1. 总体来说
java中主要的集合接口有Collection、Map。Collection有一个父接口，Collection有三个子接口List、Set、Queue。
数据结构灰常重要，所以，从架构体系到代码需要深入理解。另外，会盗一些图，哈哈。
java集合框架.png
2.List 接口的实现——ArrayList
ArrayList 是我们最常用的java数据结构之一，通过学习其源码，主要掌握其实现原理、扩容机制以及一些主要方法的使用与实现。最后自己动手实现一个简单的ArrayList。
ArrayList.png
2.1 基本了解ArrayList
- ArrayList是基于数组实现的，是一个动态数组，其容量能自动增长，类似于C语言中的动态申请内存，动态增长内存。
- ArrayList不是线程安全的，只能用在单线程环境下，多线程环境下可以考虑用Collections.synchronizedList(List l)函数返回一个线程安全的ArrayList类，也可以使用concurrent并发包下的CopyOnWriteArrayList类。
- ArrayList实现了Serializable接口，因此它支持序列化，能够通过序列化传输，实现了RandomAccess接口，支持快速随机访问，实际上就是通过下标序号进行快速访问，实现了Cloneable接口，能被克隆。
- 每个ArrayList实例都有一个容量，该容量是指用来存储列表元素的数组的大小。它总是至少等于列表的大小。随着向ArrayList中不断添加元素，其容量也自动增长。自动增长会带来数据向新数组的重新拷贝，因此，如果可预知数据量的多少，可在构造ArrayList时指定其容量。在添加大量元素前，应用程序也可以使用ensureCapacity操作来增加ArrayList实例的容量，这可以减少递增式再分配的数量。
2.2 源码阅读理解
- 属性
// 默认初始化容量为10
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
//一个空的对象数组用来存储实例
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//使用默认构造函数时
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//当前数据对象，用transient 修饰，不参与序列化
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
//当前数组长度，并非容量
private int size;
//数组的最大长度
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
- 构造方法
初始化带容量的构造器
/**
*初始化时带容量如果大于0就new一个相应大小的对象数组；容量等于
*0就调用预先定义好的空的对象数组；如果容量小于0则抛出 IllegalArgumentException
*/
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);
}
}
默认构造器，容量是10
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
带Collention对象的构造器
1.把Collention对象转换成数组并且赋值给elementData,把数组的大小赋值给size
2.判断是否为空数组如果是空数组则把预先声明好的赋值给elementData；否则再做深拷贝
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;
}
}
- 主要方法（先主后次）
add方法
有两个，add(E e)和add(int index, E element)
/**
*1）确保数组已使用长度（size）加1之后足够存下 下一个数据
*2）修改次数modCount 标识自增1，如果当前数组已使用长度（size）加1后的大于当前的数组长度，则调用grow方法，增长数组，grow方法
*会将当前数组的长度变为原来容量的1.5倍。
*3）确保新增的数据有地方存储之后，则将新元素添加到位于size的位置上。
*4）返回添加成功布尔值。
*/
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
return minCapacity;
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
/**
* Increases the capacity to ensure that it can hold at least the
* number of elements specified by the minimum capacity argument.
*
* @param minCapacity the desired minimum capacity
*/
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
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);
}
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}
/**
* 在指定的位置插入元素
* list. Shifts the element currently at that position (if any) and
* any subsequent elements to the right (adds one to their indices).
*
* @param index index at which the specified element is to be inserted
* @param element element to be inserted
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
*/
public void add(int index, E element) {
//检查插入位置是否越界，如果index>size或则index<0 抛出IndexOutOfBoundsException异常
rangeCheckForAdd(index);
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
remove方法
一共涉及到四个方法分别是，E remove(int index) 、boolean remove(Object o)、 fastRemove(int index)、clear() 。
/**
* 移除指定位置的元素
* Shifts any subsequent elements to the left (subtracts one from their
* indices).
*
* @param index the index of the element to be removed
* @return the element that was removed from the list
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
*/
public E remove(int index) {
//边界检查
rangeCheck(index);
modCount++;
//需要移除的数据
E oldValue = elementData(index);
//计算需要移动的数量
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
//移除了一个元素，index后的元素都向前移动了一位，最后一个元素被孤立，需要被GC回收，这点effective java 中也有说明
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
return oldValue;
}
/**
* 遍历元素，通过匹配值，删除指定的对象
* if it is present. If the list does not contain the element, it is
* unchanged. More formally, removes the element with the lowest index
* <tt>i</tt> such that
* <tt>(o==null ? get(i)==null : o.equals(get(i)))</tt>
* (if such an element exists). Returns <tt>true</tt> if this list
* contained the specified element (or equivalently, if this list
* changed as a result of the call).
*
* @param o element to be removed from this list, if present
* @return <tt>true</tt> if this list contained the specified element
*/
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementData[index] == null) {
fastRemove(index);
return true;
}
} else {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (o.equals(elementData[index])) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}
/*
* 实现快熟删除，原理是向前移动数组，再把最后一个元素置空，让GC回收
* return the value removed.
*/
private void fastRemove(int index) {
modCount++;
//需要移动的元素个数
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
//把index后的元素向前复制移动 System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
}
/**
* 清空list，遍历数组把每个元素置空，让GC能够回收
* be empty after this call returns.
*/
public void clear() {
modCount++;
// clear to let GC do its work
for (int i = 0; i < size; i++)
elementData[i] = null;
size = 0;
}
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