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深入剖析Java集合框架源码详解

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281页

"【死磕Java集合】是一份深入剖析Java标准库中各种集合框架的详细文档，涵盖了从基础到高级的各种数据结构和并发安全的集合类。该资源由一系列章节组成，全面解析了LinkedList、ArrayList、CopyOnWriteArrayList、HashMap、LinkedHashMap、WeakHashMap、TreeMap（分四部分）、HashSet、LinkedHashSet、TreeSet、CopyOnWriteArraySet、ConcurrentSkipListSet、ArrayBlockingQueue、PriorityQueue、PriorityBlockingQueue、SynchronousQueue、LinkedTransferQueue、ConcurrentLinkedQueue、DelayQueue、ArrayDeque以及高级并发安全的ConcurrentSkipListMap和ConcurrentHashMap（分三部分）。每一种集合类的源码分析都包括了类的内部结构、工作原理、关键方法的实现细节、性能优化策略以及线程安全性的讨论。例如，LinkedList和ArrayList分别基于单链表和动态数组，展示了其插入和删除操作的效率差异；CopyOnWriteArrayList则在读多写少的场景下提供了高效的并发控制；HashMap利用哈希表实现快速查找，而LinkedHashMap保持元素的插入顺序，WeakHashMap利用弱引用处理对象清理问题。 TreeMap和HashSet是基于红黑树和哈希集的数据结构，各有其排序和唯一性保证的特点；ConcurrentHashMap利用分段锁设计实现了线程安全的同时保持高性能，是并发编程中的重要工具。总结篇可能会对整个学习过程进行回顾，提炼核心知识点，并提供实战应用的建议。这份PDF文档适合对Java集合框架有深入研究需求的开发者，无论是初学者还是经验丰富的开发者，都能从中获益匪浅，理解并掌握Java集合类的设计理念和底层实现机制。通过阅读和实践这些源码，开发者可以提升自己的代码质量和并发处理能力。"

资源详情

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/**

* 把传入集合的元素初始化到ArrayList中

public ArrayList(Collection<? extends E> c) {

// 集合转数组

elementData = c.toArray();

if ((size = elementData.length) != 0) {

// 检查c.toArray()返回的是不是Object[]类型，如果不是，重新拷贝成Object[].class类型

if (elementData.getClass() != Object[].class)

elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);

} else {

// 如果c的空集合，则初始化为空数组EMPTY_ELEMENTDATA

this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;

}

为什么

c.toArray();

返回的有可能不是Object[]类型呢？请看下面的代码：

public class ArrayTest {

public static void main(String[] args) {

Father[] fathers = new Son[]{};

// 打印结果为class [Lcom.coolcoding.code.Son;

System.out.println(fathers.getClass());

List<String> strList = new MyList();

// 打印结果为class [Ljava.lang.String;

System.out.println(strList.toArray().getClass());

}

class Father {}

class Son extends Father {}

class MyList extends ArrayList<String> {

/**

* 子类重写父类的方法，返回值可以不一样

* 但这里只能用数组类型，换成Object就不行

* 应该算是java本身的bug

@Override

public String[] toArray() {

// 为了方便举例直接写死

return new String[]{"1", "2", "3"};

}

add(E e)方法

添加元素到末尾，平均时间复杂度为O(1)。

【死磕 Java 集合】— ArrayList源码分析 https://www.printfriendly.com/p/g/YviTPh

第4页共12页 2020/10/10 13:02

public boolean add(E e) {

// 检查是否需要扩容

ensureCapacityInternal(size + 1);

// 把元素插入到最后一位

elementData[size++] = e;

return true;

}

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {

ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));

}

private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {

// 如果是空数组DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA，就初始化为默认大小10

if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {

return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);

}

return minCapacity;

}

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {

modCount++;

if (minCapacity - elementData.length > 0)

// 扩容

grow(minCapacity);

}

private void grow(int minCapacity) {

int oldCapacity = elementData.length;

// 新容量为旧容量的1.5倍

int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

// 如果新容量发现比需要的容量还小，则以需要的容量为准

if (newCapacity - minCapacity < 0)

newCapacity = minCapacity;

// 如果新容量已经超过最大容量了，则使用最大容量

if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)

newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);

// 以新容量拷贝出来一个新数组

elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);

