读JDK源码-集合部分

以前读过一遍JDK源码的集合部分，读完了一段时间后忘了，直到有一次面试简历上还写着读过JDK集合部分的源码，但面试官让我说说，感觉记得不是很清楚了，回答的也模模糊糊的，哎，老了记性越来越差了，所以再回头来读一遍，并且在这里做个笔记，省的又忘了，java.util里的集合类的源代码本身不是很难，就一个一个的记录吧：
（1）.ArrayList：
此类底层数据结构是数组：

private transient Object[] elementData;

另外还有一个属性是用来记录size的，感觉JDK源码实现的确实很优雅，他里面的属性不多也不少，都用到很精妙。
三个构造函数：

public ArrayList(int initialCapacity) {
	super();
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
	this.elementData = new Object[initialCapacity];
    }
public ArrayList() {        //[b]由这个无参构造可以看得出默认分配的capacity是10个[/b]
	this(10);
    }
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
	elementData = c.toArray();
	size = elementData.length;
	// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
	if (elementData.getClass() != Object[].class)
	    elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
    }

添加一个元素：

    //默认添加到数组最末尾
    public boolean add(E e) {
	ensureCapacity(size + 1);  // Increments modCount!!
	elementData[size++] = e;
	return true;
    }
//ensureCapacity方法确认一下数组长度，当长度不够minCapacity时就重新分配数组空间，在add方法中调用了此方法，传递给形参minCapacity的值为size+1、即有当前一个元素的空间就可以了，由此可以看出ArrayList的空间不是预先加载的，int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1就表示新添加到空间的大小是原来长度的一半。
    public void ensureCapacity(int minCapacity) {
	modCount++;
	int oldCapacity = elementData.length;
	if (minCapacity > oldCapacity) {
	    Object oldData[] = elementData;
	   [b] int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1[/b];
    	    if (newCapacity < minCapacity)
		newCapacity = minCapacity;
            // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
	}
    }
//此方法是在指定位置添加一个元素，将此位置后的元素向后移动一个空间。
    public void add(int index, E element) {
	if (index > size || index < 0)
	    throw new IndexOutOfBoundsException(
		"Index: "+index+", Size: "+size);

	ensureCapacity(size+1);  // Increments modCount!!
	System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
			 size - index);
	elementData[index] = element;
	size++;
    }

添加一个集合进来：
  

 
//追加一个集合到list中，先确认了数组空间是否能容纳的下要添加到元素，然后利用了System.arraycopy方法将所有元素复制进数组中，实现起来很容易。
   public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
	Object[] a = c.toArray();
        int numNew = a.length;
	ensureCapacity(size + numNew);  // Increments modCount
        System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
        size += numNew;
	return numNew != 0;
    }
    public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
	if (index > size || index < 0)
	    throw new IndexOutOfBoundsException(
		"Index: " + index + ", Size: " + size);

	Object[] a = c.toArray();
	int numNew = a.length;
	ensureCapacity(size + numNew);  // Increments modCount

	int numMoved = size - index;
	if (numMoved > 0)
	    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
			     numMoved);

        System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
	size += numNew;
	return numNew != 0;
    }

remove(int index),get和set方法都是直接对数组指定位置的元素进行操作。
remove(Object obj),indexOf(Object obj)方法这样一些方法都是对数组的遍历，ArrayList中运行存放null，ArrayList是比较简单的。
（2）.HashMap：
HashMap就是用hash方式映射key-value，底层实现是数组+链表的方式，通过hash码定位索引，如果有重复的索引存在就以链表的方式存放索引相同的元素，HashMap中会预分配空间，初始默认分配16个空间存放元素。
以数组+链表的方式存放元素：

transient Entry[] table;
Entry是一个静态内部类，他实现的是[b]Map接口中的一个内部接口[/b]，接口也可以有嵌套定义的，长见识了。:

   static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;//默认的初始分配空间大小
   static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; //最大能分配的空间，写JDK的人真能装的，好端端的写个常数就行了，1左移一次相当于乘2，那就是2^30=1073741824（我也是计算器算的）
   static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; //默认的加载因子。

  static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final K key;
        V value;
        Entry<K,V> next;       //典型的单向列表，后面的LinkedList还用到了双向列表。
        final int hash;
      .......
   }

Map中的Entry就不在此列出了。。。
再看看他的变态的hash方法，我也没看明白，就先放这把，哪位要是看懂了给我回复一下：
 

 static int hash(int h) {
        // This function ensures that hashCodes that differ only by
        // constant multiples at each bit position have a bounded
        // number of collisions (approximately 8 at default load factor).
        h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
        return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
    }

