一.集合的体系结构：
List、Set、Map是这个集合体系中最主要的三个接口。 List和Set继承自Collection接口。 Map也属于集合系统，但和Collection接口不同。
Set不允许元素重复。HashSet和TreeSet是两个主要的实现类。Set 只能通过游标来取值，并且值是不能重复的。
List有序且允许元素重复。ArrayList、LinkedList和Vector是三个主要的实现类。 ArrayList 是线程不安全的， Vector 是线程安全的，这两个类底层都是由数组实现， LinkedList 是线程不安全的，底层是由链表实现的
Map 是键值对集合。其中key列就是一个集合，key不能重复，但是value可以重复。 HashMap、TreeMap和Hashtable是Map的三个主要的实现类。 HashTable 是线程安全的，不能存储 null 值 HashMap 不是线程安全的，可以存储 null 值
1.ArrayList 源码分析
package java.util;
2
3 public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
4 implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
5 {
6 // 序列版本号
7 private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
8
9 // 保存ArrayList中数据的数组
10 private transient Object[] elementData;
11
12 // ArrayList中实际数据的数量
13 private int size;
14
15 // ArrayList带容量大小的构造函数。
16 public ArrayList(int initialCapacity) {
17 super();
18 if (initialCapacity < 0)
19 throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
20 initialCapacity);
21 // 新建一个数组
22 this.elementData = new Object[initialCapacity];
23 }
24
25 // ArrayList构造函数。默认容量是10。
26 public ArrayList() {
27 this(10);
28 }
29
30 // 创建一个包含collection的ArrayList
31 public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
32 elementData = c.toArray();
33 size = elementData.length;
34 // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
35 if (elementData.getClass() != Object[].class)
36 elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
37 }
38
39
40 // 将当前容量值设为 =实际元素个数
41 public void trimToSize() {
42 modCount++;
43 int oldCapacity = elementData.length;
44 if (size < oldCapacity) {
45 elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
46 }
47 }
48
49
50 // 确定ArrarList的容量。
51 // 若ArrayList的容量不足以容纳当前的全部元素，设置 新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”
52 public void ensureCapacity(int minCapacity) {
53 // 将“修改统计数”+1
54 modCount++;
55 int oldCapacity = elementData.length;
56 // 若当前容量不足以容纳当前的元素个数，设置 新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”
57 if (minCapacity > oldCapacity) {
58 Object oldData[] = elementData;
59 int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;
60 if (newCapacity < minCapacity)
61 newCapacity = minCapacity;
62 elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
63 }
64 }
65
66 // 添加元素e
67 public boolean add(E e) {
68 // 确定ArrayList的容量大小
69 ensureCapacity(size + 1); // Increments modCount!!
70 // 添加e到ArrayList中
71 elementData[size++] = e;
72 return true;
73 }
74
75 // 返回ArrayList的实际大小
76 public int size() {
77 return size;
78 }
79
80 // 返回ArrayList是否包含Object(o)
81 public boolean contains(Object o) {
82 return indexOf(o) >= 0;
83 }
84
85 // 返回ArrayList是否为空
86 public boolean isEmpty() {
87 return size == 0;
88 }
89
90 // 正向查找，返回元素的索引值
91 public int indexOf(Object o) {
92 if (o == null) {
93 for (int i = 0; i < size; i++)
94 if (elementData[i]==null)
95 return i;
96 } else {
97 for (int i = 0; i < size; i++)
98 if (o.equals(elementData[i]))
99 return i;
100 }
101 return -1;
102 }
103
104 // 反向查找，返回元素的索引值
105 public int lastIndexOf(Object o) {
106 if (o == null) {
107 for (int i = size-1; i >= 0; i--)
108 if (elementData[i]==null)
109 return i;
110 } else {
111 for (int i = size-1; i >= 0; i--)
112 if (o.equals(elementData[i]))
113 return i;
114 }
115 return -1;
116 }
117
118 // 反向查找(从数组末尾向开始查找)，返回元素(o)的索引值
119 public int lastIndexOf(Object o) {
120 if (o == null) {
121 for (int i = size-1; i >= 0; i--)
