JDK源码阅读-----集合框架篇

JDK源码阅读指导：

JDK源码很多，不知道从何读取，还好有前人指路，感谢！
https://blog.csdn.net/qq_21033663/article/details/79571506

ArrayList源码

参考资料：https://www.jianshu.com/p/f10edaec36fa
serialVersionUID的作用：
https://blog.csdn.net/java_mdzy/article/details/78354959

	private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;//序列化版本id
	
    /**
     * Default initial capacity.
     * 默认初始容量为10----存储层
     */
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    
    /**
     * Shared empty array instance used for empty instances.
     * 用于空实例的共享空数组实例--注意到staitc没？就是说创建多个空实例对象其实都指向的是
     * 方法区同一个实例------
     * 具体可以参见public ArrayList(int initialCapacity)有参构造方法
     */
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {
     };
    
     /**
     * Shared empty array instance used for default sized empty instances. 
     * 共享空数组实例，用于默认大小的空实例。
     * We distinguish this from EMPTY_ELEMENTDATA to know how much to inflate when
     * first element is added.
     * 我们将其与EMPTY_ELEMENTDATA区分开来，以了解添加第一个元素时应该膨胀多少。
     * 具体可以参见public ArrayList()无参构造方法
     * Q:和上面EMPTY_ELEMENTDATA有啥区别，它们的修饰符和初值都一样啊，
     * 有必要在方法区里定义两个实例吗？？？
     * A:https://blog.csdn.net/u010412719/article/details/51108357
     */
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {
     };
    
	/**
     * The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
     * 有效数据的大小-----抽象层
     * @serial
     */
    private int size;

	 /**
     * The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.
     * 这个ArrayList的元素被存储到这个数组缓冲区Object[] elementData中；
     * The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. 
     * ArrayList的存储层容量就是这个数组缓冲区的长度
     * Any empty ArrayList with elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
     * will be expanded to DEFAULT_CAPACITY when the first element is added.
     * 当添加第一个元素时，任何带有elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA的空ArrayList都将扩展为DEFAULT_CAPACITY。
     * 
     */
    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

构造方法

    /**
     * Constructs an empty list with the specified initial capacity.
     * 指定容量（存储层）构造一个空的（抽象层）ArrayList
     * @param  initialCapacity  the initial capacity of the list
     * @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity
     *         is negative
     */
    public ArrayList(int initialCapacity) {
     
        if (initialCapacity > 0) {
     
            this.elementData = new Object[initialCapacity];
        } else if (initialCapacity == 0) {
     
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;//从这句可以感受到对存储资源的节省---方法区，这就是为什么要特意定义一个EMPTY_ELEMENTDATA的原因！
        } else {
     
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        }
    }

    /**
     * Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
     * 构造一个存储容量为10的空List
     */
    public ArrayList() {
     
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;//默认容量时缓冲区数组的取值
    }

private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA={}------默认容量为空的ArrayList就是Object[]{}
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
elementData----ArrayList具体存储的内容
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
http://www.cnblogs.com/chenpi/p/6185773.html
关于transient的作用:节省序列化过程中的存储空间

size:具体内容的大小
private int size;
private是为了防止别的类去修改它,当然访问没问题,只要ArrayList类内部提供一个public方法去做这件事就OK.非要修改的话其实也可以,就是提供内部一个public方法完成这件事,但设计初衷就导致不可能这么干的.

modCount:这个list被修改的次数
protected transient int modCount = 0;

这个构造方法没读懂

public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
     
    elementData = c.toArray();
    if ((size = elementData.length) != 0) {
     
        // defend against c.toArray (incorrectly) not returning Object[]
        // (see e.g. https://bugs.openjdk.java.net/browse/JDK-6260652)
        if (elementData.getClass() != Object[].class)
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
    } else {
     
        // replace with empty array.
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
}

add方法分析（扩容机制）

     /**
     * Appends the specified element to the end of this list.
     * 在ArrayList末尾追加指定的元素
     * @param e element to be appended to this list
     * @return true (as specified by {@link Collection#add})
     */
    public boolean add(E e) {
     
