java集合框架

1、總體框架設(shè)計(jì)圖

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2恕稠、具體實(shí)現(xiàn)類分析

2.1琅绅、ArrayList

2.1.1、屬性

// 默認(rèn)初始化大小
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

// 初始化時(shí)鹅巍,指定大小為0時(shí)千扶,使用該變量
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

// 初始化時(shí)料祠,沒有指定大小時(shí),使用該變量
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

//真正存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的地方
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

//記錄當(dāng)前存儲(chǔ)了多少數(shù)據(jù)
private int size;

//記錄對(duì)當(dāng)前List操作的次數(shù)澎羞,在Iterator迭代時(shí)髓绽,刪除數(shù)據(jù),會(huì)拋出異常就是根據(jù)該值進(jìn)行判斷的,
//該值是在AbstractList中定義的
private int modCount

2.1.2妆绞、new ArrayList的三種方式

//指定默認(rèn)大小
public ArrayList(int initialCapacity) {
    if (initialCapacity > 0) {
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
    } else if (initialCapacity == 0) {
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    } else {
        throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                           initialCapacity);
    }
}

//不指定大小
public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

//使用collection子類初始化使用Arrays.copyOf(其實(shí)底層是System.arraycopy)
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;
    }
}

2.1.3顺呕、add方法

public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

/**
     * 該方法做了兩件事
     * 1.檢查當(dāng)前elementData大小是否需要擴(kuò)容
     * 2.擴(kuò)容
     */
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}

/**
 * 計(jì)算最小容量大小,可以看到摆碉,如果使用的是new ArrayList()這個(gè)構(gòu)造函數(shù)塘匣,那么這里會(huì)返回最小默認(rèn)容量
 * 10,這里minCapacity的值為size+1
 */
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    return minCapacity;
}

//操作次數(shù)+1巷帝,判斷是否需要擴(kuò)容
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++; //操作次數(shù)+1

    // overflow-conscious code
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        grow(minCapacity); //當(dāng)前容量小于前面函數(shù)calculateCapacity返回的最小容量是忌卤,擴(kuò)容處理
}

//擴(kuò)容處理
private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length; //獲取原來的容量大小
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //新容量大小大概為老的1.5倍,這里使用的是位運(yùn)算。相對(duì)十進(jìn)制運(yùn)行比較快
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);// 會(huì)將所有的數(shù)據(jù)復(fù)制一份到新數(shù)組楞泼,所以ArrayList每次擴(kuò)容都會(huì)比較慢驰徊,特別是數(shù)據(jù)大的情況下
    }

2.2、LinkedList

2.2.1堕阔、屬性

transient int size = 0; //記錄當(dāng)前數(shù)據(jù)量

transient Node<E> first;//頭指針

transient Node<E> last;//尾指針

/**私有的靜態(tài)內(nèi)部類棍厂,存儲(chǔ)數(shù)據(jù)
  * 可以看到LinkedList是雙向指針
  */
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;
        }
    }

2.2.2、add方法

public boolean add(E e) {
    linkLast(e);
    return true;
}

//尾插法
void linkLast(E e) {
        final Node<E> l = last;
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
        last = newNode;
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

2.3超陆、HashMap

2.3.1牺弹、屬性

//默認(rèn)初始容量
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

//最大容量,指的是數(shù)組大小
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

//默認(rèn)的負(fù)載因子时呀,據(jù)說是根據(jù)泊松分布算出來的(不負(fù)責(zé)該說法的準(zhǔn)確性张漂,手動(dòng)狗頭)
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

//鏈表的大小超過該值就會(huì)變?yōu)榧t黑樹
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

//紅黑的大小小于該值就會(huì)變?yōu)殒湵?static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

//暫時(shí)不清楚該值的作用
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

//實(shí)際存儲(chǔ)數(shù)據(jù)
transient Node<K,V>[] table;

transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;

//map的實(shí)際大小
transient int size;

// map被操作的次數(shù)
transient int modCount;

//The next size value at which to resize (capacity * load factor).
int threshold;

