深入理解Vector
2016-12-03 23:23
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Java 集合深入理解(4):Vector
标签: Java集合框架都说 Vector 是线程安全的 ArrayList,今天来根据源码看看是不是这么相似。
什么是 Vector
Vector 和 ArrayList 一样,都是继承自 AbstractList。它是 Stack 的父类。英文的意思是
“矢量”。
Vector 成员变量
1.底层也是个数组
protected Object[] elementData;
2.数组元素个数,为啥不就叫 size 呢?奇怪
protected int elementCount;
3.扩容时增长数量,允许用户自己设置。如果这个值是 0 或者 负数,扩容时会扩大 2 倍,而不是 1.5
protected int capacityIncrement;
4.默认容量
private static final int DEFAULT_SIZE = 10;
Vector 的 4 种构造方法
//创建默认容量 10 的数组,同时增长量为 0 public Vector() { this(DEFAULT_SIZE, 0); } //创建一个用户指定容量的数组,同时增长量为 0 public Vector(int capacity) { this(capacity, 0); } //创建指定容量大小的数组,设置增长量。如果增长量为 非正数,扩容时会扩大两倍 public Vector(int capacity, int capacityIncrement) { if (capacity < 0) { throw new IllegalArgumentException("capacity < 0: " + capacity); } elementData = newElementArray(capacity); elementCount = 0; this.capacityIncrement = capacityIncrement; } //创建一个包含指定集合的数组 public Vector(Collection<? extends E> c) { //转成数组,赋值 elementData = c.toArray(); elementCount = elementData.length; // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652) //可能有这个神奇的 bug,用 Arrays.copyOf 重新创建、复制 if (elementData.getClass() != Object[].class) elementData = Arrays.copyOf(elementData, elementCount, Object[].class); }
一个内部方法,返回一个新数组:
private E[] newElementArray(int size) { return (E[]) new Object[size]; }
Vector 的成员方法
1.先来看 JDK 7 中 Vector 的 3 种扩容方式:
//根据指定的容量进行扩容 private void grow(int newCapacity) { //创建个指定容量的新数组,这里假设指定的容量比当前数组元素个数多 E[] newData = newElementArray(newCapacity); //把当前数组复制到新创建的数组 System.arraycopy(elementData, 0, newData, 0, elementCount); //当前数组指向新数组 elementData = newData; } //默认增长一倍的扩容 private void growByOne() { int adding = 0; //扩容量 capacityIncrement 不大于 0,就增长一倍 if (capacityIncrement <= 0) { if ((adding = elementData.length) == 0) { adding = 1; } } else { //否则按扩容量走 adding = capacityIncrement; } //创建个新数组,大小为当前容量加上 adding E[] newData = newElementArray(elementData.length + adding); //复制,赋值 System.arraycopy(elementData, 0, newData, 0, elementCount); elementData = newData; } //指定默认扩容数量的扩容 private void growBy(int required) { int adding = 0; //扩容量 capacityIncrement 不大于 0 if (capacityIncrement <= 0) { //如果当前数组内没有元素,就按指定的数量扩容 if ((adding = elementData.length) == 0) { adding = required; } //增加扩容数量到 指定的以上 while (adding < required) { adding += adding; } } else { //扩容量大于 0 ,还是按指定的扩容数量走啊 adding = (required / capacityIncrement) * capacityIncrement; //不过也可能出现偏差,因为是 int 做除法,所以扩容值至少是 指定扩容量的一倍以上 if (adding < required) { adding += capacityIncrement; } } //创建,复制,赋值一条龙 E[] newData = newElementArray(elementData.length + adding); System.arraycopy(elementData, 0, newData, 0, elementCount); elementData = newData; }
2.(我能说一开始看错了,看成 JDK7 的了吗 - -)再来看JDK 8 中的扩容机制,变成一种了:
//扩容,传入最小容量,跟 ArrayList.grow(int) 很相似,只是扩大量不同 private void grow(int minCapacity) { int oldCapacity = elementData.length; //如果增长量 capacityIncrement 不大于 0 ,就扩容 2 倍 int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ? capacityIncrement : oldCapacity); if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity; if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } private static int hugeCapacity(int minCapacity) { if (minCapacity < 0) // overflow throw new OutOfMemoryError(); return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE; }
3.Vector中的 5 种添加元素的方法
