再说Java集合，subList之于ArrayList

上一章说了很多ArrayList相关的内容，但还有一块儿内容没说到，那就是subList方法。先看一段代码

public static void testSubList() {
    List stringList = new ArrayList<>();
    stringList.add("牛魔王");
    stringList.add("蛟魔王");
    stringList.add("鹏魔王");
    stringList.add("狮驼王");
    stringList.add("猕猴王");
    stringList.add("禺贼王");
    stringList.add("美猴王");

    List substrings = stringList.subList(3,5);
    System.out.println(substrings.toString());
    System.out.println(substrings.size());
    substrings.set(1, "猪八戒");
    System.out.println(substrings.toString());
    System.out.println(stringList.toString());
}

看看执行结果如何？

[狮驼王, 猕猴王]
2
[狮驼王, 猪八戒]
[牛魔王, 蛟魔王, 鹏魔王, 狮驼王, 猪八戒, 禺贼王, 美猴王]

第一和第二的执行结果，非常容易理解，subList()方法作用就是截取集合stringList中一个范围内的元素。

第三和第四的执行结果都值得分析了，首先截取的字符串集合值为 [狮驼王, 猕猴王] ，但因为猕猴王在大雷音寺被美猴王打死了，我们用猪八戒来代替猕猴王；

因此我们通过substrings.set(1, "猪八戒")，将这个集合中第二个位置的值“猕猴王”设置为“猪八戒”，最终打印出来的结果也正是我们所预期的；但同时我们打印原集合stringList，发现其中的“猕猴王”也变成了“猪八戒”。这就比较奇怪了，两个问题：

1.我们操作的是截取后的集合，为什么原集合会变？

2.我们设置截取后某个位置（如第2个位置）的值，原集合改变的却不是对应位置的值？

一. subList原理初探

接下来我们带着问题寻找答案，我们看一下subList()的源码

/**
 * Returns a view of the portion of this list between the specified
 * {@code fromIndex}, inclusive, and {@code toIndex}, exclusive.  (If 
 * {@code fromIndex} and {@code toIndex} are equal, the returned list is 
 * empty.)  The returned list is backed by this list, so non-structural
 * changes in the returned list are reflected in this list, and vice-versa.
 * The returned list supports all of the optional list operations.
 *
 * 
This method eliminates the need for explicit range operations (of
 * the sort that commonly exist for arrays).  Any operation that expects
 * a list can be used as a range operation by passing a subList view
 * instead of a whole list.  For example, the following idiom
 * removes a range of elements from a list:
 * 
 *      list.subList(from, to).clear();
 * 
 * Similar idioms may be constructed for {@link #indexOf(Object)} and
 * {@link #lastIndexOf(Object)}, and all of the algorithms in the
 * {@link Collections} class can be applied to a subList.
 *
 * 
The semantics of the list returned by this method become undefined if
 * the backing list (i.e., this list) is structurally modified in
 * any way other than via the returned list.  (Structural modifications are
 * those that change the size of this list, or otherwise perturb it in such
 * a fashion that iterations in progress may yield incorrect results.)
 *
 * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
 * @throws IllegalArgumentException {@inheritDoc}
 */
public List subList(int fromIndex, int toIndex) {
    subListRangeCheck(fromIndex, toIndex, size);
    return new SubList(this, 0, fromIndex, toIndex);
}

看注释，大概有以下几个意思

1. 返回的是原集合在fromIndex和toIndex之间的元素的视图，虽然为视图，但支持集合的所有方法；
2. 当fromIndex和toIndex相同时，返回空的视图；
3. 任何对截取的视图的操作都会被原集合所取代；

看注释仅能知道我们例子最后的运行结果是正常的，但是对原理也还并不是特别清楚。我们继续看源码。

首先我们在例子中调用subList(3, 5)时，是new了一个SubList，这个SubList是ArrayList内部类，继承了AbstractList

private class SubList extends AbstractList implements RandomAccess {
    private final AbstractList parent;
    private final int parentOffset;
    private final int offset;
    int size;

    SubList(AbstractList parent, int offset, int fromIndex, int toIndex) {
        this.parent = parent;
        this.parentOffset = fromIndex;
        this.offset = offset + fromIndex;
        this.size = toIndex - fromIndex;
        this.modCount = ArrayList.this.modCount;
    }
}

从这个内部类的源码中，我们可以看到：

1. SubList并没有像ArrayList一样定义Object[]来存放数据，而定义了一个变量parent来保存传递的原集合；
2. 定义了一个offset用于保存进行偏移量，当对SubList修改时，就可以通过偏移量找到parent中对应的位置；
3. 定义了size用来表示我们在parent集合中可见范围是多少；

有了上面的说明，其实SubList的原理已经很清晰了，接下来，我们用SubList中常用的方法来印证一下。

二. add(E e)方法

substrings.add("九头蛇");
System.out.println(substrings.toString());
System.out.println(stringList.toString());

接着上面的例子，在substrings中添加“九头蛇”，按照规则，add()方法添加元素会在集合的最后，也就是说substrings的第3个位置（下标为2），对应parent原集合的位置下标就是2+3=5，会在stringList第六个位置插入“九头蛇”。看一下输出的结果

[狮驼王, 猪八戒, 九头蛇]
[牛魔王, 蛟魔王, 鹏魔王, 狮驼王, 猪八戒, 九头蛇, 禺贼王, 美猴王]

可以看到结果的确如此，那么我们在看一下add(E e)，在SubList这个内部类里面并没有发现该方法，因此我去父类中找。

在AbstractList中找到了

public boolean add(E e) {
    add(size(), e);
    return true;
}

接下来，我们在SubList中找到了实现方法

public void add(int index, E e) {
    rangeCheckForAdd(index);
    checkForComodification();
    parent.add(parentOffset + index, e);
    this.modCount = parent.modCount;
    this.size++;
}

很明显，源代码和我们开始的分析是一致的，当然在添加之间需要进行空间容量判断，是否足以添加新的元素，扩容规则，我们上一章已经讲过。

三. 其他方法

关于SubList的其他方法，其实和add原理一样，不论是set(int index, E e)，get(int index)，addAll(Collection c)，remove(int index)，都是先判断当前传入的位置索引是否正确（如是否大于size，小于0等），再根据规则计算出原集合中的位置下标，最终完成对集合的操作。

四. 总结

本文续接上一章ArrayList原理及使用，对ArrayList中的常用方法subList进行了剖析，从源码的角度对通过subList方法得到的集合和原集合有何关系，有何不同点，从而避免工作中遇到各种坑，若有不对之处，请批评指正，望共同进步，谢谢！