//用戶指定的負(fù)載因子
final float loadFactor;

2.3.2、put方法

/**
  *實(shí)際是調(diào)私有方法putVal
  */
public V put(K key, V value) {
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

/**
  *計(jì)算key的hash值
  *
  *一篇很詳細(xì)的文章介紹map的hash計(jì)算為什么這么設(shè)計(jì):https://www.zhihu.com/question/20733617
  *核心目的:為了提高 存儲(chǔ)key-value的數(shù)組下標(biāo)位置 的隨機(jī)性 & 分布均勻性谨娜,盡量避免出現(xiàn)hash值沖突航攒。
  * 即:對(duì)于不同key,存儲(chǔ)的數(shù)組下標(biāo)位置要盡可能不一樣
  */
static final int hash(Object key) {
        int h;
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }

/**
  * 該函數(shù)主要做幾件事:
  * 1.數(shù)組不存在時(shí)或者大小為0時(shí)趴梢,擴(kuò)容
  * 2.尾插法插入數(shù)據(jù)
  * 3.判斷是否需要(紅黑樹->鏈表漠畜,鏈表->紅黑樹)
  */
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length; //數(shù)組不存在時(shí)或者大小為0時(shí),重新計(jì)算大小
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null); //數(shù)組下標(biāo)i沒有值時(shí)(也就是沒有沖突時(shí))坞靶,直接放入數(shù)據(jù)
        else {
            /**
              *發(fā)生了hash沖突憔狞,分情況處理
              *
              */
            Node<K,V> e; K k;
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p; //key是一樣的,直接返回
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        if (++size > threshold)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

/**
  *該函數(shù)實(shí)現(xiàn)map的擴(kuò)容操作
  *1.每次擴(kuò)容為原來的兩倍大小
  *2.重建hash表(耗時(shí)最多的部分)
  *3.
  *
  */
final Node<K,V>[] resize() {
        Node<K,V>[] oldTab = table;
        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
        int oldThr = threshold;
        int newCap, newThr = 0; //新的容量彰阴,新的擴(kuò)容閾值
        if (oldCap > 0) {
            //最大值了躯喇,無法再擴(kuò)容了
            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
                threshold = Integer.MAX_VALUE;
                return oldTab;
            }
            //擴(kuò)容兩倍,閾值變?yōu)閮杀?            else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                     oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
                newThr = oldThr << 1; // double threshold
        }
        else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
            newCap = oldThr;
        else {   
            //使用默認(rèn)值進(jìn)行初始化硝枉,newCap=16廉丽,newThr=12
            newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
            newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
        }
        if (newThr == 0) {
            float ft = (float)newCap * loadFactor;
            newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                      (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
        }
        threshold = newThr;
        
       /**
         *重頭戲:重建hash表
         * 
         */
        @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
            Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
        table = newTab;
        if (oldTab != null) {
            for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
                Node<K,V> e;
                if ((e = oldTab[j]) != null) {
                    oldTab[j] = null;
                     //沒有尾巴時(shí),直接重新計(jì)算下標(biāo)妻味,放入新數(shù)組
                    if (e.next == null)
                        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                    else if (e instanceof TreeNode)
                        ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                    else { // preserve order
                        Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                        Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                        Node<K,V> next;
                        do {
                            next = e.next;
                            