    	//添加的话肯定得保证存储层分配的容量够啊，也就是看看容量是不是足够size+1.
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;//将e赋值给elementData[size]然后size++;
        return true;
    }
     /**
     * 这个函数用来保证容量的
     * @param minCapacity-----需求的最小容量:
     */
    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
     
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));//依据需求的最小容量改变elementData的容量
    }
    /**
    * 
    */
    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
     
        modCount++;

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)//如果缓冲区容量不能满足需求的最小容量
            grow(minCapacity);//按照需求的最小容量扩容
    }
    
     /**
     * Increases the capacity to ensure that it can hold at least the
     * number of elements specified by the minimum capacity argument.
     * 增加容量，以确保它至少可以容纳由最小容量参数指定的元素数量。
     * @param minCapacity： the desired minimum capacity
     */
    private void grow(int minCapacity) {
     
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);//扩容机制：1.5倍！
        if (newCapacity - minCapacity < 0)//扩容新容量还是低于最小容量的话----权衡措施！
            newCapacity = minCapacity;//那新容量干脆直接等于the desired minimum capacity得了
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)//要是这个新容量大的过分了，想下容量超过21亿是有点过分
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);//指定容量来复制一个新数组并重新指向（赋值操作）
    }
    
	private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
     
        if (minCapacity < 0) // overflow//如果最小容量期望<0,抛出OOM异常？这是因为负数减去负数可能为正数！
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?//一个简单的三元表达式
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }
    
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
     
    if (minCapacity > elementData.length
        && !(elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
             && minCapacity <= DEFAULT_CAPACITY)) {
     
        modCount++;
        grow(minCapacity);
    }
}

get方法分析

   /**
     * Returns the element at the specified position in this list.
     *
     * @param  index index of the element to return
     * @return the element at the specified position in this list
     * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
     */
    public E get(int index) {
     
        rangeCheck(index);//检查输入合法性----其实只有上限判断！

        return elementData(index);//下限判断，
    }
   /**
     * Checks if the given index is in range.  If not, throws an appropriate
     * runtime exception.  This method does *not* check if the index is
     * negative: It is always used immediately prior to an array access,
     * which throws an ArrayIndexOutOfBoundsException if index is negative.
     */
    private void rangeCheck(int index) {
     
        if (index >= size)//有意思的是只做了上限判断，下限判断其实就是在get方法中的elementData(index)中；
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }
    
    // Positional Access Operations
    @SuppressWarnings("unchecked")
    E elementData(int index) {
     
        return (E) elementData[index];//数组index>=0确保下限判断会报异常的，这是更底层所规定的了
    }

其它

像remove一些重载方法啥的也不难，需要时在阅读，就是注意用remove从前往后删时自动补位的问题，推荐用Iterator!

Vector源码（过时？虽然安全但效率太低了）

Vector看了一下，和ArrayList源码相似度也太高了。看一下类继承结构图就能感觉到。就不分析了，没啥意义。
贴个关于这个Vector的分析，写的挺好的。
https://www.cnblogs.com/rnmb/p/6553711.html

Vector和ArrayList比较

ArrayList类结构图：

Vector类结构图：

参考链接
https://www.cnblogs.com/rnmb/p/6553711.html

小结：
（1）效率与安全的矛盾
Vector在对元素进行操作的方法加了synchronized，使得线程安全，这也意味着效率可能比较低。
（2）二者扩容比例不同：增删时会进行数组copy

扩容为原来的1.5倍

在add()和remove()时都会进行数组的copy：在大数据效率会比较低下。

Stack（过时）源码

只是在Vector基础上额外增加了一些栈的操作，毕竟栈就是可以视为一个特殊（行为受限）的动态数组。
严格意义上讲Vector不是一个严格的栈，它的其它行为也没有受限呀。

