Java集合类源码分析（Chapter.2 抽象类）基石：AbstractCollection
抽象类 AbstractCollection
在接口的上一级，就是集合类的抽象实现了，几乎所有的集合实现类都是从这些抽象类继承自AbstractCollection类。但是，在Collection接口中明确指出，此接口没有直接实现，所以AbstractCollection仅实现了部分关键接口方法，仍有一部分接口方法未被实现。同时AbstractCollection是AbstractList、AbstractSet、AbstractQueue等抽象类的父类，所实现的一些接口方法，对于之后的延伸也起到了关键作用。
继承关系
public abstract class AbstractCollection implements Collection AbstractCollection只实现了Collection接口中的一部分方法。
protected AbstractCollection() {
}其构造方法也限定权限为protceted。
基本实现
public boolean isEmpty() {
return size() == 0;
}isEmpty方法：直接调用size方法（此方法仍未被实现）判断是为0，若为0必定为空。
public boolean contains(Object o) {
Iterator it = iterator();
//判断是否为null，并对null和非null元素分别实现
if (o==null) {
while (it.hasNext())
if (it.next()==null)
return true;
} else {
while (it.hasNext())
if (o.equals(it.next()))
return true;
}
return false;
} contains方法：从代码中可以看到，contains方法对于传入的参数，有两种不同的处理方式，第一种情况是为null的情况，这种情况直接调用迭代器并进行遍历，若在遍历过程中找到为null的元素，则包含；同理，对于非null的元素，系统会在遍历过程中调用其equals方法，一般情况下equals为Object类中的默认实现（直接比较地址）但是某些类（例如String类）equals方法被重写，也就是说如果想要在字符串集合中找一个字符串，直接创建一个新的内容相同的字符串即可判断到包含关系。最后，若是在迭代过程中没有发现包含，则返回false。
public boolean add(E e) {
throw new UnsupportedOperationException();
}add方法：此方法虽然被实现，但是它会直接抛出UnsupportedOperationException异常。为什么会直接抛出异常？其中一个原因是因为Collection不知道如何去实现add方法，因为add方法需要根据不同的集合实现方式（比如ArrayList数组实现，LinkedList为链表实现）决定写法；另一个原因是，某些集合类不支持add操作（比如Arrays.ArrayList类，不支持动态增删操作）所以默认抛出异常表示不支持此操作。
public boolean remove(Object o) {
Iterator it = iterator();
if (o==null) {
while (it.hasNext()) {
if (it.next()==null) {
it.remove();
return true;
}
}
} else {
while (it.hasNext()) {
if (o.equals(it.next())) {
it.remove();
return true;
}
}
}
return false;
} remove方法：与前面的contains方法基本相同，只是通过调用迭代器的remove方法在迭代过程中移除掉判断到需要移除的元素。
public boolean containsAll(Collection c) {
for (Object e : c)
if (!contains(e))
return false;
return true;
}containsAll方法：遍历传入集合中的所有元素，直接调用已实现的contains方法判断是否包含，若在遍历途中发现任意一个不包含的元素，返回false。
public boolean addAll(Collection c) {
boolean modified = false;
for (E e : c)
if (add(e))
modified = true;
return modified;
}addAll方法：遍历传入集合中的所有元素，调用add方法（需要子类支持）依次添加每一个元素，若中途发现有任意元素添加成功，那么已修改modified标记变量会被设置为true，表示当前集合已被被修改。若完成整个遍历都没有元素被成功添加，那么返回modified标记变量的默认值false。
public boolean removeAll(Collection c) {
Objects.requireNonNull(c);
boolean modified = false;
Iterator it = iterator();
while (it.hasNext()) {
if (c.contains(it.next())) {