122 if (elementData[i]==null)
123 return i;
124 } else {
125 for (int i = size-1; i >= 0; i--)
126 if (o.equals(elementData[i]))
127 return i;
128 }
129 return -1;
130 }
131
132
133 // 返回ArrayList的Object数组
134 public Object[] toArray() {
135 return Arrays.copyOf(elementData, size);
136 }
137
138 // 返回ArrayList的模板数组。所谓模板数组，即可以将T设为任意的数据类型
139 public <T> T[] toArray(T[] a) {
140 // 若数组a的大小 < ArrayList的元素个数；
141 // 则新建一个T[]数组，数组大小是“ArrayList的元素个数”，并将“ArrayList”全部拷贝到新数组中
142 if (a.length < size)
143 return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());
144
145 // 若数组a的大小 >= ArrayList的元素个数；
146 // 则将ArrayList的全部元素都拷贝到数组a中。
147 System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
148 if (a.length > size)
149 a[size] = null;
150 return a;
151 }
152
153 // 获取index位置的元素值
154 public E get(int index) {
155 RangeCheck(index);
156
157 return (E) elementData[index];
158 }
159
160 // 设置index位置的值为element
161 public E set(int index, E element) {
162 RangeCheck(index);
163
164 E oldValue = (E) elementData[index];
165 elementData[index] = element;
166 return oldValue;
167 }
168
169 // 将e添加到ArrayList中
170 public boolean add(E e) {
171 ensureCapacity(size + 1); // Increments modCount!!
172 elementData[size++] = e;
173 return true;
174 }
175
176 // 将e添加到ArrayList的指定位置
177 public void add(int index, E element) {
178 if (index > size || index < 0)
179 throw new IndexOutOfBoundsException(
180 "Index: "+index+", Size: "+size);
181
182 ensureCapacity(size+1); // Increments modCount!!
183 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
184 size - index);
185 elementData[index] = element;
186 size++;
187 }
188
189 // 删除ArrayList指定位置的元素
190 public E remove(int index) {
191 RangeCheck(index);
192
193 modCount++;
194 E oldValue = (E) elementData[index];
195
196 int numMoved = size - index - 1;
197 if (numMoved > 0)
198 System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
199 numMoved);
200 elementData[--size] = null; // Let gc do its work
201
202 return oldValue;
203 }
204
205 // 删除ArrayList的指定元素
206 public boolean remove(Object o) {
207 if (o == null) {
208 for (int index = 0; index < size; index++)
209 if (elementData[index] == null) {
210 fastRemove(index);
211 return true;
212 }
213 } else {
214 for (int index = 0; index < size; index++)
215 if (o.equals(elementData[index])) {
216 fastRemove(index);
217 return true;
218 }
219 }
220 return false;
221 }
222
223
224 // 快速删除第index个元素
225 private void fastRemove(int index) {
226 modCount++;
227 int numMoved = size - index - 1;
228 // 从"index+1"开始，用后面的元素替换前面的元素。
229 if (numMoved > 0)
230 System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
231 numMoved);
232 // 将最后一个元素设为null
233 elementData[--size] = null; // Let gc do its work
234 }
235
236 // 删除元素
237 public boolean remove(Object o) {
238 if (o == null) {
239 for (int index = 0; index < size; index++)
240 if (elementData[index] == null) {
241 fastRemove(index);
242 return true;
243 }
244 } else {
245 // 便利ArrayList，找到“元素o”，则删除，并返回true。
246 for (int index = 0; index < size; index++)
247 if (o.equals(elementData[index])) {
248 fastRemove(index);
249 return true;
250 }
251 }
252 return false;
253 }
254
255 // 清空ArrayList，将全部的元素设为null
256 public void clear() {
257 modCount++;
258
259 for (int i = 0; i < size; i++)
260 elementData[i] = null;
261
262 size = 0;
263 }
264
265 // 将集合c追加到ArrayList中
