Java 集合源码剖析系列02： Collection架构

2019-04-28 本文已影响0人 Mr_Ares

1. 概要：

首先，我们来看下 Collection的一些框架类的关系如下图：

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> 从图中我们可以看到，Collection 是一个接口，主要分支有list 和set接口，list 和set 接口有他们各自的实现类。通过接口进行抽象，接口允许我们操作集合时不必关注具体实现，从而达到“多态”。

为了方便我们抽象出了AbstractCollection抽象类，它实现了Collection中的绝大部分函数；这样，在Collection的实现类中，我们就可以通过继承AbstractCollection省去重复编码。AbstractList和 AbstractSet都继承于AbstractCollection，具体的List实现类继承于AbstractList，而Set的实现类则继承于AbstractSet。

而Collection中有一个iterator()函数，它的作用是返回一个Iterator接口。通常，我们通过Iterator迭代器来遍历集合。ListIterator是List接口所特有的，在List接口中，通过ListIterator()返回一个ListIterator对象。

接下来，我们分别对 Collection, List，set, AbstractCollection, AbstractList, AbstractSet, iterator, ListIterator 逐个介绍：

2. Collection简介 :

Collection 接口定义如下：

public interface Collection<E> extends Iterable<E> {}

Collection 作为集合的根接口，是高度抽象出来的集合，它定义了一组对象和它的子类需要实现的基本操作：比如添加、删除、清空、遍历(读取)、是否为空、获取大小等等。

定义了的方法如下：

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1. 对集合的基础操作，比如 :
  int size() // 获取元素个数
  boolean isEmpty() // 集合里面数据元素是否为空
  boolean contains(Object element) // 是否包含指定元素
  Iterator<E> iterator() // 获取元素的迭代器
  boolean add(E element) / /添加元素，成功时返回 true
  boolean remove(Object element) // 删除元素，成功时返回 true
  int hashCode(); // 返回集合元素的hashcode值
  boolean equals(Object o); // object 对象与此集合元素进行相等性比较
1. 对整个集合操作的一些方法，如下 :
  boolean containsAll(Collection<?> c); //是否包含指定集合 c 的全部元素
  boolean addAll(Collection<? extends E> c); //添加集合C中所有元素到本集合中
  boolean removeAll(Collection<?> c); 删除本集合中存在 c 集合中的元素
  default boolean removeIf(Predicate<? super E> filter) {} 删除本集合中满足Predicat 集合要求中的元素
  boolean retainAll(Collection<?> c) // 保留本集合中与 c 集合中两者共有的
  void clear() // 删除所有元素
1. 对转化为数组操作的方法有：
  Object[] toArray(); // 返回一个包含集合中所有元素的数组
  <T> T[] toArray(T[] a); // 返回一个包含集合中所有元素的数组，运行时根据集合元素的类型指定数组的类型
  default <T> T[] toArray(IntFunction<T[]> generator) {} // 返回一个包含此collection中所有元素的数组，使用函数分配返回的数组。
1. 还提供了从集合获取连续的或者并行流方法如下：
  default Stream<E> stream() {}
  default Stream<E> parallelStream() {}

3. List 接口简介 :

List接口定义如下：

public interface List<E> extends Collection<E> {}

List 是一个元素有序的、可以重复、可以为 null 的集合
List 接口是继承于Collection接口，它自然就包含了Collection中的全部函数，除此之外新增的方法如下：

// 相比与Collection，List新增的API：

1. 位置相关：List 和数组一样，从 0 开始，我们可以根据元素在 list 中的位置进行操作，比如说 get, set, add, addAll, remove;
  E get(int index);
  E set(int index, E element);
  void add(int index, E element);
  boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c);
  E remove(int index);
2 . 搜索：查找list 中某个对象的位置，比如 indexOf, lastIndexOf;
int indexOf(Object o); // 返回在这个列表中，指定元素第一次出现的索引
int lastIndexOf(Object o);
3 . 迭代：使用 Iterator 的拓展版迭代器 ListIterator 进行迭代操作;
ListIterator<E> listIterator();
ListIterator<E> listIterator(int index);
1. 范围性操作：使用 subList 方法对 list 进行任意范围的操作。
  List<E> subList(int fromIndex, int toIndex);

4. Set 接口简介 :

Set 接口定义如下：

public interface Set<E> extends Collection<E> {}

Set 接口是一个继承于Collection的接口，Set是一个没有重复元素的集合,关于API方面。Set的API和Collection基本一样。

4. AbstractCollection 简介 :

AbstractCollection的定义如下：

public abstract class AbstractCollection<E> implements Collection<E> {}
------抽象类可以不用实现接口的全部方法

1. AbstractCollection 是 Java 集合框架中 Collection 接口的一个直接实现类，它实现了Collection接口中的大部分函数。从而方便其它类实现Collection，比如ArrayList、LinkedList等（通过继承AbstractCollection就已经实现了大部分的接口了）。
  ........
  AbstractCollection 实现Collection 的api 有：
  public boolean contains(Object o) {}
  public Object[] toArray() {}
  public <T> T[] toArray(T[] a) {}
  public boolean add(E e) {}
  public boolean remove(Object o) {}
  public boolean containsAll(Collection<?> c) {}
  public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {}
  public boolean removeAll(Collection<?> c) {}
  public boolean retainAll(Collection<?> c) {}
  public void clear() {}

5. AbstractList 简介 :

AbstractList 的定义如下：

public abstract class AbstractList<E> extends AbstractCollection<E> implements List<E> {}

1. AbstractList是一个继承于AbstractCollection，所以AbstractList 实现AbstractCollection 中的抽象函数： iterator() 和 size()，如果子类想要能够修改元素，还需要重写 add(), set(), remove() 方法，否则会报 UnsupportedOperationException 错。
1. AbstractList 内部已经提供了 Iterator, ListIterator 迭代器的实现类，分别为 Itr, ListItr,

6. AbstractSet简介 :

AbstractSet的定义如下：

public abstract class AbstractSet<E> extends AbstractCollection<E> implements Set<E> {}

1. AbstractSet是一个继承于AbstractCollection，由于Set接口和Collection接口中的API完全一样，Set也就没有自己单独的API，AbstractSet 抽象类中实现部分函数。

7. Iterator

Iterator的定义如下：

public interface Iterator<E> {}

1 . Iterator是一个接口，它是集合的迭代器。集合可以通过Iterator去遍历集合中的元素。Iterator提供的API接口，包括：是否存在下一个元素、获取下一个元素、删除当前元素。
主要函数如下：
boolean hasNext(); // 是否存在未遍历元素
E next(); // 返回下一个元素
default void remove() // 移除一个元素
default void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {} /// 流式遍历。遍历每个元素，并对其执行相应的择取操作。

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1. Iterator遍历Collection时，是fail-fast机制的；
  什么是fail-fast机制？
  当某一个线程遍历list的过程中，list的内容被另外一个线程所改变了；就会抛出ConcurrentModificationException异常，产生fail-fast事件。

8 . ListIterator

ListIterator的定义如下：

public interface ListIterator<E> extends Iterator<E> {}

ListIterator是一个继承于Iterator的接口，它是队列迭代器。专门用于便利List，能提供向前/向后遍历。相比于Iterator，它新增了添加、是否存在上一个元素、获取上一个元素等等API接口。

主要api 函数如下：

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