一、动态数组ArrayList
在我们开发者眼中，这就是一个“动态数组”，可以“动态”地调整数组的大小，虽然说数组从定义了长度后，就不能改变大小。
实现“动态”调整的基本原理就是：按照某个调整策略，重新创建一个调整后一样大小的数组，然后将原来的数组赋值回去。
下面我们来解析一下几个与数组不一样的方法。
看看ArrayList中主要的几个字段（源码剖析）：
// 默认的初始数组大小
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
// 空数组的表示
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 数据保存的数组，主体就是它
private transient Object[] elementData;
// 数组元素个数（不一定等于数组的length）
private int size;添加元素（源码剖析）：
public boolean add(E e) {
// 判断数组需不需要扩容，需要就扩容（动态调整数组大小的关键方法）
ensureCapacityInternal(size + 1);
// 数组元素赋值，数组元素个数+1
elementData[size++] = e;
return true;
}
public void add(int index, E element) {
// 监测是否是数组越界
rangeCheckForAdd(index);
// 判断数组需不需要扩容，需要就扩容（动态调整数组大小的关键方法）
ensureCapacityInternal(size + 1);
// index和index的元素向后移动
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index);
// index位置上赋值
elementData[index] = element;
// 数组元素+1
size++;
}删除元素，这里注意，并没有真正的缩小数组的大小，只是修改size的值（源码剖析）：
public E remove(int index) {
// 数组越界检查，会抛出异常哦
rangeCheck(index);
// 记录修改次数，在迭代器那里会有用
modCount++;
// 找到要删除的数据
E oldValue = elementData(index);
// 需要移动的元素个数
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
// 复制数组，移动元素
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,numMoved);
// 移除引用，方便GC回收
elementData[--size] = null;
return oldValue;
}
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
// 遍历数组，查找到第一个为null值的元素，然后删除
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementData[index] == null) {
// 快速删除
fastRemove(index);
return true;
}
} else {
// 同样是遍历数组，查找
for (int index = 0; index < size; index++)
if (o.equals(elementData[index])) {
// 找到，删除
fastRemove(index);
return true;
}
}
// 找不到
return false;
}
// 与E remove(int index)的差不多，我就不多说了。
// 这里我就不明白，remove(int index)和fastRemove(int index)明明可以代码复用，为何不复用代码呢？
private void fastRemove(int index) {
modCount++;
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
// 置null，让GC可以回收它
elementData[--size] = null;
}看看最重要的数组扩容方法（源码剖析）：
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
// 判断数组是否为空数组
if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
// 修改次数+1
modCount++;
// 判断需不需要扩容：比较数组大小和需要扩容的大小
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
// 增加容量开始
private void grow(int minCapacity) {
int oldCapacity = elementData.length;
// x1.5倍
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
// 扩容的大小太小了
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
// 扩容的大小不会超过最大容量Integer.MAX_VALUE-8
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// 数组复制
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}ArrayList被称为“动态数组的原理”，大致就如源码解析中注释。里面还有其他数组操作的方法，这里就不多讲，其实思路也是差不多的，一切以源码为准。
二、链表队列LinkedList
（双向）链表+队列（Deque）。以前我一直以为LinkedList只是个链表而已，没想到它可以当队列用。
看看结点代码，一看就知道是双向的结点（源码）：
private static class Node<E> {
E item;
Node<E> next; // 后继节点
Node<E> prev; // 前置节点
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}几个重要字段（源码解析）：
// transient：不被序列化
// 结点个数
transient int size = 0;
// 第一个结点
transient Node<E> first;
// 最后一个结点
transient Node<E> last;简单的看看链表的代码（源码解析）：
// 添加结点
public void add(int index, E element) {
// 检查index是否越界
checkPositionIndex(index);
if (index == size)
// 添加最后一个
linkLast(element);
else
// 添加到原index结点前面
linkBefore(element, node(index));
}
// 删除结点
public E remove(int index) {
// 检查index是否越界
checkElementIndex(index);
// 解除结点链接
return unlink(node(index));
}
// 查找结点
public E get(int index) {
// 检查越界了没
checkElementIndex(index);
// 开始查找
return node(index).item;
}
// “真正”是使用这个方法来查找
Node<E> node(int index) {
// 折半查找~，果然是会利用双向链表的优点
if (index < (size >> 1)) { // 从前面找找前半边
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else { // 从后面找找后半边
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}简单的看看队列的代码（源码解析）：
// 入队
public boolean offer(E e) {
return add(e);
}
// 也是入队
public boolean add(E e) {
// 接到最后一个结点
linkLast(e);
// 个人觉得这个return true没必要，完全可以无返回值void，以为如果入队失败linkLast会抛异常。既然是抛异常了，就不会return false了，那就没必要return true。
return true;
}
// “温柔地”取队头元素，队为空不会抛出异常，只会返回null
public E peek() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : f.item;
}