接下来我们就来看看HashMap是怎么样进行增删改查的
增加元素：
 

   //可以添加<null,null>进去哎 
     public V put(K key, V value) {
        if (key == null)   
            return putForNullKey(value);
        int hash = hash(key.hashCode());
        int i = indexFor(hash, table.length);
        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {  //遍历链表，如果元素已经存在就更新，否则就在链表中添加一个。
            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;
    }
//根据hash值计算索引位置的
   static int indexFor(int h, int length) {
        return h & (length-1);
    }
//添加到元素不存在，在链表头添加元素
   void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
	Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
        table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
        if (size++ >= threshold)
            resize(2 * table.length);
    }
//既然看到resize方法就说一下吧
在addEntry方法里看到一个threshold的属性，该属性的值为capacity * loadFactor，当当前元素的个数超过threshold时就扩展数组大小，包括链表上面的元素。
    void resize(int newCapacity) {
        Entry[] oldTable = table;
        int oldCapacity = oldTable.length;
        if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return;
        }

        Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
        transfer(newTable);
        table = newTable;
        threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
    }

移除一个元素，因为这里涉及到数组和链表两种数据结构，所以移除时要分清楚：
 

final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) {
        int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());
        int i = indexFor(hash, table.length);
        Entry<K,V> prev = table[i];
        Entry<K,V> e = prev;     //prev和e都初始为链表第一个元素

        while (e != null) {    //检查链表
            Entry<K,V> next = e.next;
            Object k;
            if (e.hash == hash &&
                ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
                modCount++;
                size--;
                if (prev == e) //移除的就是链表第一个元素
                    table[i] = next;
                else        //要移除的就是e，将prev的next指向e的next。
                    prev.next = next;
                e.recordRemoval(this);//看了一下这个方法里没有代码。
                return e;     //移除后的元素就交给GC了。
            }
            prev = e;
            e = next;
        }

        return e;
    }

查找就不多说了，看代码也比较简单。
（3）.HashSet
看完了HashMap再看HashSet比较简单了，因为HashSet底层是HashMap实现的，要添加的元素作为HashMap的key，private static final Object PRESENT = new Object();作为value，由此可见HashSet是不允许有重复元素的。

    public boolean add(E e) {
	return map.put(e, PRESENT)==null;   //put方法返回与key关联的旧值，如果没有旧值就返回null，而在HashSet中PRESENT是个常量，所以第一次add时返回true，以后add时返回false，表示重复添加了，但实际上也添加进去了，只是key都一样，value都是PRESENT.
    }
    public boolean remove(Object o) {
	return map.remove(o)==PRESENT;
    }
    public void clear() {
	map.clear();
    }
    public Iterator<E> iterator() {
	return map.keySet().iterator();
    }

（4）.LinkedList
现在该LinkedList出场了，这个是我们数据结构里所学的双向链表，如果数据结构双向链表学到不错的话这个里面的代码也挺好理解的，首先看看他的field和constructor：

private transient Entry<E> header = new Entry<E>(null, null, null);

 public LinkedList() {
        header.next = header.previous = header; //一开始表头元素的前驱和后继都指向了自己
    }
//静态内部类
    private static class Entry<E> {
	E element;
	Entry<E> next;
	Entry<E> previous;

	Entry(E element, Entry<E> next, Entry<E> previous) {
	    this.element = element;
	    this.next = next;
	    this.previous = previous;
	}
    }

以下几个增删查到方法都比较简单。
   

public E getFirst() {
	if (size==0)
	    throw new NoSuchElementException();

	return header.next.element;
    }
    public E getLast()  {
	if (size==0)
	    throw new NoSuchElementException();

	return header.previous.element;
    }

    public E removeFirst() {
	return remove(header.next);
    }

    public E removeLast() {
	return remove(header.previous);
    }

    public void addFirst(E e) {
	addBefore(e, header.next);
    }

    public void addLast(E e) {
	addBefore(e, header);
    }
    public void push(E e) {
        addFirst(e);
    }
    public E pop() {
        return removeFirst();
    }

// 更新:
    public E set(int index, E element) {
        Entry<E> e = entry(index);
        E oldVal = e.element;
        e.element = element;
        return oldVal;
    }
    private Entry<E> entry(int index) {
        if (index < 0 || index >= size)
            throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+
                                                ", Size: "+size);
        Entry<E> e = header;
        if (index < (size >> 1)) {  //entry方法在此处采用了二分法查找
            for (int i = 0; i <= index; i++)
                e = e.next;
        } else {
            for (int i = size; i > index; i--)
                e = e.previous;
        }
        return e;
    }

【补充】迭代器：待续