Java容器类源码-Vector的最全的源码分析
一、概述
我们都知道，在Java的Collections包含了List和Set，而List里面有 ArrayList、 LinkedList、还有Vector，对于很多Java初学者来说，前面两个比较常用，ArrayList查询效率比较高（底层是数组实现），而LinkedList的增删效率比较高（底层是双向链表实现）。那么Vector是什么呢？它和ArrayList、LinkedList一样，支持有序可重复地存放单列数据。它底层实现和ArrayList类似，都是数组实现，因此在技术面试中， 面试官比较喜欢拿ArrayList和Vector进行比较。尽管Vector在Java1.2之后进行了优化更新，但是Java官方还是推荐在不需要考虑线程安全的情况下，优先使用ArrayList。
二、Vector和ArrayList的对比
那么，Vector和ArrayList既然都是数组实现，它们到底有什么区别呢？通过对比它们的源码，可以总结出以下两个区别：
(1) Vector的所有方法都是有synchronized关键字的，即每一个方法都是同步的，所以在使用起来效率会非常低，但是保证了线程安全；而ArrayList的全部方法都是非同步的，所以相对Vector的效率会更高，所以它是线程不安全的。
(2) ArrayList在每次扩容时都是增加当前容量的1.5倍，而Vector在扩容时都是增加当前容量的两倍。
综上，Vector在增删改查等API上的实现都是和ArrayList类似甚至是相同的，所以如果你看了ArrayList的源码，那么Vector的源码你肯定是一下就看懂了，如果你还没看ArrayList的源码，请移步到 《Java容器类源码-ArrayList的最全的源码分析》。所以在不需要考虑线程安全时，Java官方推荐我们使用ArrayList，那么，如果线程不安全时呢？我们应该怎么选择？我们都知道，Java在Collections类中给我们提供了同步ArrayList的方法
public static List synchronizedList(List list)。 它可以帮助我们实现同步ArrayList，但是你通过看
synchronizedList的实现就会知道，它其实是创建了一个新的类叫做
SynchronizedList，它其实只是对ArrayList的增删改查等常用方法加了synchronized字段，所以它的效率其实和Vector是一样的，这个也在我们后面讲到的subList(）源码里面得到印证，不信，我们在代码里面测试一下：
/**
* 测试使用Collections.synchronizedList调用增、删、改三个API操作50000个数据，求100次的平均时间
*
*/
public class QTest {
public static void main(String[] args) {
long totalTime = 0;
for (int i = 0; i < 100; i++) {
totalTime += new QTest().getTime();
}
System.out.println("Collections.synchronizedList() 平均耗时：" + (totalTime / 100));
}
public long getTime() {
List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList());
long startTime = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 50000; i++) {
list.add(i * 10); // 增加
}
for (int i = 0; i < 50000; i++) { // 修改
list.set(i, i);
}
for (int i = 0; i < list.size(); i++) { // 删除
list.remove(i);
}
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("Collections.synchronizedList()消耗时间:" + (endTime - startTime));
return endTime - startTime;
}
}
/**
* 测试使用Vector调用增、删、改三个API操作50000个数据，求100次的平均时间
*
*/
public class PTest {
public static void main(String[] args) {
long totalTime = 0;
for (int i = 0; i < 100; i++) {
totalTime += new QTest().getTime();
}
System.out.println("vector 平均耗时：" + (totalTime / 100));
}
public long getTime() {
Vector vector = new Vector<>();
long nStartTime = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
vector.add(i * 10); // 增加
}
for (int i = 0; i < 100000; i++) { // 修改
vector.set(i, i);
}
for (int i = 0; i < vector.size(); i++) { // 删除
vector.remove(i);
}
long nEndTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("vector消耗时间:" + (nEndTime - nStartTime));
return nEndTime - nStartTime;
}
} 三、源码解读
1. 继承、实现
extends：AbstractList
implements：List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
2. 全局变量
(1) 存放数据的数组
protected Object[] elementData;(2) 存放数量
protected int elementCount;(3) 容量增量
protected int capacityIncrement;3. 构造方法
(1) 不带参数的构造方法
public Vector() {
this(10);
}(2) 带初始化容量大小的构造方法
/**
* @param initialCapacity 初始化容量大小
*/
public Vector(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, 0);
}(3) 带初始化容量和容量增量的构造方法
/**
* @param initialCapacity 初始化容量大小
* @param capacityIncrement 容量增量
*/
public Vector(int initialCapacity, int capacityIncrement) {
super();
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
this.elementData = new Object[initialCapacity];
this.capacityIncrement = capacityIncrement;
}(4) 带Colleciton参数的构造方法
/**
* @param c 将c转为Vector
*/
public Vector(Collection c) {
elementData = c.toArray();
elementCount = elementData.length;
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, elementCount, Object[].class);
}
4. 方法
(1) public synchronized void copyInto(Object[] anArray)
源码解释：
通过JNI调用c++库的arraycopy方法，实现将anArray数组复制到当前的Vector。