// “粗暴地”取队头元素，队为空抛出NoSuchElementException异常
public E element() {
return getFirst();
}
// “温柔地”出队，队为空不会抛出异常，只会返回null
public E poll() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}
// “粗暴地”出队，队为空抛出NoSuchElementException异常
public E remove() {
return removeFirst();
}三、安全的动态数组Vector
加锁版的ArrayList（线程安全）。方法实现与ArrayList差不多，不同的是线程不安全的方法都加上锁（synchronized）了，这里就不讲啦。
一般不使用Vector而使用ArrayList，除非在多线程环境下（万不得已）才使用Vector。
四、栈Stack
栈，父类是Vector，所以你懂的（加锁版动态数组）。既然父类“安全”了，作为子类的栈也要“安全”了（加锁！），这么说栈也不是很快嘛~。
Stack规定数组最后一个元素为栈顶元素。
入栈（源码解析）:
// 不加锁？父类Vector的addElement已经加锁了，所以不加多余的锁。
public E push(E item) {
// 添加元素到数组最后一个元素的后面
addElement(item);
// 返回压入栈的元素
return item;
}出栈（源码解析）:
// 出栈
public synchronized E pop() {
E obj;
// 栈中元素个数
int len = size();
// 取栈顶元素
obj = peek();
// 移除最后的一个元素（就是移除栈顶元素啦）
removeElementAt(len - 1);
// 返回移除的栈顶元素
return obj;
}
// 取栈顶元素
public synchronized E peek() {
int len = size();
if (len == 0)
// 空栈异常
throw new EmptyStackException();
// 取数组最后一个元素
return elementAt(len - 1);
}栈中元素查找，从栈顶（最后一个数组元素）到栈底（第一个数组元素）（源码解析）:
public synchronized int search(Object o) {
// 找到最后一个符合要求的元素
int i = lastIndexOf(o);
if (i >= 0) {
// 找到了
return size() - i;
}
// 没找到
return -1;
}五、优先队列PriorityQueue
PriorityQueue实现了优先队列（默认最小堆）。
实现优先队列的难点：需要调整堆。
调整堆的方法有：上滤和下滤。
几个重要字段（源码解析）：
// 默认的初始化容器大小
private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 11;
// 元素数组
private transient Object[] queue;
// 元素个数
private int size = 0;
// 比较器（可拓展），可以为空，为空的话E就必须实现Comparable接口。
private final Comparator<? super E> comparator;
// 修改次数
private transient int modCount = 0;添加元素（入队）（源码解析）：
public boolean add(E e) {
return offer(e);
}
public boolean offer(E e) {
if (e == null)
throw new NullPointerException();
// 修改次数+1
modCount++;
int i = size;
// 判断是否应该扩充数组
if (i >= queue.length)
// 数组扩容
grow(i + 1);
// 数组元素增加1
size = i + 1;
if (i == 0)
// 第一个入队的元素
queue[0] = e;
else
// 因为有元素加入，需要调整堆（从下到上）：上滤
siftUp(i, e);
return true;
}我们来看看调整堆的方法（源码解析）：
上滤（源码解析）：
// 选择比较器上滤还是Comparable对象的上滤
private void siftUp(int k, E x) {
if (comparator != null)
// 优先选择有比较器的进行上滤
siftUpUsingComparator(k, x);
else
// Comparable对象的上滤
siftUpComparable(k, x);
}
// Comparable对象的上滤
private void siftUpComparable(int k, E x) {
// 强制转换成Comparable对象，这样才能有下面的比较
Comparable<? super E> key = (Comparable<? super E>) x;
while (k > 0) {
// k是子结点在数组中的下标，(k-1)/2可以求出父结点下标
int parent = (k - 1) >>> 1;
// 取得父结点
Object e = queue[parent];
// 如果key大于或等于父节点
if (key.compareTo((E) e) >= 0)
break;
// key小于父结点
// 父结点与子结点交换值
queue[k] = e;
// k跑到父结点的位置
k = parent;
}
// 赋值到合适位置
queue[k] = key;
}
// 使用比较器的上滤（解析和siftUpComparable一样）
private void siftUpUsingComparator(int k, E x) {
while (k > 0) {
int parent = (k - 1) >>> 1;
Object e = queue[parent];
if (comparator.compare(x, (E) e) >= 0)
break;
queue[k] = e;
k = parent;
}
queue[k] = x;
}下滤（源码解析）：
// 下滤（和上滤一样有两次方式）
private void siftDown(int k, E x) {
if (comparator != null)
siftDownUsingComparator(k, x);
else
siftDownComparable(k, x);
}
// Comparable对象的下滤
private void siftDownComparable(int k, E x) {
Comparable<? super E> key = (Comparable<? super E>)x;
// 计算出非叶子结点个数
int half = size >>> 1;
while (k < half) {
// 计算出左孩子的位置
int child = (k << 1) + 1;
// 取得左孩子的对象
Object c = queue[child];
// 右孩子的位置
int right = child + 1;
// 如果右孩子存在，并且左孩子大于右孩子
if (right < size &&
((Comparable<? super E>) c).compareTo((E) queue[right]) > 0)
// 选择右孩子作为与父结点的比较对象
c = queue[child = right];
// 父子结点比较
if (key.compareTo((E) c) <= 0)
// 如果父节点小于或等于子结点，则找到要调整的位置
break;
// 子结点值赋值到父结点
queue[k] = c;
// 换子结点进入下次循环的比较
k = child;
}
// 找到调整的位置，赋值
queue[k] = key;
}
// 使用比较器的下滤（解析和siftDownComparable一样）
private void siftDownUsingComparator(int k, E x) {
int half = size >>> 1;
while (k < half) {
int child = (k << 1) + 1;
Object c = queue[child];
int right = child + 1;
if (right < size &&
comparator.compare((E) c, (E) queue[right]) > 0)
c = queue[child = right];
if (comparator.compare(x, (E) c) <= 0)
break;
queue[k] = c;
k = child;
}
queue[k] = x;
}总结：阅读一下java容器包中的类后，对数据结构的了解又加深了一层，确实源码里的都是“好东西”。这里的讲的类还不全面，未完持续！
时间： 2024-10-06 01:55:11