
- 无序
- 可快快速查看某个元素，而不必遍历List来查找
- 底层实现通过HashMap
- 将值放到key中 value为空的object
2.2 TreeSet
- 树集比散列集有所改进，是一个有序的集合
- 因此迭代器是以排好的顺序来访问每个元素的
- 排序的规则是实现 Coompareable接口或使用Comparator
- 排序是通过树结构来完成的(红黑树)
- 相比较散列集而言，插入时会有一个排序的过程，所以会慢一些(慢多少是根据数据而言，或许相差很小)
3. Queue
- Deque: 双端队列 ，有两个端头的队列。不支持在队列中间添加元素
- java 中的链表都是都是双向链接的
- 队列的实现方式有两种： 数组或链表
3.1 ArrayDeque
- 通过数组实现
- 有边界 但是效率高
3.2 LinkedList
- 通过链表实现
- 无边界 没有数组实现效率高
3.3 PriorityQueue
优先级队列
- 优先级队列的典型案例是任务调度
- 每当启动一个新的任务时，都将优先级最高的任务从队列中删除)
- 1 设为“最高” 优先
- 通过堆来实现的 ，自我调整的二叉树 可以在删除和添加操作时，让最小的元素移动到根。
比较
- 如果需要收集的对象没有上限就使用链表，如果是一个有界的(容量有限)，就使用数组实现。
参考资料
- java核心技术卷一
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