Java-Collection源码分析（三）——List和AbstractList

一、List接口

有序集合（也称为序列）。该界面的用户可以精确控制列表中每个元素的插入位置。用户可以通过整数索引（列表中的位置）访问元素，并搜索列表中的元素。

与集合不同，列表通常允许重复的元素（包括空元素）。列表界面除了Collection中指定的附加条款之外，还添加了迭代器，add，remove，equals和hashCode方法。

public interface List extends Collection {
    int size();
    boolean isEmpty();
    boolean contains(Object o);
    Iterator iterator();
    Object[] toArray();
     T[] toArray(T[] a);
    boolean add(E e);
    boolean remove(Object o);
    boolean containsAll(Collection c);
    boolean addAll(Collection c);
    boolean addAll(int index, Collection c);
    boolean removeAll(Collection c);
    boolean retainAll(Collection c);
    void clear();
    boolean equals(Object o);
    int hashCode();
    E get(int index);
    E set(int index, E element);
    void add(int index, E element);
    E remove(int index);
    int indexOf(Object o);
    int lastIndexOf(Object o);
    ListIterator listIterator();
    ListIterator listIterator(int index);
    List subList(int fromIndex, int toIndex);

    //JDK1.8新增内容
    /*将该列表的每个元素替换为将该运算符应用于该元素的结果。运营商抛出的错误或运行时异常被转发给呼叫者。*/
    default void replaceAll(UnaryOperator operator) {
        Objects.requireNonNull(operator);
        final ListIterator li = this.listIterator();
        while (li.hasNext()) {
            li.set(operator.apply(li.next()));
        }
    }
    /*根据指定的比较器引起的顺序排列此列表。此列表中的所有元素必须使用指定的比较器相互比较
    如果指定的比较器为null，则该列表中的所有元素都必须实现Comparable接口，并且应该使用元素的自然排序。*/
    default void sort(Comparator c) {
        Object[] a = this.toArray();
        Arrays.sort(a, (Comparator) c);
        ListIterator i = this.listIterator();
        for (Object e : a) {
            i.next();
            i.set((E) e);
        }
    }
    //用于并行遍历
    default Spliterator spliterator() {
        return Spliterators.spliterator(this, Spliterator.ORDERED);
    }
}

二、AbstractList抽象类

该类提供了List接口的骨架实现。如果要修改的列表，必须另外覆盖set（int，E）方法（否则会抛出UnsupportedOperationException）。如果改变列表的大小，则必须另外覆盖add（int，E）和remove（int）方法。与其他抽象集合实现不同，程序员不必提供迭代器实现;迭代器和列表迭代器由这个类实现，在“随机访问”方法之上：get（int），set（int，E），add（int，E）和remove（int）。

2.1 实现的方法

    protected AbstractList() {
    }
    //重写AbstractCollection中的add方法，向List集合中添加元素
    // java接口和父类中有相同的方法,如果子类不想重写，那么可以不重写，那么实现接口的方法，就相当于父类的方法继承下来。
    public boolean add(E e) {
        add(size(), e);
        return true;
    }

    abstract public E get(int index);
    public E set(int index, E element) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    public void add(int index, E element) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    public E remove(int index) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    public int indexOf(Object o) {
        ListIterator it = listIterator();
        if (o==null) {
            while (it.hasNext())
                if (it.next()==null)
                    return it.previousIndex();
        } else {
            while (it.hasNext())
                if (o.equals(it.next()))
                    return it.previousIndex();
        }
        return -1;
    }
    public int lastIndexOf(Object o) {
        ListIterator it = listIterator(size());//将迭代器置于最后，往后进行迭代
        if (o==null) {
            while (it.hasPrevious())
                if (it.previous()==null)
                    return it.nextIndex();
        } else {
            while (it.hasPrevious())
                if (o.equals(it.previous()))
                    return it.nextIndex();
        }
        return -1;
    }
    public void clear() {
        removeRange(0, size());
    }
    /*将指定集合中的所有元素插入到此列表中的指定位置（可选操作）。 将当前处于该位置的元素（如果有的话）和随后的任何元素移动到右边（增加其索引）。*/
    public boolean addAll(int index, Collection c) {
        rangeCheckForAdd(index);
        boolean modified = false;
        for (E e : c) {
            add(index++, e);
            modified = true;
        }
        return modified;
    }
    //将指定的对象与此列表进行比较以获得相等性。 如果且仅当指定的对象也是列表时，则返回true，两个列表的大小相同，并且两个列表中所有相应的元素对都相等。
    public boolean equals(Object o) {
        if (o == this)
            return true;
        if (!(o instanceof List))
            return false;

