深入学习Java之Vector
前言
在前面我们学习了关于List接口中的几个实现ArrayList、LinkedList以及Queue接口的实现ProrityQueue、接下来我们来学习另外一个比较常用的List接口的实现Vector，Vector属于元老级别的容器了，从JDK1.0就已经存在了，实现基本上跟ArrayList是类似的，只不过由于Vector加多了一些同步机制，保证Vector是线程安全的(还记得吗，之前学过的那几个容器都是非线程安全的)
Vector的继承结构
首先先来看下Vector的继承结构
Vector继承结构
从上图中可以看到，Vector所继承或者实现的类/接口都是之前所接触过的，言下之意，除非Vector自身新增了一些方法，否则，Vector的操作方式是跟ArrayList的操作是基本相同的，由于我们在前面的内容中已经学习过了上面所涉及到的相关接口，这里就不再重复了，如果还不是很熟悉的话，可以翻阅前面的内容进行学习
Vector源码剖析
接下来我们来深入学习Vector的源码
Vector的组成
// 内部实现为Object数组
protected Object[] elementData;
// 实际元素的数量
protected int elementCount;
构造方法
// 指定容量以及指定扩容时的增长量
public Vector(int initialCapacity, int capacityIncrement) {
super();
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
this.elementData = new Object[initialCapacity];
this.capacityIncrement = capacityIncrement;
}
// 指定初始化容量，默认扩容时的增长量为0
public Vector(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, 0);
}
// 空构造方法，默认初始化容量为10
public Vector() {
this(10);
}
// 使用容器进行构造
public Vector(Collection<? extends E> c) {
// 直接将容器转为数组，并且指向该数组
elementData = c.toArray();
elementCount = elementData.length;
// 如果容器中元素的类型不是Object，则进行转换
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, elementCount, Object[].class);
}
插入元素
// 需要注意的是，这里的操作使用了synchronized修饰
public synchronized boolean add(E e) {
modCount++;
// 确保容量
ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
// 默认插入在最后面
elementData[elementCount++] = e;
return true;
}
// 默认在最后插入元素
public synchronized void addElement(E obj) {
modCount++;
ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
elementData[elementCount++] = obj;
}
// 在指定位置插入元素
public synchronized void insertElementAt(E obj, int index) {
modCount++;
if (index > elementCount) {
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index
+ " > " + elementCount);
}
ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
// 将数组中index后面的内容后移
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, elementCount - index);
elementData[index] = obj;
elementCount++;
}
// 在指定位置插入元素，这里可以看到，底层是使用insertElementAt方法
public void add(int index, E element) {
insertElementAt(element, index);
}
// 将容器的内容插入到Vector中，默认是插入在后面
public synchronized boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
modCount++;
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityHelper(elementCount + numNew);
// 直接将a的内容拷贝到elementData后面
System.arraycopy(a, 0, elementData, elementCount, numNew);
elementCount += numNew;
return numNew != 0;
}
// 在指定位置加入容器中的所有元素
public synchronized boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
modCount++;
if (index < 0 || index > elementCount)
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityHelper(elementCount + numNew);
int numMoved = elementCount - index;
// 如果需要移动的元素大于0，也就是
// 插入的位置不是在当前Vector的最后面，则将index之后的
// 元素先后移
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
numMoved);
// 将新的元素拷贝至当前数组
System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
elementCount += numNew;
return numNew != 0;
}
确保容量以及动态增长
// 确保容量
private void ensureCapacityHelper(int minCapacity) {
// 如果所需要的最小容量大于当前数组的长度，则进行扩容
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
// 动态增长
private void grow(int minCapacity) {
int oldCapacity = elementData.length;
// 如果构造Vector的时候，有传入增长的数量，则使用该数组
// 否则，默认的增长为原来容量的一倍
int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ?
capacityIncrement : oldCapacity);
// 如果增长之后发现小于所需要的最小容量
// 则使用所需的最小容量
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
// 如果新的容量大于允许的最大值，则不使用该值
// 直接进行所需要的最小容量确认，注意，此时的最小容量是比较大
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// 将旧的数组中的元素拷贝至新的数组中
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
// 最大容量确定
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
// 如果此时的容量小于0，说明出现了溢出，从上面的内容可以
// 知道，minCapacity = elementCount + 新加入的数据的长度
// 此时有可能会导致整数溢出，所以需要进行特殊判断
if (minCapacity < 0)
throw new OutOfMemoryError();
// 如果所申请的内存大于允许的最大值，则使用Integer.MAX_VALUE
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}
获取元素
// 获取第一个元素
public synchronized E firstElement() {
if (elementCount == 0) {
throw new NoSuchElementException();
}
return elementData(0);
}
// 获取最后一个元素
public synchronized E lastElement() {
if (elementCount == 0) {
throw new NoSuchElementException();
}
return elementData(elementCount - 1);
}
// 指定位置的元素
public synchronized E elementAt(int index) {
if (index >= elementCount) {
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " + elementCount);
}
return elementData(index);
}
// 获取指定位置的元素
public synchronized E get(int index) {
if (index >= elementCount)
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
return elementData(index);
}
// 返回元素，这里直接将Object类型转化为泛型所指定的类型
E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
}
获取元素的索引
// 查找指定元素的索引
public int indexOf(Object o) {
return indexOf(o, 0);
}
// 从指定位置开始，查找指定元素的索引
public synchronized int indexOf(Object o, int index) {
// 如果元素是null，则返回第一个null元素的索引
if (o == null) {
for (int i = index ; i < elementCount ; i++)
if (elementData[i]==null)
return i;
// 否则，返回第一个匹配的元素的索引
} else {