//扩容前兆,检查数量 private void ensureCapacityHelper(int minCapacity) { if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity); } //在指定位置插入一个元素,同步的 public synchronized void insertElementAt(E obj, int index) { modCount++; if (index > elementCount) { throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " > " + elementCount); } ensureCapacityHelper(elementCount + 1); //扩容后就把插入点后面的元素统一后移一位 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, elementCount - index); //赋值 elementData[index] = obj; elementCount++; } //尾部插入元素,同步的 public synchronized void addElement(E obj) { modCount++; ensureCapacityHelper(elementCount + 1); elementData[elementCount++] = obj; } public void add(int index, E element) { insertElementAt(element, index); } //添加一个集合到尾部,同步的 public synchronized boolean addAll(Collection<? extends E> c) { modCount++; //转成数组 Object[] a = c.toArray(); int numNew = a.length; //扩容,复制到数组后面 ensureCapacityHelper(elementCount + numNew); System.arraycopy(a, 0, elementData, elementCount, numNew); elementCount += numNew; return numNew != 0; } //添加一个结合到指定位置,同步的 public synchronized boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) { modCount++; if (index < 0 || index > elementCount) throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index); Object[] a = c.toArray(); int numNew = a.length; ensureCapacityHelper(elementCount + numNew); //要移动多少个元素 int numMoved = elementCount - index; if (numMoved > 0) //把插入位置后面的元素后移这么多位 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew, numMoved); //复制元素到数组中 System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew); elementCount += numNew; return numNew != 0; }
最后还有个 ListIterator 的添加方法
public void add(E e) { int i = cursor; synchronized (Vector.this) { checkForComodification(); Vector.this.add(i, e); expectedModCount = modCount; } cursor = i + 1; lastRet = -1; }
4.Vector 中的 9 种删除方法
//删除指定位置的元素,同步的 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; if (j > 0) { //把删除位置后面的元素往前移一位 System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, j); } elementCount--; //最后多余的一位置为 null elementData[elementCount] = null; /* to let gc do its work */ } //删除指定元素,同步的 public synchronized boolean removeElement(Object obj) { modCount++; int i = indexOf(obj); if (i >= 0) { removeElementAt(i); return true; } return false; } E elementData(int index) { return (E) elementData[index]; } //删除指定位置的元素 public synchronized E remove(int index) { modCount++; if (index >= elementCount) throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index); E oldValue = elementData(index); //找到删除该元素后,后面有多少位元素需要前移一位 int numMoved = elementCount - index - 1; if (numMoved > 0) //迁移一位 System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); //最后一位置为 null,不浪费空间 elementData[--elementCount] = null; // Let gc do its work return oldValue; } public boolean remove(Object o) { return removeElement(o); } //删除指定集合的所有元素,同步的 public synchronized boolean removeAll(Collection<?> c) { //直接调用 AbstractCollection 的 removeAll 方法,用迭代器挨个删除 return super.removeAll(c); } //删除所有元素,同步的 public synchronized void removeAllElements() { modCount++; // 挨个置为空,Let gc do its work for (int i = 0; i < elementCount; i++) elementData[i] = null; elementCount = 0; } //删除指定范围的元素,同步的 protected synchronized void removeRange(int fromIndex, int toIndex) { modCount++; //把结束位置以后的元素向前移动 指定数量个位置,覆盖 int numMoved = elementCount - toIndex; System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex, numMoved); // 把多余的位置置为 null int newElementCount = elementCount - (toIndex-fromIndex); while (elementCount != newElementCount) elementData[--elementCount] = null; } //排除异己,同步的 public synchronized boolean retainAll(Collection<?