266 public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
267 Object[] a = c.toArray();
268 int numNew = a.length;
269 ensureCapacity(size + numNew); // Increments modCount
270 System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
271 size += numNew;
272 return numNew != 0;
273 }
274
275 // 从index位置开始，将集合c添加到ArrayList
276 public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
277 if (index > size || index < 0)
278 throw new IndexOutOfBoundsException(
279 "Index: " + index + ", Size: " + size);
280
281 Object[] a = c.toArray();
282 int numNew = a.length;
283 ensureCapacity(size + numNew); // Increments modCount
284
285 int numMoved = size - index;
286 if (numMoved > 0)
287 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
288 numMoved);
289
290 System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
291 size += numNew;
292 return numNew != 0;
293 }
294
295 // 删除fromIndex到toIndex之间的全部元素。
296 protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
297 modCount++;
298 int numMoved = size - toIndex;
299 System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,
300 numMoved);
301
302 // Let gc do its work
303 int newSize = size - (toIndex-fromIndex);
304 while (size != newSize)
305 elementData[--size] = null;
306 }
307
308 private void RangeCheck(int index) {
309 if (index >= size)
310 throw new IndexOutOfBoundsException(
311 "Index: "+index+", Size: "+size);
312 }
313
314
315 // 克隆函数
316 public Object clone() {
317 try {
318 ArrayList<E> v = (ArrayList<E>) super.clone();
319 // 将当前ArrayList的全部元素拷贝到v中
320 v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
321 v.modCount = 0;
322 return v;
323 } catch (CloneNotSupportedException e) {
324 // this shouldn't happen, since we are Cloneable
325 throw new InternalError();
326 }
327 }
328
329
330 // java.io.Serializable的写入函数
331 // 将ArrayList的“容量，所有的元素值”都写入到输出流中
332 private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
333 throws java.io.IOException{
334 // Write out element count, and any hidden stuff
335 int expectedModCount = modCount;
336 s.defaultWriteObject();
337
338 // 写入“数组的容量”
339 s.writeInt(elementData.length);
340
341 // 写入“数组的每一个元素”
342 for (int i=0; i<size; i++)
343 s.writeObject(elementData[i]);
344
345 if (modCount != expectedModCount) {
346 throw new ConcurrentModificationException();
347 }
348
349 }
350
351
352 // java.io.Serializable的读取函数：根据写入方式读出
353 // 先将ArrayList的“容量”读出，然后将“所有的元素值”读出
354 private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
355 throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
356 // Read in size, and any hidden stuff
357 s.defaultReadObject();
358
359 // 从输入流中读取ArrayList的“容量”
360 int arrayLength = s.readInt();
361 Object[] a = elementData = new Object[arrayLength];
362
363 // 从输入流中将“所有的元素值”读出
364 for (int i=0; i<size; i++)
365 a[i] = s.readObject();
366 }
367 }
重要的成员：Object[] elementData
int size 有效元素的个数
其实数组的初始大小是10
扩容 后移的操作
移除元素要做前移操作
(01) ArrayList 实际上是通过一个数组去保存数据的。当我们构造ArrayList时；若使用默认构造函数，则ArrayList的默认容量大小是10。
(02) 当ArrayList容量不足以容纳全部元素时，ArrayList会重新设置容量：新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”。
(03) ArrayList的克隆函数，即是将全部元素克隆到一个数组中。
(04) ArrayList实现java.io.Serializable的方式。当写入到输出流时，先写入“容量”，再依次写入“每一个元素”；当读出输入流时，先读取“容量”，再依次读取“每一个元素”。
注意：ArrayList 这种有数组作为底层的操作 最好估算元素的多少来制定底层数组的大小 来避免扩容操作，因为扩充操作会产生垃圾，占用内存，性能较差
2.LinkedList
操作和ArrayList 用法类似 提供了丰富的头尾操作
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