JAVA之集合（一）

一、集合的用途

在java中，为了方便操作多个对象，我们需要使用到集合（容器）；

二、集合的基本框架体系

JAVA之集合（一）

三、List集合

ArrayList

1、基本特性

ArrayList是基于动态数组实现的，在增删时候，需要数组的拷贝复制；
ArrayList的默认初始化容量是10，每次扩容时候增加原先容量的一半，也就是变为原来的1.5倍；
插入元素时，可插入到最前面、中间任一位置、最后面，但不能隔空插入元素（例如ArrayList中已有两个元素，分别在index为0和1的位置，此时可以插入到index为0,1,2的位置，但不可以插入到index为3及3以上的位置（IndexOutOfBoundsException））；
删除元素时不会减少容量，若希望减少容量则调用trimToSize()；
随机查找速度快，插入删除速度慢（插入删除均需移动元素）；
非线程安全（需要同步时可使用Vector类）
能存放null值；

2、基本属性

JAVA之集合（一）
查看源码可知：在未指定具体初始化容量值时，容器的初始容量则为10,。我们注意到源码中有两个空数组对象EMPTY_ELEMENTDATA和DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA，它俩有什么区别和作用呢？继续看源码：

再结合了整体源码，我们可以发现只有无参构造用了DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA常量，另外都是用了EMPTY_ELEMENTDATA。也就是说，虽然都是空数组对象，但是EMPTY_ELEMENTDATA是使用带初始化值的构造方法（初始值为0）时使用的，而DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA是使用默认的构造方法，也即是无参的构造方法时使用的，从意义上做了区分。另外，EMPTY_ELEMENTDATA的存在，
在创建空数组的时候，可以减少不必要的空数组的创建，因为它们都指向了EMPTY_ELEMENTDATA。

3、常见方法及原理分析

a、add(E element)

该方法用于在集合中添加元素，添加的位置是在末尾。
首先我们来看一下方法的具体代码：
JAVA之集合（一）
可以看到，添加元素之前，会先去检查一下数组容量是否满足要求，我们来看一下ensureCapacityInternal()的方法，如下：

这里其他两个相关的函数也一并贴上来了，整体的流程就是，根据ensureCapacityInternal()方法中传入的minCapacity，来和现有数组的容量做对比，判断此插入操作是否需要进行数组扩容。另外，在calculateCapacity()方法中可以发现：如果是无参构造函数生成的ArrayList对象，在第一次添加元素的时候，数组都需要扩容，且初始容量是10。接着，我们来看一下数组的扩容操作grow()方法：
JAVA之集合（一）
在代码中我们可以看到，扩容的时候，首先是扩展到原有数组容量的1.5倍，如果还是不够（小于minCapacity），就直接扩展到目标值（minCapacity），接着再跟MAX_ARRAY_SIZE做比较，如果比MAX_ARRAY_SIZE还大，就直接扩容到Integer.MAX_VALUE，最后，进行数据拷贝（底层调用的是System.arraycopy()）。

小结：先检查容量是否满足需求：满足，直接添加；不满足，扩容，然后添加。

b、add(int index, E element)

该方法会将元素添加到指定的位置。
同样，我们先来看一下源码：
JAVA之集合（一）
可以看到，指定位置插入元素时，会先去检查是否越界插入，rangeCheckForAdd()代码如下：

（注意该处范围检测与get和set有些不同）
接着，会去检查容量是否满足插入元素的操作，然后调用底层的System.arraycopy()对数组的内容进行迁移（也就是复制拷贝），最后，将元素插入到数组中。

c、get(int index)

该方法用于返回指定位置上的元素。
源码如下，比较简单：
JAVA之集合（一）
两个步骤：先检查下标是否越界，如没有越界则返回对应位置元素的值。
检测越界的代码如下：

可以看到，rangeCheck()与rangeCheckForAdd()是不同的。

d、set(int index, E element)

该方法用于设置对应位置的元素值
源码如下：
JAVA之集合（一）
同样，首先会检查下标是否越界，如果不越界，则用新传入的元素覆盖掉原来的元素，并把原来的元素返回。

e、remove(int index)

该方法用于移除指定位置上的元素。
源码如下：
JAVA之集合（一）
同样，先判断下标是否越界，如果不越界，则判断该移除操作是否需要移动元素（移除的是最后一个元素则不需要移动其他元素），需要则移动（复制拷贝），最后，将移除的元素返回。
注意到 elementData[–size] = null，将无效元素置空，能更及时GC。

LinkedList

1、基本特性

一种可以在任何位置进行高效地插入和删除操作的有序序列；
随机查找速度慢，插入删除速度快；
底层实现是链表（双向链表）；

2、基本属性

JAVA之集合（一）
可以看到，特有的变量不是很多，其中比较重要的就是first和last，用来指向链表的头部和尾部。其中，节点Node的结构如下：

3、基本方法

a、add(E e)

该方法用于将元素添加到链表的末端。
源码如下：
JAVA之集合（一）
我们来看一下linkLast()方法的内部是怎样实现的，

大概流程就是，先备份原有末端节点，再根据传递进来的元素生成新的节点，并让last变量指向它。再判断是否是第一个添加的节点，如果是，则first变量也指向它，如果不是，则把原先末端节点的next变量指向它。

b、add(int index, E element)

该方法用于将元素添加到链表中的指定位置。
源码如下：
JAVA之集合（一）

流程：先检查下标是否越界，然后判断是否为尾部插入，如果是，则效果类似add(E e)，如果不是则调用linkBefore()方法（这里注意一下，node(index)是返回对应下标的节点），我们看一下linkBefore()的内部是怎样实现的：
JAVA之集合（一）
流程：备份index原先对应位置的节点的前节点，再根据传递进来的元素生成新节点，并把index原先对应位置的节点的prev指向新生成的节点，接下来判断新节点插入的位置是不是链表的头部，如果是，将first变量指向新节点，如果不是，则将index原先对应位置节点的前节点的next指针指向新节点（感觉还是看代码容易懂，这样太绕）。

c、remove(int index)

该方法用于在链表中移除指定位置的元素。
源码如下：
JAVA之集合（一）

流程：同样，先检查下标是否超过范围（这里注意到检查的范围跟add(int index, E element)不一样，下面get和set也是一样），如果不超过范围，则根据该下标对应节点找到它的前驱节点和后继节点，然后将前驱节点的next指向后继节点，后继节点的prev指向前驱节点，细节操作请unlink()的代码。