> c) { return super.retainAll(c); } //JDK 1.8 新增的 public synchronized boolean removeIf(Predicate<? super E> filter) { Objects.requireNonNull(filter); // 将要删除的内容加入 removeSet int removeCount = 0; final int size = elementCount; final BitSet removeSet = new BitSet(size); final int expectedModCount = modCount; for (int i=0; modCount == expectedModCount && i < size; i++) { @SuppressWarnings("unchecked") final E element = (E) elementData[i]; if (filter.test(element)) { removeSet.set(i); removeCount++; } } if (modCount != expectedModCount) { throw new ConcurrentModificationException(); } // 遍历,删除 final boolean anyToRemove = removeCount > 0; if (anyToRemove) { final int newSize = size - removeCount; for (int i=0, j=0; (i < size) && (j < newSize); i++, j++) { i = removeSet.nextClearBit(i); elementData[j] = elementData[i]; } for (int k=newSize; k < size; k++) { elementData[k] = null; // Let gc do its work } elementCount = newSize; if (modCount != expectedModCount) { throw new ConcurrentModificationException(); } modCount++; } return anyToRemove; }
写“同步的”写的手抽筋,还是统计不是同步的方法吧 - -。
5. Vector 中的修改方法
//修改指定位置为指定元素 public synchronized E set(int index, E element) { if (index >= elementCount) throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index); //找到这个元素,直接设置新值 E oldValue = elementData(index); elementData[index] = element; return oldValue; } //修改指定位置为指定元素 public synchronized void setElementAt(E obj, int index) { if (index >= elementCount) { throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " + elementCount); } //数组就是方便,直接更新就好了 elementData[index] = obj; } //修改数组容量 public synchronized void setSize(int newSize) { modCount++; //元 ccd2 素个数超出容量就要扩容 if (newSize > elementCount) { ensureCapacityHelper(newSize); } else { //新增 elementCount - newSize 个元素 for (int i = newSize ; i < elementCount ; i++) { elementData[i] = null; } } elementCount = newSize; } //排序,修改顺序 public synchronized void sort(Comparator<? super E> c) { final int expectedModCount = modCount; //用的是 Arrays.sort Arrays.sort((E[]) elementData, 0, elementCount, c); if (modCount != expectedModCount) { throw new ConcurrentModificationException(); } modCount++; } //缩小数组容量,减少占用资源 public synchronized void trimToSize() { modCount++; int oldCapacity = elementData.length; if (elementCount < oldCapacity) { //新建个小点的数组,赋值 elementData = Arrays.copyOf(elementData, elementCount); } }
6. Vector 中的查询
//查找 o 从指定位置 index 开始第一次出现的位置 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; } //查找 o 在数组中首次出现的位置 public int indexOf(Object o) { return indexOf(o, 0); } //是否包含 O public boolean contains(Object o) { return indexOf(o, 0) >= 0; } //是否包含整个集合 public synchronized boolean containsAll(Collection<?> c) { //调用 AbstractCollection 的方法,使用迭代器挨个遍历查找,两重循环 return super.containsAll(c); } //第一个元素,其实提供了 get() 方法就够了 public synchronized E firstElement() { if (elementCount == 0) { throw new NoSuchElementException(); } return elementData(0); } //最后一个元素,其实提供了 get() 方法就够了 public synchronized E lastElement() { if (elementCount == 0) { throw new NoSuchElementException(); } return elementData(elementCount - 1); } public synchronized boolean isEmpty() { return elementCount == 0; } //实际包含元素个数 public synchronized int size() { return elementCount; } //数组大小,>= 元素个数 public synchronized int capacity() { return elementData.length; }
7. Vector 也可以转成数组
public synchronized Object[] toArray() { return Arrays.copyOf(elementData, elementCount); } //跟 ArrayList 简直一样 public synchronized <T> T[] toArray(T[] a) { if (a.length < elementCount) return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, elementCount, a.getClass()); System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, elementCount); if (a.length > elementCount) a[elementCount] = null; return a; }
8. Vector 中的迭代器