public synchronized void copyInto(Object[] anArray) {
System.arraycopy(elementData, 0, anArray, 0, elementCount);
}(2) public synchronized void trimToSize()
源码解释：
用以优化Vector的内存，我们都知道，Vector的每次容量增量是当前大小的2倍，但是当我们没法用完申请的这么多内存时，我们可以通过调用这个方法用以将不需要的内存释放掉。
public synchronized void trimToSize() {
modCount++; // 修改次数增加
int oldCapacity = elementData.length; // 获取到当前的申请的内存大小
if (elementCount < oldCapacity) { // 如果当前存放的数量比申请的内存要少
elementData = Arrays.copyOf(elementData, elementCount); // 重新为这个数组申请elementCount大小内存，并存放这些数据
}
}(3) public synchronized void ensureCapacity(int minCapacity)
源码解释：
当要扩容时，会调用此方法，保证当前容量能存放得下所需要存放的元素数量。如果不够时，会调用grow()方法进行扩容。
public synchronized void ensureCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity > 0) {
modCount++;
ensureCapacityHelper(minCapacity);
}
} private void ensureCapacityHelper(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity); // 如果当前容量比数组的长度要小时，调用grow扩容
}private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
/**
* Vector的扩容方法， 每次扩容至2倍
* @param minCapacity
*/
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length; // 获取到数组的长度
int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ? capacityIncrement : oldCapacity); //如果没有初始化capacityIncrement，则增加至两倍
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) // 如果扩容后的容量超过了最大容量
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // 调用hugeCapacity方法
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); // 将数组复制到扩容后的新内存中去
} private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}(4) public synchronized void setSize(int newSize)
源码解释：
修改容量，当newSize比数组的长度要大时，将其复制到新的内存区域，如果要小的话，则从newSize位置到数组的最后一个位置的所有元素置为空。
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;
}
源码解释：
返回数组长度，即申请内存的长度。
public synchronized int capacity() {
return elementData.length;
}(6) public synchronized int size()
源码解释：
返回数组已经使用的长度，即存放的数据个数。
public synchronized int size() {
return elementCount;
}
(7) public synchronized boolean isEmpty()
源码解释：
判空，如果数量为0，即为empty。
public synchronized boolean isEmpty() {
return elementCount == 0;
}(8) public Enumeration
源码解释：
返回一个Enumeration对象的序列。Enumeration只有两个方法，hasMoreElements()和nextElement()，它只能从首个元素遍历到最后一个元素，并不能根据位置拿到具体的元素。
public Enumeration elements() {
return new Enumeration() {
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");
}
};
} (9) public boolean contains(Object o)
源码解释：
是否包含对象o。调用indexOf判断是否存在。
(10) public synchronized int indexOf(Object o, int index)
public boolean contains(Object o) {
return indexOf(o, 0) >= 0;
} public int indexOf(Object o) {
return indexOf(o, 0);
}
源码解释：
判断o是否为空，如果为空，则遍历是否存在值为空的元素；不为空，判断是否存在和o相等的元素。
public synchronized int indexOf(Object o, int index) {
if (o == null) {
for (int i = index ; i < elementCount ; i++)
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = index ; i < elementCount ; i++)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}(11) public synchronized int lastIndexOf
源码解释：
获取该元素所处的最后一个位置，不存在则返回-1
public synchronized int lastIndexOf(Object o) {
return lastIndexOf(o, elementCount-1);
} public synchronized int lastIndexOf(Object o, int index) {
if (index >= elementCount)
throw new IndexOutOfBoundsException(index + " >= "+ elementCount);
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;
}源码解释：
返回这个位置的元素。其实就是判断数组的index位置是否有元素
public synchronized E elementAt(int index) {
if (index >= elementCount) {
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " + elementCount);
}
return elementData(index);
} E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
}(13) public synchronized E firstElement()
源码解释：
返回数组第0个位置的元素。
public synchronized E firstElement() {
if (elementCount == 0) {