}

（1）检查是否需要扩容；

（2）如果elementData等于DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA则初始化容

量大小为DEFAULT_CAPACITY；

（3）新容量是老容量的1.5倍（oldCapacity + (oldCapacity >> 1)），如果加了这么多容量

发现比需要的容量还小，则以需要的容量为准；

（4）创建新容量的数组并把老数组拷贝到新数组；

add(int index, E element)方法

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第5页共12页 2020/10/10 13:02

添加元素到指定位置，平均时间复杂度为O(n)。

public void add(int index, E element) {

// 检查是否越界

rangeCheckForAdd(index);

// 检查是否需要扩容

ensureCapacityInternal(size + 1);

// 将inex及其之后的元素往后挪一位，则index位置处就空出来了

System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,

size - index);

// 将元素插入到index的位置

elementData[index] = element;

// 大小增1

size++;

}

private void rangeCheckForAdd(int index) {

if (index > size || index < 0)

throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));

}

（1）检查索引是否越界；

（2）检查是否需要扩容；

（3）把插入索引位置后的元素都往后挪一位；

（4）在插入索引位置放置插入的元素；

（5）大小加1；

addAll 方法

求两个集合的并集。

/**

* 将集合c中所有元素添加到当前ArrayList中

public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {

// 将集合c转为数组

Object[] a = c.toArray();

int numNew = a.length;

// 检查是否需要扩容

ensureCapacityInternal(size + numNew);

// 将c中元素全部拷贝到数组的最后

System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);

// 大小增加c的大小

size += numNew;

// 如果c不为空就返回true，否则返回false

return numNew != 0;

}

（1）拷贝c中的元素到数组a中；

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第6页共12页 2020/10/10 13:02

（2）检查是否需要扩容；

（3）把数组a中的元素拷贝到elementData的尾部；

get(int index)方法

获取指定索引位置的元素，时间复杂度为O(1)。

public E get(int index) {

// 检查是否越界

rangeCheck(index);

// 返回数组index位置的元素

return elementData(index);

}

private void rangeCheck(int index) {

if (index >= size)

throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));

}

E elementData(int index) {

return (E) elementData[index];

}

（1）检查索引是否越界，这里只检查是否越上界，如果越上界抛出

IndexOutOfBoundsException异常，如果越下界抛出的是

ArrayIndexOutOfBoundsException异常。

（2）返回索引位置处的元素；

remove(int index)方法

删除指定索引位置的元素，时间复杂度为O(n)。

public E remove(int index) {

// 检查是否越界

rangeCheck(index);

modCount++;

// 获取index位置的元素

E oldValue = elementData(index);

// 如果index不是最后一位，则将index之后的元素往前挪一位

int numMoved = size - index - 1;

if (numMoved > 0)

System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);

// 将最后一个元素删除，帮助GC

elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

// 返回旧值

return oldValue;

}

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第7页共12页 2020/10/10 13:02

（1）检查索引是否越界；

（2）获取指定索引位置的元素；

（3）如果删除的不是最后一位，则其它元素往前移一位；

（4）将最后一位置为null，方便GC回收；

（5）返回删除的元素。

可以看到，

ArrayList

删除元素的时候并没有缩容。

remove(Object o)方法

删除指定元素值的元素，时间复杂度为O(n)。

public boolean remove(Object o) {

if (o == null) {

// 遍历整个数组，找到元素第一次出现的位置，并将其快速删除

for (int index = 0; index < size; index++)

// 如果要删除的元素为null，则以null进行比较，使用==

if (elementData[index] == null) {

fastRemove(index);

return true;

}

} else {

// 遍历整个数组，找到元素第一次出现的位置，并将其快速删除

for (int index = 0; index < size; index++)

// 如果要删除的元素不为null，则进行比较，使用equals()方法

if (o.equals(elementData[index])) {

fastRemove(index);

return true;

}

return false;

}

private void fastRemove(int index) {

// 少了一个越界的检查

modCount++;

// 如果index不是最后一位，则将index之后的元素往前挪一位

int numMoved = size - index - 1;

if (numMoved > 0)

System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);

// 将最后一个元素删除，帮助GC

elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

}

（1）找到第一个等于指定元素值的元素；

（2）快速删除；

fastRemove(int index)

相对于

remove(int index)

少了检查索引越界的操作，可见

jdk

将性能

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