普通迭代器 Iterator:public synchronized Iterator<E> iterator() { return new Itr(); } private class Itr implements Iterator<E> { int cursor; // index of next element to return int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such int expectedModCount = modCount; public boolean hasNext() { // 调用 next() 前的检查 return cursor != elementCount; } public E next() { //注意了,Vector 连迭代器的方法也加了同步 synchronized (Vector.this) { checkForComodification(); int i = cursor; if (i >= elementCount) throw new NoSuchElementException(); cursor = i + 1; return elementData(lastRet = i); } } public void remove() { if (lastRet == -1) throw new IllegalStateException(); //注意了,Vector 连迭代器的方法也加了同步 synchronized (Vector.this) { checkForComodification(); Vector.this.remove(lastRet); expectedModCount = modCount; } cursor = lastRet; lastRet = -1; } //大概看下这个 1.8 的方法 @Override public void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) { Objects.requireNonNull(action); synchronized (Vector.this) { final int size = elementCount; int i = cursor; if (i >= size) { return; } @SuppressWarnings("unchecked") final E[] elementData = (E[]) Vector.this.elementData; if (i >= elementData.length) { throw new ConcurrentModificationException(); } while (i != size && modCount == expectedModCount) { action.accept(elementData[i++]); } // update once at end of iteration to reduce heap write traffic cursor = i; lastRet = i - 1; checkForComodification(); } } final void checkForComodification() { if (modCount != expectedModCount) throw new ConcurrentModificationException(); } }
ListIterator:
public synchronized ListIterator<E> listIterator(int index) { if (index < 0 || index > elementCount) throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index); return new ListItr(index); } final class ListItr extends Itr implements ListIterator<E> { ListItr(int index) { super(); cursor = index; } public boolean hasPrevious() { return cursor != 0; } public int nextIndex() { return cursor; } public int previousIndex() { return cursor - 1; } public E previous() { synchronized (Vector.this) { checkForComodification(); int i = cursor - 1; if (i < 0) throw new NoSuchElementException(); cursor = i; return elementData(lastRet = i); } } public void set(E e) { if (lastRet == -1) throw new IllegalStateException(); synchronized (Vector.this) { checkForComodification(); Vector.this.set(lastRet, e); } } public void add(E e) { int i = cursor; synchronized (Vector.this) { checkForComodification(); Vector.this.add(i, e); expectedModCount = modCount; } cursor = i + 1; lastRet = -1; } } //1.8 新增的略过。。。 //还多了个 sort 方法,自己传入的集合需要实现比较器 @SuppressWarnings("unchecked") @Override public synchronized void sort(Comparator<? super E> c) { final int expectedModCount = modCount; Arrays.sort((E[]) elementData, 0, elementCount, c); if (modCount != expectedModCount) { throw new ConcurrentModificationException(); } modCount++; }
Vector 还支持 Enumeration 迭代:
public Enumeration<E> elements() { return new Enumeration<E>() { 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"); } }; }
总结
Vector 特点
底层由一个可以增长的数组组成Vector 通过 capacity (容量) 和 capacityIncrement (增长数量) 来尽量少的占用空间
扩容时默认扩大两倍
最好在插入大量元素前增加 vector 容量,那样可以减少重新申请内存的次数
通过 iterator 和 lastIterator 获得的迭代器是 fail-fast 的
通过 elements 获得的老版迭代器 Enumeration 不是 fail-fast 的
同步类,每个方法前都有同步锁 synchronized
在 JDK 2.0 以后,经过优化,Vector 也加入了 Java 集合框架大家族
Vector VS ArrayList
共同点:都是基于数组
都支持随机访问
默认容量都是 10
都有扩容机制
区别:
Vector 出生的比较早,JDK 1.0 就出生了,ArrayList JDK 1.2 才出来
Vector 比 ArrayList 多一种迭代器 Enumeration
Vector 是线程安全的,ArrayList 不是
Vector 默认扩容 2 倍,ArrayList 是 1.5
如果没有线程安全的需求,一般推荐使用 ArrayList,而不是 Vector,因为每次都要获取锁,效率太低。
Thanks
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