throw new NoSuchElementException();
}
return elementData(0);
}
源码解释：
返回数组最后一个位置的元素。
(15) public synchronized void setElementAt(E obj, int index)
public synchronized E lastElement() {
if (elementCount == 0) {
throw new NoSuchElementException();
}
return elementData(elementCount - 1);
}(15) public synchronized void setElementAt(E obj, int index)
源码解释：
修改第index位置的值为obj。其实就是数组赋值。
public synchronized void setElementAt(E obj, int index) {
if (index >= elementCount) {
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " +
elementCount);
}
elementData[index] = obj;
}
(16) public synchronized void removeElementAt(int index)
源码解释：
获取到index位置后有多少个元素，并将index位置后面的元素复制到index位置前的后面，再将index位置置空。复制操作通过JNI实现。
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; // 获取第index位置后有多少个元素
if (j > 0) {
System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, j); // 将emlementData[j, elementCount]复制到elementData[0, index]的后面
}
elementCount--;
elementData[elementCount] = null; // 等待GC
}(17) public synchronized void insertElementAt(E obj, int index)
源码解释：
将index位置后的元素复制到原数组的index+1位置后的地方，并在index位置赋值obj。
public synchronized void insertElementAt(E obj, int index) {
modCount++;
if (index > elementCount) {
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index
+ " > " + elementCount);
}
ensureCapacityHelper(elementCount + 1); // 判断是否需要扩容
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, elementCount - index); // 将elementData[index+1, elementCount]复制到elementData[index+1, elementCount +1]位置，
elementData[index] = obj; // 在index位置赋值obj
elementCount++;
}
源码解释：
在数组最后添加数据obj。先扩容，再通过数组赋值。
(19) public synchronized boolean removeElement(Object obj)
public synchronized void addElement(E obj) {
modCount++;
ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
elementData[elementCount++] = obj;
}(19) public synchronized boolean removeElement(Object obj)
源码解释：
移除元素。先获取到移除元素在数组的位置，然后调用removeElementAt方法移除元素。
public synchronized boolean removeElement(Object obj) {
modCount++;
int i = indexOf(obj);
if (i >= 0) {
removeElementAt(i);
return true;
}
return false;
}(20) public synchronized void removeAllElements()
源码解释：
移除所有元素。即将所有元素置为null，等待gc。
public synchronized void removeAllElements() {
modCount++;
// Let gc do its work
for (int i = 0; i < elementCount; i++)
elementData[i] = null;
elementCount = 0;
}(21) public synchronized E get(int index)
源码解释：
获取index位置的元素。
public synchronized E get(int index) {
if (index >= elementCount)
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
return elementData(index);
}(22) public synchronized E set(int index, E element)
源码解释：
修改index位置的值为element。实现原理也是直接数组赋值。
public synchronized E set(int index, E element) {
if (index >= elementCount)
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
return oldValue;
}
(23) public synchronized boolean add(E e)
源码解释：
在最后位置新增元素e。先判断是否需要扩容，然后赋值。实现原理和addElement是一样的。
public synchronized boolean add(E e) {
modCount++;
ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
elementData[elementCount++] = e;
return true;
}(24) public boolean remove(Object o)
源码解释：
移除元素，和removeElement方法一样。
public boolean remove(Object o) {
return removeElement(o);
}(25) public void add(int index, E element)
源码解释：
添加元素，和insertElementAt方法一样。
(26) public synchronized E remove(int index)
public void add(int index, E element) {
insertElementAt(element, index);
}(26) public synchronized E remove(int index)
源码解释：
移除index位置的元素。实现思路和removeElementAt类似。
(27) public void clear()
public synchronized E remove(int index) {
modCount++;
if (index >= elementCount)
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
E oldValue = elementData(index); // 获取到旧值