LinkedList源码

参考资料：
https://blog.csdn.net/m0_37884977/article/details/80467658

Linkedlist插入删除较快（这就是队列的特性），查找较慢。
LinkedList是一个双边队列。
线程不安全。

属性罗列

其它

LinkedList之前也读得七七八八了，也没有什么困惑的地方，现在可以先行搁置对源码的分析了！

ArrayList和LinkedList的区别

（1）ArrayList和LinkedList相比占用空间更少。
（2）从遍历的角度来看，
ArrayList的for循环遍历要优于for-each或者Iterator；
LinkedList的for循环遍历要劣于for-each或者Iterator.
上面两句话还是比较好理解的。
同样规模的ArrayList和LinkedList相比：
对于for循环遍历，前者性能优势明显优于后者。
上面这一句话也不难理解，可以参考下面的文章：
https://www.cnblogs.com/ixenos/p/5682979.html
Q:可是
同样规模的ArrayList和LinkedList相比：
对于for-each/Iterator循环遍历，后者性能优势明显优于前者。这是什么原因？？？
A：看一下Iterator的实现就行了，这算是我对该篇文章的补充。

HashSet源码

参考链接：
https://www.cnblogs.com/whgk/p/6114842.html
HashSet类结构图

TreeSet源码

TreeSet类结构图

HashMap源码

参考链接：
http://www.cnblogs.com/whgk/p/6091316.html
https://www.cnblogs.com/chinajava/p/5808416.html

类结构图:

Map中的键值对如何存储？

HashMap有一个静态内部类Node，这个元素实现了Entry接口（Map接口的内接口）。

put(HashMap的扩容)

一扩扩两倍，哈希表容量总是2的幂次倍。

    /**
     * Associates the specified value with the specified key in this map.
     * If the map previously contained a mapping for the key, the old
     * value is replaced.
     */
    public V put(K key, V value) {
     
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }
    /**
     * Implements Map.put and related methods
     *
     * @param hash hash for key
     * @param key the key
     * @param value the value to put
     * @param onlyIfAbsent if true, don't change existing value
     * @param evict if false, the table is in creation mode.
     * @return previous value, or null if none
     */
    final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
     
        Node<K,V>[] tab; //节点（K-V）数组叫tab
        Node<K,V> p; 
        int n, i;
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {
     
            Node<K,V> e; K k;
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
     
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
     
                    if ((e = p.next) == null) {
     
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
            if (e != null) {
      // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        if (++size > threshold)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

Questions:
Q:为什么继承了AbstractMap又要实现Map接口？
A: https://blog.csdn.net/u011392897/article/details/60141739

官方注释：
https://www.cnblogs.com/silyvin/p/9106744.html
也有前辈作了这样的事情，但有些意见相左。这篇博客集中了好几篇质量高的博文，相当好。

HashMap不保证map的顺序， 而且顺序是可变的。

下面这端其实讲的就是哈希表原理：

注意：这是JDK1.8对HashMap的优化， 哈希碰撞后的链表上达到8个节点时要将链表重构为红黑树， 查询的时间复杂度变为O(logN)。

知识点
版本变迁：JDK1.8以前传统HashMap的缺点？
数组+链表，即使哈希函数取得再好，也很难达到元素百分百均匀分布。
针对这种情况，JDK 1.8 中引入了红黑树（查找时间复杂度为 O(logn)）来优化这个问题
HashTable和HashMap怎么实现均匀散列？
JDK1.7 indexFor才是用h&(length-1)实现散列的。----要求length为2的幂次。

JDK1.8源码：

哈希数组、哈希链表和哈希红黑树？
集合框架中modCount的意义？
https://www.cnblogs.com/nevermorewang/p/7808197.html
transient modCount为什么不用序列化？
iterator的一些知识
WeakHashMap源码