it.remove();
modified = true;
}
}
return modified;
}removeAll方法：在此方法执行前，进行了一个判断是否为空的操作，它要求传入的集合不能为null，否则Objects.requireNonNull方法会抛出空指针异常，此方法中会调用传入集合的contains方法，因此JDK不希望在方法运行时才暴露这个问题，因此在开始之前就进行了判断。遍历当前集合的所有元素，只有在判断到传入集合中包含当前遍历元素时，才会进行删除操作，同样的，此方法也有modified标记变量用于反馈操作结束后当前集合内容是否发生了变化。
public boolean retainAll(Collection c) {
Objects.requireNonNull(c);
boolean modified = false;
Iterator it = iterator();
while (it.hasNext()) {
if (!c.contains(it.next())) {
it.remove();
modified = true;
}
}
return modified;
} retainAll方法：实现方法与removeAll方法基本相同，但是执行remove操作的条件与removeAll方法相反，当前数组中所有的传入数组中不包含的元素，都会被移除（类似于取交集）
public void clear() {
Iterator it = iterator();
while (it.hasNext()) {
it.next();
it.remove();
}
} clear方法：调用迭代器依次删除每一个元素。
toArray实现讲解
为什么这个方法需要单独讲解呢？因为此方法的实现考虑到多种因素（尤其是并发）所以在实现上，要去理解它稍微有一定难度，我们单独将其列出并进行讲解。
public Object[] toArray() {
// Estimate size of array; be prepared to see more or fewer elements
Object[] r = new Object[size()];
Iterator it = iterator();
for (int i = 0; i < r.length; i++) {
if (! it.hasNext()) // fewer elements than expected
return Arrays.copyOf(r, i);
r[i] = it.next();
}
return it.hasNext() ? finishToArray(r, it) : r;
} 首先来看没有参数的toArray方法，在方法的最开始，官方就打上了一句注释，大致意思为：预估数组的大小，同时做好出现更多或更少元素的准备。这句话如何理解？你可能会觉得莫名其妙，难道我集合中的元素还会在中通莫名其妙变多或是变少了不成？事实还真是如此，在并发访问此数组的情况下，就有那么一种情况会导致这个问题，其中一个线程调用了toArray方法，而另一个线程这时正在对我们的集合进行增加或是删除操作，toArray方法刚走到方法的第一行生成了一个数组，而这时集合内容发生了改变，而下一行就会生成一个包含更多或是更少元素的迭代器，于是就出现问题了。现在，数组的容量无法容纳迭代器里面所有需要迭代的内容，因此，如果不进行特殊处理，保证程序依然能正确得到结果，那么就会造成内部错误，这是一个很严重的问题。
for (int i = 0; i < r.length; i++) {
if (! it.hasNext()) // fewer elements than expected
return Arrays.copyOf(r, i);
r[i] = it.next();
}为了解决这种情况下发生的问题，我们不能再直接对迭代器进行全部迭代了，而是需要在外层套一个刚好能够循环上面所生成的数组大小次数的for循环，优先保证不会出现数组越界之类的异常。现在就要分情况进行考虑：
- 生成的迭代器内容小于数组的容量：这种情况下很明确，for循环应该被提前终止，因为元素内容不足以填满整个数组，因此数组的大小也应该被减小。
- 生成的迭代器内容大于数组的容量：这种情况是最危险的，for循环即使已经完成了，还是残留了许多未被迭代的元素，因此不仅需要扩容数组，还需要完成剩下的迭代。
- 生成的迭代器内容没有因为并发的影响而与数组的容量发生差异：这个时候就应该按照正常流程直接返回我们的数组即可。
所以，在for循环中，我们可以看到，每次循环都会调用迭代器的hasNext方法，判断是否有新的元素，如果有，就继续，并将对应数组位置的元素设置为对应的值；如果没有元素可迭代了，说明迭代器中的内容小于数组的容量，我们需要对数组进行缩小，这里调用了Arrays类的copyOf方法为数组重新设定容量（有关Arrays类的实现，我们会在后面讲到，某些地方用到了native本地方法来提升运行效率，其中就包括copyOf方法）并保留原数组内容再返回一个容量为 i 的数组，而此时的 i 正好就是需要缩小的数组的大小，这也是为什么外层使用for循环的一个原因。得到新的数组后，就可以提前结束for循环并直接作为此方法的返回值返回。