                            /**
                              *解釋下這里分兩個(gè)if計(jì)算的原因:
                              *這里有兩個(gè)前提:
                              *1.hashMap計(jì)算數(shù)組下標(biāo)的公式:key.hash & (table.length-1)
                              *2.table.lenght的值一定是偶數(shù)
                              *
                              *這里我們假設(shè)oldCap = 16.則(table.lenght-1)=15
                              *那么newCap就=32正压,則(table.lenght-1)=31
                              *
                              *計(jì)算數(shù)組下標(biāo)就像下面這樣:
                              *x,????(數(shù)據(jù)的hash值)
                              *0,1111(15)
                              *1,1111(31)
                              *可以看出來,重hash時(shí)责球,完全取決于數(shù)據(jù)的hash多出來的一位(也就是x)是0還是
                              *1焦履。是0則在新數(shù)組的下標(biāo)就不變,是1則在新數(shù)組的下標(biāo)為oldCap+原下標(biāo)
                              */
                            //還是原來的下標(biāo)
                            if ((e.hash & oldCap) == 0) {
                                if (loTail == null)
                                    loHead = e;
                                else
                                    loTail.next = e;
                                loTail = e;
                            }
                            //原來的下標(biāo)+oldCap
                            else {
                                if (hiTail == null)
                                    hiHead = e;
                                else
                                    hiTail.next = e;
                                hiTail = e;
                            }
                        } while ((e = next) != null);
                        if (loTail != null) {
                            loTail.next = null;
                            newTab[j] = loHead;
                        }
                        if (hiTail != null) {
                            hiTail.next = null;
                            newTab[j + oldCap] = hiHead;
                        }
                    }
                }
            }
        }
        return newTab;
    }

//待續(xù):鏈表轉(zhuǎn)紅黑樹

2.3.3雏逾、get方法

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    開封第一講書人閱讀 39,008評(píng)論 0 276
  • 序言:老撾萬榮一對(duì)情侶失蹤适滓,失蹤者是張志新(化名)和其女友劉穎敦迄,沒想到半個(gè)月后,有當(dāng)?shù)厝嗽跇淞掷锇l(fā)現(xiàn)了一具尸體粒竖,經(jīng)...
    沈念sama閱讀 45,443評(píng)論 1 314
  • 正文 獨(dú)居荒郊野嶺守林人離奇死亡颅崩,尸身上長有42處帶血的膿包…… 初始之章·張勛 以下內(nèi)容為張勛視角 年9月15日...
    茶點(diǎn)故事閱讀 37,649評(píng)論 3 334
  • 正文 我和宋清朗相戀三年,在試婚紗的時(shí)候發(fā)現(xiàn)自己被綠了蕊苗。 大學(xué)時(shí)的朋友給我發(fā)了我未婚夫和他白月光在一起吃飯的照片沿后。...
    茶點(diǎn)故事閱讀 39,795評(píng)論 1 347
  • 序言:一個(gè)原本活蹦亂跳的男人離奇死亡,死狀恐怖朽砰,靈堂內(nèi)的尸體忽然破棺而出尖滚,到底是詐尸還是另有隱情,我是刑警寧澤瞧柔,帶...
    沈念sama閱讀 35,501評(píng)論 5 345
  • 正文 年R本政府宣布漆弄,位于F島的核電站,受9級(jí)特大地震影響造锅,放射性物質(zhì)發(fā)生泄漏撼唾。R本人自食惡果不足惜,卻給世界環(huán)境...
    茶點(diǎn)故事閱讀 41,119評(píng)論 3 328
  • 文/蒙蒙 一哥蔚、第九天 我趴在偏房一處隱蔽的房頂上張望倒谷。 院中可真熱鬧,春花似錦糙箍、人聲如沸渤愁。這莊子的主人今日做“春日...
    開封第一講書人閱讀 31,731評(píng)論 0 22
  • 文/蒼蘭香墨 我抬頭看了看天上的太陽抖格。三九已至,卻和暖如春,著一層夾襖步出監(jiān)牢的瞬間雹拄,已是汗流浹背收奔。 一陣腳步聲響...
    開封第一講書人閱讀 32,865評(píng)論 1 269
  • 我被黑心中介騙來泰國打工, 沒想到剛下飛機(jī)就差點(diǎn)兒被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留办桨,地道東北人筹淫。 一個(gè)月前我還...
    沈念sama閱讀 47,899評(píng)論 2 370
  • 正文 我出身青樓,卻偏偏與公主長得像呢撞,于是被迫代替她去往敵國和親。 傳聞我的和親對(duì)象是個(gè)殘疾皇子饰剥,可洞房花燭夜當(dāng)晚...
    茶點(diǎn)故事閱讀 44,724評(píng)論 2 354