从源码角度解析 Java 集合框架

2019年3月9日 286次阅读 来源: HashMap源码分析

上次我的一篇博客《史上最最最简单的MVP教程》发布以后，很多人看了都觉得不错，浅显易懂，我也很高兴，谢谢那些支持我的人，我会做得更好。

ArrayList
允许重复的元素，允许null值，非线程同步的（Vector是同步的），其内部实现还是数组

    public boolean contains(Object o) {
        return indexOf(o) >= 0;
    }

    public int indexOf(Object o) {
        if (o == null) {
            for (int i = 0; i < size; i++)
                if (elementData[i]==null)
                    return i;
        } else {
            for (int i = 0; i < size; i++)
                if (o.equals(elementData[i]))
                    return i;
        }
        return -1;
    }

contains方法用来判断某个List中是否存在满足条件的object,我们看到它的返回值是indexOf(o)>=0;那我们来看看indexOf这个方法干嘛用的。首先判断这个Object是否为null，如果是null，那系统就会遍历列表中的数据，看看是否有没有哪个元素的值为null，如果有，就返回它的具体位置，如果没有，就返回-1。else代码块的思路也差不多，我就不啰嗦了。

    /**
     * Returns a shallow copy of this ArrayList instance.  (The
     * elements themselves are not copied.)
     *
     * @return a clone of this ArrayList instance
     */
    public Object clone() {
        try {
            @SuppressWarnings("unchecked")
                ArrayList
    
      v = (ArrayList
     
      ) super.clone(); v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size); v.modCount = 0; return v; } catch (CloneNotSupportedException e) { // this shouldn't happen, since we are Cloneable throw new InternalError(); } }

这个是克隆方法，从注释中可以看到，该克隆方法是“浅拷贝”，也就是说这种克隆方法只会克隆一个引用。举个栗子，我有一个list列表，该list列表有一个引用，这个引用就是我们的变量名，现在我克隆一下，会发生这样的事：我现在有两个变量名同时指向一个list列表，听懂了吧，所以只要其中一个变量名对列表进行了操作，那另外一个变量名访问列表的时候就是操作之后的数据。与之相反的还有一种“深拷倍”，深拷倍是什么，你们自己去研究吧，总要留点事情给你们自己做做，不能一动不动，要勤劳，知识要自己去收集

add方法不看源码，因为涉及到的方法很多，粘贴代码也挺麻烦的。直接给你们结论吧，结论：每次调用add方法的时候，系统会检测数据量是否超过ArrayList的最大承受范围，如果超过了，就先将ArrayList的容量扩大一倍，接着才会进行元素的添加；反之，如果数据量没有超过范围，那就正常添加数据，不会对ArrayList进行扩充。

remove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;
    }

系统先检查要remove元素的下标是否越界，如果没有越界，就将该元素后面的所有元素往前移一位，最后将需要删除的那个元素赋值null，目的是通知垃圾回收机制去回收该对象。注意到System.arraycopy这个方法了吗，该方法就是用来实现“将某个元素后面的所有元素往前移动一位”

ArrayList中的Iterator，这相当于一个遍历器，能够依次访问到每个元素

ArrayList中的一些常见的方法都分析完了，其他的如果想自己分析，就查看JDK源码吧。与arraylist类似的还有LinkedList，内部是一个双向链表，学过数据结构的同学都知道，链表的插入元素和删除元素的时候比较方便，所以当数据量非常大的时候，用LinkedList更高效。

不知道大家注意到没有，modCount这个变量几乎在所有的方法里都碰到了，我只知道它是用来计算ArrayList的修改次数的，但是为什么要计算修改次数，我也不是很清楚，如果有人知道的话，麻烦告诉我，谢谢啊

HashSet
开发中HashSet用的比较多，它不允许重复的元素，允许null值，而且是无序的，它内部是基于HashMap实现的。它有两个关键的因数，一个是capacity，另一个是load factor。官方建议不要将capacity设置太大或者将load factor设置太小。如果capacity设置太大，bucket就放不满，占用过多无效的内存空间；如果load factor设置过小，系统就会频繁得给bucket扩容，影响程序的运行效率。

    /**
     * Constructs a new, empty set; the backing HashMap instance has
     * default initial capacity (16) and load factor (0.75).
     */
    public HashSet() {
        map = new HashMap<>();
    }

从源码中可以看出，默认的capacity是16，load factor是0.75。具体意思就是当里面的元素个数达到16＊0.75=12时，系统就会为HashSet扩容，扩容到当前的两倍

    public int size() {
        return map.size();
    }
    public boolean contains(Object o) {
        return map.containsKey(o);
    }
    public boolean add(E e) {
        return map.put(e, PRESENT)==null;
    }
    public boolean remove(Object o) {
        return map.remove(o)==PRESENT;
    }
    public void clear() {
        map.clear();
    }

这几个方法内部都是通过HashMap来实现的，其他方法不赘述，其实都差不多 由于HashSet是无序的，所以没有办法通过正常的循环结构来遍历其中的数据，JDK给我们提供了Iterator接口，使用方法和ArrayList中的Iterator方法一样 与HashSet类似的还有LinkedHashSet，看名字就能猜得出来，内部实现原理是链表；TreeMap，可以用来排序的Set，初始化时候需要传一个Comparator参数

HashMap
HashMap允许空值，而Hashtable不允许空值 这里我们重点看put和get方法

    public V put(K key, V value) {
        //如果HashMap内部的table是空的，就实例化一个table
        if (table == EMPTY_TABLE) {
            inflateTable(threshold);
        }
        //如果key为null，就调用putForNullKey()
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);
        //如果key不为null，就找到key的hashcode所对应的地址，在该地址里面遍历所有的entry，看是否有相同的元素，相同则替换旧的value，不同就添加该元素
        int hash = hash(key);
        int i = indexFor(hash, table.length);
        for (Entry
    
      e = table[i]; e != null; e = e.next) { Object k; if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) { V oldValue = e.value; e.value = value; e.recordAccess(this); return oldValue; } } modCount++; addEntry(hash, key, value, i); return null; }

get方法原理跟这个差不多，就不赘述了
HashMap中值得注意的一个知识点是，要判断两个元素是否相等，必须要同时满足hashcode和equals相同，只要有其中一个值不相同，就视为不同元素
与HashMap类似的一些集合类使用方法跟它差不多，所有就不多说了，可以自己查看JDK源码学习

有关HashCode的知识点，我觉得大家有必要去了解一下，这个东西说难不难，说简单也不简单，知道原理就行，不资道的人还是去找点资料看看吧。

学会看源码是一个程序员必备的技能！

完整的代码已经上传到Github上，地址：github：https://github.com/Elder-Wu/Notes

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《从源码角度解析 Java 集合框架》

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    原文作者：HashMap源码分析
    原文地址: https://juejin.im/entry/5810090dda2f60004f4795b4
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