ConcurrentHashMap源码

TreeMap源码

HashTable(过时)源码
HashMap和HashTable区别

1. HashMap是HashTable的轻量级实现，非线程安全
2. HashMap允许键值为空，当然只是允许一个
3. HashTable使用Enumeration,HashMap使用Iterator

Questions:
Q:为什么不直接实现Iterator？
A:可以实现多重可定制迭代！！！
Properties源码

Iterable和Iterator区别

只有实现了Iterable接口的对象才可以使用for-each循环。？

Iterator是一个遍历器，相当于一个游标。

Iterable和Iterator的区别？这篇文章解释了为什么不合二为一，还提供了匿名内部类对Iterator的实现，很好！！！
https://www.jianshu.com/p/cf82ab7e51ef

HashCode()和equals()源码：
http://www.cnblogs.com/whgk/p/6071617.html

Map接口：

Comparable和Comparator接口：
Java中Comparable和Comparator区别小结

Comparable接口就一个待实现方法：

Comparator接口一个待实现方法，一大堆实体方法。-----那这和实现类有啥区别？？？
JDK1.8增加了default关键字：
JAVA8新特性——接口定义增强？（default+static）

用处：自然排序+自定义排序

String源码：final，其它字符串类也是

Iterable(增强for循环)和Iterator接口：
参考资料：
Java基础之Iterable与Iterator ：https://www.cnblogs.com/albertrui/p/8318336.html

Q:为什么一定要实现Iterable接口，为什么不直接实现Iterator接口呢？
A:　　看一下JDK中的集合类，比如List一族或者Set一族，都是实现了Iterable接口，但并不直接实现Iterator接口。 仔细想一下这么做是有道理的。
因为Iterator接口的核心方法next()或者hasNext() 是依赖于迭代器的当前迭代位置的。 如果Collection直接实现Iterator接口，势必导致集合对象中包含当前迭代位置的数据(指针)。 当集合在不同方法间被传递时，由于当前迭代位置不可预置，那么next()方法的结果会变成不可预知。 除非再为Iterator接口添加一个reset()方法，用来重置当前迭代位置。 但即时这样，Collection也只能同时存在一个当前迭代位置。 而Iterable则不然，每次调用都会返回一个从头开始计数的迭代器。 多个迭代器是互不干扰的。

Serializable接口：
参考资料：
Serializable的意义：https://blog.csdn.net/qq_28738419/article/details/80338544
序列化

反序列化

transient修饰的school，我也试过了，果然不能序列化，很好！！！

Cloneable接口
提到了Serializable和浅复制、深复制。
https://blog.csdn.net/qq_37113604/article/details/81168224
浅复制：把基本数据类型复制一份，把引用数据类型指向的地址也复制一份，但并不会把引用数据类型指向的对象也复制一份。
深复制：引用数据类型数据指向的类型都复制一份！！！
如何实现深复制？
（1） 除了String这种方法区的引用数据类型比如自定义的一个类Student等还是应该手动指定clone一份的(也就说这个自定义类也得实现以下这个Cloneable接口)！不过多重引用倒是一件麻烦事，多重引用意味要好几层都重写clone()。
（2） 直接用Serializable先序列化再反序列化一了百了，哈哈哈???！
如何使用？

1. 实现标记接口Cloneable,因为一个方法都没有

2. 重写Object中的clone()----OK,

3. 接下来直接调用obj.clone()就可以了,具体是否深复制还是浅复制得看咋重写的。
   clone()局限性
   （1） 多重引用在个人未经思考的中型Demo中实现深复制要小心一定。稍有疏忽就不是彻底的深复制了。。。
   （2） 像StringBuilder这样的非自定义类没有实现Cloneable接口想clone都不行。
   ???忽然想到了，好像也不是特别麻烦，直接再new一哈StringBuffer就OK!!!

CharSequence接口：
不用想的太复杂，就是定义了一些“字符序列“相关类应该具有的功能，具体见下图：

实现了这个接口的类包括以下几个，具体有兴趣的话用快捷键ctrl+alt+B(IntelliJ IDEA)查看实现类：