return it.hasNext() ? finishToArray(r, it) : r;好了，现在for循环结束，第1种情况（生成的迭代器内容小于数组的容量）已经进行了处理，那么还剩下第2、第3种情况，其实现在无非就是看迭代器中的内容到底还有没有剩余的，如果没有剩余，那就代表在for循环完成时，迭代器也刚好完成了所有内容的迭代，则发生的是第3种情况，即没有受到外界任何影响或是影响没有造成不一致的情况，这种情况就可以直接返回我们for循环中处理完成的数组了；如果有剩余，表示还需要扩容数组并添加剩余内容，因此需要进行一次额外的处理。所以，在最后一行，依然是调用了一次hasNext查看是否有剩余，没有则直接返回数组 r ，如果有那就进行额外处理（调用finishToArray方法）再返回处理后的数组。
处理余下的迭代器内容
toArray需要考虑的远不止上面所说的并发情况，同时，还存在一个数组最大容量限制问题，因此，要理解finishToArray方法实现的逻辑也并不是一件简单的事情，这一部分我会讲解两个方法，一个是处理迭代器余下内容的finishToArray方法，还有一个就是辅助方法hugeCapacity（它们都是AbstractCollection私有方法），首先来看是怎么处理余下的迭代内容的：
private static T[] finishToArray(T[] r, Iterator it) {
int i = r.length;
while (it.hasNext()) {
int cap = r.length;
if (i == cap) {
int newCap = cap + (cap >> 1) + 1;
// overflow-conscious code
if (newCap - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCap = hugeCapacity(cap + 1);
r = Arrays.copyOf(r, newCap);
}
r[i++] = (T)it.next();
}
// trim if overallocated
return (i == r.length) ? r : Arrays.copyOf(r, i);
} 你会发现和你想象的可能不太一样，按照正常情况，难道不应该直接将余下内容直接放入扩容后的数组吗，为什么会有这么多不知道在干嘛的代码呢？对，按照正常情况，确实是直接添加即可，但是如果JVM能够申请得到最大的数组容量是有限制的呢？这下就不能轻易的直接添加剩余元素了吧？所以说，为了避免这种情况，还需要进行额外的处理才可以。既然存在限制，我们先来看限制是什么：
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;在AbstractCollection中存在这样一个私有静态常量 MAX_ARRAY_SIZE 用于表示数组长度最大限制，你一定会疑惑，为什么不是Integer.MAX_VALUE而是Integer.MAX_VALUE - 8呢，难道这个8有什么特殊含义吗？其实在某些JVM中，会保留某些头部属性，比如这里的8，正好用来存储数组的长度信息，为了能够留出这个空间，所以限制为Integer.MAX_VALUE - 8，这样就不会导致某些运行时出现的问题。
int i = r.length;
while (it.hasNext()) {
int cap = r.length;
if (i == cap) {
int newCap = cap + (cap >> 1) + 1;
// overflow-conscious code
if (newCap - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCap = hugeCapacity(cap + 1);
r = Arrays.copyOf(r, newCap);
}
r[i++] = (T)it.next();
}了解了数组长度限制，现在我们就可以对源码进行解读了，首先创建了一个变量 i 用于标志下标位置，既然要接着往数组后加元素，那么起始位置就是 r.length 了，于是定义 i = r.length，然后使用while循环开始迭代剩余内容，现在就是很难看懂的地方了，我们来尝试去理解这样写的意义：这里新增了一个局部变量 cap 代表容量，也是等于 r.length，这里的if判断的是 i == cap，因为i每次循环都会自增（并在数组对应位置设置为迭代的内容），所以我们猜测判断的就是是否需要进行扩容操作，每次扩容后，开始下一轮循环，cap重新获取 r.length，这就不会等于i，直到 i 通过迭代循环自增到与cap重新相等，又会进行一次扩容，一直循环直到迭代器中没有内容。
int newCap = cap + (cap >> 1) + 1; //位移操作，等价于cap + (cap/2) + 1
// overflow-conscious code 译文：能够检测到溢出的代码
if (newCap - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCap = hugeCapacity(cap + 1);
r = Arrays.copyOf(r, newCap);好了，现在我们已经大致推断出这个循环想要干嘛了，现在再来看看 if 条件中，它是怎么进行扩容操作的。首先定义一个新的局部变量 newCap 作为新的容量，而新容量的算法为newCap = cap + cap/2 + 1，为什么要在最后加1呢？因为有可能cap为1，1/2计算结果为0，所以这样是保证一定能完成扩容操作。然后就开始判断newCap - MAX_ARRAY_SIZE 是否大于0，如果大于0表示扩容后的数组容量超过了最大数组容量限制，或是发生了 “溢出” 什么是溢出？
