JAVA集合框架 - Collection

collection大致介绍

Collection是集合层次结构中的根接口。

集合表示一组对象。有些集合允许重复元素，有些则不允许。有些是有序的，有些是无序的。

JDK没有提供此接口的任何直接实现:它提供了更具体的子接口(如Set和List)的实现。

这个接口通常用于在需要最大通用性的地方传递和操作集合包或多集(可能包含重复元素的无序集合)应该直接实现此接口。

Collection的大致结构体系:

其中常用的有:

List, ArrayList, LinkedList, Vector.

Set, HashSet, TreeSet, LinkedHashList

下文中会挨个看看大致的特性和部分源码.

Collection接口提供的功能:

1.添加:

    // 添加一个元素.

    boolean add(E e);

    // 添加多个元素.

    boolean addAll(Collection<? extends E> c);

2.删除:

    // 删除一个元素.

    boolean remove(Object o);

    // 删除多个元素.

    boolean removeAll(Collection<?> c);

    // 清空集合

    void clear();

3.判断:

    // 判断是否为空,为空则返回true

    boolean isEmpty();

    // 判断是否包含元素

    boolean contains(Object o);

    // 是否全部包含指定元素

    boolean containsAll(Collection<?> c);

    // 判断是否相等

    boolean equals(Object o);

4.获取:

    // 继承自Iterable<E>的迭代器, 用于遍历所有元素

    Iterator<E> iterator();

    // 返回集合的哈希码

    int hashCode();

5.长度:

    //返回此集合中的元素数目。如果数量超过int最大值就返回int最大值

    int size();

6.交集:

    // 移除未包含在c中的所有元素.返回值表示是否发生过移除操作

    boolean retainAll(Collection<?> c);

7. 转换

    // 转换为数组

    Object[] toArray();

    // 转换为特定类型的数组

    <T> T[] toArray(T[] a);

8. 流操作

    // 串行流操作

    default Stream<E> stream()

    // 并行流操作

    default Stream<E> parallelStream()

Iterator 大致介绍

Iterator(迭代器),用于以迭代的方式遍历集合.

是一种模式、详细可见迭代器设计模式.

可以使得序列类型的数据结构的遍历行为与被遍历的对象分离，即我们无需关心该序列的底层结构是什么样子的。

只要拿到这个对象,使用迭代器就可以遍历这个对象的内部。

一般是在集合内提供私有的实现方法,用于迭代集合类.

Tterator提供的接口:

// 是否有下一个元素

boolean hasNext();

// 返回迭代中的下一个元素。

E next();

/**

 * 从基础集合中移除此迭代器返回的最后一个元素(可选操作)。

 * 此方法在每次调用next时只能调用一次。

 * 如果没有继承方法,默认会抛出 UnsupportedOperationException("remove") 异常

 */

default void remove()

// 提供函数式编程

default void forEachRemaining(Consumer<? super E> action)

Fail-Fast 机制

概念

fail-fast机制，即快速失败机制，是java集合中的一种错误检测机制。

当在迭代集合的过程中集合的结构发生改变(对集合结构的操作会记录操作次数)，就会发生fail-fast，抛出ConcurrentModificationException异常。

在面对并发修改时，迭代器会快速而干净地失败，而不是在将来某个不确定的时间冒任意的、不确定的行为的风险。

fail-fast机制并不保证在不同步的修改下一定抛出异常，它只是尽最大努力去发现并抛出异常，迭代器的快速故障行为应该只用于检测bug。

源码中如何实现的

以为迭代ArrayList为例:

fail-fast的实现依赖于ArrayList<E>的父类AbstractList<E>,在AbstractList<E>中,有一个protected transient int modCount = 0;的成员变量来记录集合被操作的次数.

在ArrayList中, add,remove,replace等操作都会有modCount++来记录集合的被操作次数.

在进行迭代的过程中调用每个方法前对modCount和开始迭代时记录的expectedModCount进行比对. 如果不一样就快速抛出ConcurrentModificationException错误,防止因为意外产生错误.

// 调用迭代器

public Iterator<E> iterator() {

    return new Itr();

}

// ArrayList中自己实现的迭代器部分代码

private class Itr implements Iterator<E> {

        int cursor;       // index of next element to return

        int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such

        // 初始化时记录当前的操作数

        int expectedModCount = modCount;

        ......

        ......

        @SuppressWarnings("unchecked")

        public E next() {

            checkForComodification();

            ......

            ......

        }

        // 比对操作数的值是否有差异

        final void checkForComodification() {

            if (modCount != expectedModCount)

                throw new ConcurrentModificationException();

        }

    }

值传递和引用传递, 深复制和浅复制

值传递和引用传递概念:

值传递（pass by value）是指在调用函数时将实际参数复制一份传递到函数中，这样在函数中如果对参数进行修改，将不会影响到实际参数.
引用传递（pass by reference）是指在调用函数时将实际参数的地址直接传递到函数中，那么在函数中对参数所进行的修改，将影响到实际参数.

在java中, 基本类型变量传递的是值的副本, 相当于把自己赋值一份传递,即使自己的副本变了,自己也不会改变.

而对象型变量, java传递的是引用的副本(复制指向地址的指针),而不是自己实际值的副本.所以传递后的对象被改变的话, 之前的对象也会同步改变.因为指向的内存中的实际对象被改变了.

P.S.在这里, String类型有些特殊, 一方面, String属于对象, 传递的是引用的副本, 另一方面,String的特殊结构(字符串常量都存在堆内存中的字符串常量池中), 且String不可更改, 只能创建新的.所以String传递后更改也不会影响之前的.

深复制和浅复制概念:

浅拷贝：对基本数据类型进行值传递，对引用数据类型进行引用传递般的拷贝，此为浅拷贝。
深拷贝：对基本数据类型进行值传递，对引用数据类型，创建一个新的对象，并复制其内容，此为深拷贝。

Collection中引用的System.arraycopy()就属于浅拷贝.