int numMoved = elementCount - index - 1; // index位置后面元素的个数
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); // 将elementData[index+1, elementCount]移到element[0, index]后
elementData[--elementCount] = null; // Let gc do its work
return oldValue;
}(27) public void clear()
源码解释：
移除所有元素，直接调用removeAllElements()。
public void clear() {
removeAllElements();
}(28) public synchronized boolean containsAll(Collection c)
源码解释：
判断是否包含集合c的所有元素。调用AbstractCollection的实现，代码也很简单，不赘叙。
public synchronized boolean containsAll(Collection c) {
return super.containsAll(c);
} public boolean containsAll(Collection c) {
for (Object e : c)
if (!contains(e))
return false;
return true;
}(29) public synchronized boolean addAll(Collection c)
源码解释：
把集合c复制到当前数组的末尾。先判断是否需要扩容，然后调用JNI的arraycopy实现复制。
public synchronized boolean addAll(Collection c) { modCount++;(30) public synchronized boolean removeAll(Collection c)
源码解释：
将包含集合c的所有元素移除。调用AbstractCollection的实现，代码也很简单，不赘叙。
(31) public synchronized boolean retainAll(Collection c)
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;
}(31) public synchronized boolean retainAll(Collection c)
源码解释：
将数组中不是c中包含的元素全部移除。调用AbstractCollection的实现，代码也很简单，不赘叙。
public synchronized boolean retainAll(Collection c) {
return super.retainAll(c);
} 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;
} (32) public synchronized boolean addAll(int index, Collection c)
源码解释：
在index位置插入集合c。实现原理和在某个位置插入元素原理一样，不赘叙。
public synchronized boolean addAll(int index, Collection 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;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
numMoved);
System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
elementCount += numNew;
return numNew != 0;
}
(33) public synchronized List subList(int fromIndex, int toIndex)
源码解释：
调用父类的subList，然后通过Collections.synchronizedList来保证子List是同步的，这也就印证了我们前面所说的Collections.synchronizedList初始化的ArrayList和Vector是一样效率的，因为它们的同步方式都是一样的，而增删改查这些操作对于它们两个来说都是一样的原理，所以可以知道它们的效率是一样的。
public synchronized List subList(int fromIndex, int toIndex) {
return Collections.synchronizedList(super.subList(fromIndex, toIndex),
this);
} (34) protected synchronized void removeRange(int fromIndex, int toIndex)
源码解释：
将某个范围的数据移除。实现原理和删除某个位置的元素原理是一样的，不赘叙。
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;
}(35) public synchronized ListIterator
源码解释：
返回一个从index位置开始的LIstIterator，方便我们遍历Vector，关于ListIterator在 《Java容器类源码-LinkedList的最全的源码分析》已经详说，这里不赘叙。
public synchronized ListIterator listIterator(int index) {
if (index < 0 || index > elementCount)
throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);
return new ListItr(index);
} (36) public synchronized ListIterator
源码解释：
返回一个从0位置开始的ListIterator，不赘叙。
public synchronized ListIterator listIterator() {
return new ListItr(0);
}
源码解释：
返回一个Iterator实现类Itr。有人会问ListIterator和Itr有什么区别吗？其实ListIterator是Itr的子类，它在Itr的基础上再增加了一些接口，例如hasPrevious()，nextIndex()等，所以如果觉得Iterator不能满足你的需求，可以看一下ListIterator里面提供的API。
public synchronized Iterator iterator() {
return new Itr();
} (38) public Spliterator
源码解释：
实例化一个VectorSpliterator对象，并返回。VectorSpliterator是JDK1.8之后LinkedList新增的内部类，因为用得比较少，我就不在这里班门弄斧了，大家有需要可以自行深入研究。
public Spliterator spliterator() {
return new VectorSpliterator<>(this, null, 0, -1, 0);
} 四、总结
看完了Vector的源码，我觉得我们需要学到比较重要的几点。首先是开头所说的Vector和ArrayList的区别，这里就不重复了。第二个就是我们通过subList这个实现可以看到，它的子序列其实也是通过Collections.synchronizedList来初始化子序列并返回的，所以其实Collections.synchronizedList初始化的ArrayList实现同步的原理和Vector是一样的，而ArrayList和Vector的底层都是数组，常规的增删改查操作是一样的，所以我们可以确定Vector和实现了同步的ArrayList在数据操作时的效率是相近的，所以我觉得我们并不需要纠结在考虑线程安全时到底是用Collections.synchronizedList初始化的ArrayList还是Vector。第三个就是需要了解到Vector的增删改查实现原理，它的api核心可以说就是这几个方法了，所有其他api都是围绕这几个方法来进行扩展。