System.out.println(Integer.MAX_VALUE + 1);
//结果：-2147483648如上代码运行的结果并不是int类型的最大值+1，而是一个负数，为什么是负数？这就涉及到二进制运算了：
计算机底层计算采用补码形式，于是int类型的最值分别为：
最小值：10000000 00000000 00000000 00000000
最大值：01111111 11111111 11111111 11111111
如果最大值+1，根据进位规则，会变成：
10000000 00000000 00000000 00000000
于是，我们的最大值瞬间变为最小值，也就是一个负数。
并且由于第一位（符号位）是1（代表负数），所以继续进行小额的加法运算，也只会是负数。
所以，突破int限制往上加，只会陷入到一个循环中。现在问题就来了，如果说 newCap扩大到超过int类型的最大值，那么它的值会变成一个负数！所以判断newCap - MAX_ARRAY_SIZE就起到了关键作用，如果超过了int最大值，那就减回去一个 MAX_ARRAY_SIZE 则依然可以得到是个正数，这是一个很巧妙的地方。
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError
("Required array size too large");
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}那么既然超越了限制或是发生了溢出，就会调用hugeCapacity方法，那么hugeCapacity方法做了什么事情来解决这些问题呢？首先传入的参数为cap + 1，如果说cap大于等于int的最大值，那么传入的参数必定是一个小于0的数（必定发生了溢出），也就满足了if的条件，直接抛出OutOfMemoryError错误。如果说传入的参数还没有超越限制，就还存在挽救的余地，这时我们需要给newCap一个正确的容量值，现在判断传入的值是否大于数组容量限制（注意不是int最大值现在）如果大于容量限制返回int最大值，否则返回最大限制值。你一定会好奇，为什么这里会返回int的最大值，难道不应该直接返回数组最大容量限制值吗？也许这是为了兼容某些JVM特殊情况吧，毕竟不是所有的JVM都有这个限制。
r = Arrays.copyOf(r, newCap);回到finishToArray方法的while循环中，现在newCap已经有一个能够保证不出现错误的扩容后的容量了，那么就可以调用Arrays.copyOf方法为我们的 r 重新设置容量，设置容量后就可以将新的元素添加到数组中了。由于多种限制，这一路真是非常艰辛啊。
return (i == r.length) ? r : Arrays.copyOf(r, i);最后，再进行一次判断，因为扩容的时候是按照公式扩容的，不一定能够刚好为迭代器剩余内容开辟刚刚好的空间，一般都是有剩余空间，所以，如果还有剩余空间，就再重新分配一次容量，没有则直接返回 r。至此，整个toArray的烧脑全过程就结束了。
带类型的toArray方法
其实带类型的toArray方法与之前的无参toArray方法逻辑基本一致，只是采用了java.lang.reflect反射包下的Array.newInstance创建了一个对应类型的数组，同时判断传入的数组是否容量满足，如果满足直接使用传入的数组作为载体，当然，具体实现中还包含native本地方法 System.arraycopy 本篇暂时不做讲解。
public T[] toArray(T[] a) {
// Estimate size of array; be prepared to see more or fewer elements
int size = size();
T[] r = a.length >= size ? a :
(T[])java.lang.reflect.Array
.newInstance(a.getClass().getComponentType(), size);
Iterator it = iterator();
for (int i = 0; i < r.length; i++) {
if (! it.hasNext()) { // fewer elements than expected
if (a == r) {
r[i] = null; // null-terminate
} else if (a.length < i) {
return Arrays.copyOf(r, i);
} else {
System.arraycopy(r, 0, a, 0, i);
if (a.length > i) {
a[i] = null;
}
}
return a;
}
r[i] = (T)it.next();
}
// more elements than expected
return it.hasNext() ? finishToArray(r, it) : r;
} 非常感谢您可以阅读到最后，如果对本篇文章有什么宝贵意见也可以提出。