for (int i = index ; i < elementCount ; i++)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
// 如果找不到，则返回-1
return -1;
}
// 从后往前查找第一个匹配元素的索引
public synchronized int lastIndexOf(Object o) {
return lastIndexOf(o, elementCount-1);
}
// 从指定位置查找，从后往前第一个匹配的元素的索引
public synchronized int lastIndexOf(Object o, int index) {
if (index >= elementCount)
throw new IndexOutOfBoundsException(index + " >= "+ elementCount);
// 同上
if (o == null) {
for (int i = index; i >= 0; i--)
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = index; i >= 0; i--)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}
修改元素
// 将指定位置的元素的值设置为新的值
public synchronized void setElementAt(E obj, int index) {
if (index >= elementCount) {
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " +
elementCount);
}
elementData[index] = obj;
}
// 替换指定位置的元素值，并且返回旧值
public synchronized E set(int index, E element) {
if (index >= elementCount)
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
return oldValue;
}
删除元素
// 删除指定位置的元素
public synchronized E remove(int index) {
modCount++;
if (index >= elementCount)
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
E oldValue = elementData(index);
int numMoved = elementCount - index - 1;
// 如果需要移动的元素数量大于0，也就是删除的元素不是最后一个元素
// 则将后面的元素前移
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
// 将最后面的元素(此时所有的元素已经前移了一个位置)指向null
// 辅助垃圾回收机制进行垃圾回收
elementData[--elementCount] = null;
return oldValue;
}
// 删除第一个匹配的元素
public boolean remove(Object o) {
return removeElement(o);
}
// 删除指定元素
public synchronized boolean removeElement(Object obj) {
modCount++;
// 查找第一个找到的元素
int i = indexOf(obj);
if (i >= 0) {
removeElementAt(i);
return true;
}
return false;
}
// 删除指定位置的元素
public synchronized void removeElementAt(int index) {
modCount++;
if (index >= elementCount) {
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " +
elementCount);
}
else if (index < 0) {
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
}
int j = elementCount - index - 1;
if (j > 0) {
System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, j);
}
elementCount--;
elementData[elementCount] = null; /* to let gc do its work */
}
// 删除指定范围的元素
protected synchronized void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
modCount++;
int numMoved = elementCount - toIndex;
System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,
numMoved);
// Let gc do its work
int newElementCount = elementCount - (toIndex-fromIndex);
while (elementCount != newElementCount)
elementData[--elementCount] = null;
}
// 删除所有元素
public synchronized void removeAllElements() {
modCount++;
// 所有元素指向null，方便垃圾回收器进行垃圾回收
for (int i = 0; i < elementCount; i++)
elementData[i] = null;
elementCount = 0;
}
// 删除容量中包含的元素
public synchronized boolean removeAll(Collection<?> c) {
return super.removeAll(c);
}
// 删除不包含在容器中的元素
public synchronized boolean retainAll(Collection<?> c) {
return super.retainAll(c);
}
// 清除容器中的元素
public void clear() {
removeAllElements();
}
其他常用操作
// 查看是否包含容器中的所有元素
public synchronized boolean containsAll(Collection<?> c) {
return super.containsAll(c);
}
// 将Vector转成array
public synchronized Object[] toArray() {
return Arrays.copyOf(elementData, elementCount);
}
// 将Vector转成array
public synchronized <T> T[] toArray(T[] a) {
if (a.length < elementCount)
return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, elementCount, a.getClass());
System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, elementCount);
if (a.length > elementCount)
a[elementCount] = null;
return a;
}
// 查看是否包含某个元素
public boolean contains(Object o) {
return indexOf(o, 0) >= 0;
}
// 返回枚举对象
public Enumeration<E> elements() {
return new Enumeration<E>() {
int count = 0;
public boolean hasMoreElements() {
return count < elementCount;
}
public E nextElement() {
synchronized (Vector.this) {
if (count < elementCount) {
return elementData(count++);
}
}
throw new NoSuchElementException("Vector Enumeration");
}
};
}
// 判断是否为空
public synchronized boolean isEmpty() {
return elementCount == 0;
}
// 查看元素个数
public synchronized int size() {
return elementCount;
}
// 查看容量
public synchronized int capacity() {
return elementData.length;
}
// 手动调整数组的大小，如果指定的容量比当前容量小
// 会删除后面的元素
public synchronized void setSize(int newSize) {
modCount++;
if (newSize > elementCount) {
ensureCapacityHelper(newSize);
} else {
for (int i = newSize ; i < elementCount ; i++) {
elementData[i] = null;
}
}
elementCount = newSize;
}
// 将容量缩减为元素个数大小
public synchronized void trimToSize() {
modCount++;
int oldCapacity = elementData.length;
if (elementCount < oldCapacity) {
elementData = Arrays.copyOf(elementData, elementCount);
}
}
// 将数组的元素拷贝至指定的数组中
public synchronized void copyInto(Object[] anArray) {
System.arraycopy(elementData, 0, anArray, 0, elementCount);
}
总结
本小节主要学习了Vector，从上面的代码分析中可以看到，Vector的基本操作和实现都是与ArrayList类似的，不过ArrayList是非线程安全的，而Vector是线程安全的，言下之意，当在多线程环境下使用List容器时，Vector是比较好的选择，不过，由于进行同步等的操作，Vector的效率理论上会比其他几个List的操作低一些，而在非多线程的环境下，则可以根据需要选择ArrayList或者LinkedList，以便达到更高的效率