        ListIterator e1 = listIterator();
        ListIterator e2 = ((List) o).listIterator();
        while (e1.hasNext() && e2.hasNext()) {
            E o1 = e1.next();
            Object o2 = e2.next();
            if (!(o1==null ? o2==null : o1.equals(o2)))
                return false;
        }
        return !(e1.hasNext() || e2.hasNext());
    }
    //返回此列表的哈希码值。
    public int hashCode() {
        int hashCode = 1;
        for (E e : this)
            hashCode = 31*hashCode + (e==null ? 0 : e.hashCode());
        return hashCode;
    }
    //从该列表中删除所有索引在fromIndex（包括）和toIndex之间的独占元素。
    protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
        ListIterator it = listIterator(fromIndex);
        for (int i=0, n=toIndex-fromIndex; i size())
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }
    private String outOfBoundsMsg(int index) {
        return "Index: "+index+", Size: "+size();
    }

    public Iterator iterator() {
        return new Itr();
    }
    public ListIterator listIterator() {
        return listIterator(0);
    }
    public ListIterator listIterator(final int index) {
        rangeCheckForAdd(index);
        return new ListItr(index);
    }

//返回此列表中指定的fromIndex（包括）和toIndex之间的独占视图。 public List subList(int fromIndex, int toIndex) { return (this instanceof RandomAccess ? new RandomAccessSubList<>(this, fromIndex, toIndex) : new SubList<>(this, fromIndex, toIndex)); }

2.2 迭代器

AbstractList 的迭代器其实定义了两个迭代器，一个是实现了 Iterator 接口的迭代器 Itr ，另一个是实现了 ListIterator 并且继承自 Itr 的迭代器 ListItr 。

2.2.1 Irt迭代器

Itr实现了Iterator接口，主要功能是判断当前迭代器的位置（next()）、进行删除操作（remove()）、防止多迭代器或者多线程操作时的影响（checkForComodification()）。

    private class Itr implements Iterator {
        int cursor = 0;
        int lastRet = -1;
        int expectedModCount = modCount;
        public boolean hasNext() {
            return cursor != size();
        }
        public E next() {
            checkForComodification();
            try {
                int i = cursor;
                E next = get(i);
                //由最近的呼叫返回到下一个或上一个的元素的索引。
                lastRet = i; 
                cursor = i + 1;
                return next;
            } catch (IndexOutOfBoundsException e) {
                checkForComodification();
                throw new NoSuchElementException();
            }
        }
        public void remove() {
            if (lastRet < 0)
                throw new IllegalStateException();
            checkForComodification();
            try {
                AbstractList.this.remove(lastRet);
                if (lastRet < cursor)
                    cursor--;
                lastRet = -1;
                expectedModCount = modCount;
            } catch (IndexOutOfBoundsException e) {
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
        }
        final void checkForComodification() {
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
        }
}

能用图说明问题，就不扯白话：

next()过程：

remove()过程：

2.2.2 ListItr迭代器

ListItr 实现了 ListIterator 接口，主要是实现 List 反向遍历的特性。，并且重写了 ListIterator 接口中的 set(E e) 、 add(E e) 方法。

    private class ListItr extends Itr implements ListIterator {
        ListItr(int index) {
            cursor = index;
        }
        public boolean hasPrevious() {
            return cursor != 0;
        }
        public E previous() {
            checkForComodification();
            try {
                int i = cursor - 1;
                E previous = get(i);
                lastRet = cursor = i;
                return previous;
            } catch (IndexOutOfBoundsException e) {
                checkForComodification();
                throw new NoSuchElementException();
            }
        }
        public int nextIndex() {
            return cursor;
        }
        public int previousIndex() {
            return cursor-1;
        }

        public void set(E e) {
            if (lastRet < 0)
                throw new IllegalStateException();
            checkForComodification();
            try {
                AbstractList.this.set(lastRet, e);
                expectedModCount = modCount;
            } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
        }
        public void add(E e) {
            checkForComodification();
            try {
                int i = cursor;
                AbstractList.this.add(i, e);
                lastRet = -1;
                cursor = i + 1;
                expectedModCount = modCount;
            } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
        }
    }

previous()过程：

add()过程：

set()过程：