java的集合是常用的類，也是面試官非常喜歡的問題。集合可以分為set集合、list集合和map集合list集合，這篇博客會分析list集合。時間非常緊迫的同學可以直接看最后的總結。
首先看一下List類的體系結構，JDK版本為1.8.0
List體系中有三個我們常用的類：ArrayList、Vector、LinkedList。
下面主意分析這三個類
ArrayList
ArrayList內部使用數組來保存對象，在數組長度不夠的時候，增加數組的長度。
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
ArrayList繼承了AbstractList，實現了List、Random、Colleable、Serializable接口，ArrayList有一個泛型，用來指定保存的對象類型。
ArrayList的成員變量
private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
/**
* 默認的數組容量
*/
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
/**
* 默認空數組
*/
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
* 默認空數組
*/
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
* 用于保存數據的數組
* 不可序列化
*/
transient Object[] elementData; //
/**
* 當前保存的數據數量
*
* @serial
*/
private int size;
ArrayList的構造方法
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
無參構造方法中將elementData默認初始化為DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA，也就是一個空的數組。
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity]; //如果指定的初始容量initialCapacity大于0，就創(chuàng)建initialCapacity大小的數組
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; //如果initialCapacity等于0，將elementData 初始化為空數組
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity);
}
}
一個參數int initialCapacity的構造方法中，根據傳入的初始化容量，創(chuàng)建不同長度的數組。如果initialCapacity大于0，創(chuàng)建initialCapacity長度的數組；如果initialCapacity等于0，使elementData 指向一個長度為0的數組；如果initialCapacity長度小于0，拋出異常。
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray(); //將傳入的集合賦值給elementData
if ((size = elementData.length) != 0) {
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// replace with empty array.
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
一個參數Collection<? extends E> c的構造方法，將傳入的集合賦值給elementData，更新數組長度size。
？值得是泛型通配符，可以指代不同的泛型，具體可以看這一篇文章Java總結篇系列：Java泛型。
private void grow(int minCapacity)
grow方法是進行l(wèi)ist中數組擴容的，傳入當前需要的最小數組長度。下面看源碼。
private void grow(int minCapacity) {
int oldCapacity = elementData.length; //獲得數組現有的長度
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //數組新長度是現有長度的1.5倍
if (newCapacity - minCapacity < 0) //如果新長度仍然不滿足需求的長度
newCapacity = minCapacity; //就設置新長度為需求的長度
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) //如果長度超過所能承受的最大長度Integer.MAX_VALUE - 8
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); //使用hugeCapacity方法設置新長度
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); //復制數組元素
}
上面程序中首先獲得數組的現有長度，然后設置數組新長度是現有長度的1.5倍，如果新長度仍小于所需長度，則設置新長度等于所需長度。如果新長度大于最大長度，則使用hugeCapacity方法設置新長度。下面看hugeCapacity方法。
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) // overflow //如果長度超過整形的最大值，則拋出異常
throw new OutOfMemoryError();
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? //返回整形的最大長度
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}
所以，ArrayList的最大長度是整型的最大值，超過這個值就會報OutOfMemoryError（）。
public boolean add(E e)
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // 數據長度自增
elementData[size++] = e;
return true;
}
在add方法中，首先會使用ensureCapacityInternal(size + 1)方法進行數據數組擴容，然后將待插入的元素插入到數組末尾。
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { //如果當前數據數組是空數組
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); //最小長度是10和所需長度的最大值
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity); //數據數組擴容
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++; //操作數自增
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity); //數據數組擴容
}
add方法總結：
add方法中，首先會對數據數組進行擴容（如果現有的容量小于所需的容量，就擴容）。如果第一次添加數據，也就是數據數組是空數組的時候，設置最小的所需長度是10（我認為是為了避免數據數組在剛開始的時候長度增長地過慢，導致經常擴容，影響效率），然后使用grow方法對數據進行擴容（每次增長為原來的1.5倍）。
public boolean addAll(Collection<? extends E> c)
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount
System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
首先將輸入的待插入集合轉化為數組，然后對數據數組擴容，復制數組，更新size，返回。
public E set(int index, E element)
public E set(int index, E element) {
rangeCheck(index); //檢查數組是否越界
E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element; //設置新數據
return oldValue; //返回舊數據
}
set方法中邏輯比較簡單，首先判斷數組是否越界，如果越界拋出IndexOutOfBoundsException異常，然后將新數據設置到指定位置，返回舊數據。
public E remove(int index)
public E remove(int index) {
rangeCheck(index); //檢查數組是否越界
modCount++;
E oldValue = elementData(index); //取得需要刪除的元素
int numMoved = size - index - 1; //獲得需要移動的數據長度
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, //移動數據，填補空缺
numMoved);
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work //最后一個數據設置為null
return oldValue;
}
remove方法的邏輯同樣簡單，首先檢查index是否越界（如果越界，拋出IndexOutOfBoundsException），然后獲得需要刪除的元素，刪除中間的一個元素后，后面的元素都需要前移一位，原來最后位置的元素設置為null，最后返回移除的元素。
public E get(int index)
public E get(int index) {
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}
get方法邏輯比較簡單，首先檢查index是否越界，然后然后返回指定位置的數據
內部類private class Itr implements Iterator<E>
ArrayList中有個內部類Itr，實現了Iterator接口，也就是我們常說的迭代器。
private class Itr implements Iterator<E> {
int cursor; // 游標，指向下一個可以返回的數據
int lastRet = -1; // 游標，指向最后一個已返回的元素
int expectedModCount = modCount; //操作次數
public boolean hasNext() { //通過比較ArrayList中的成員變量size和迭代器的游標cursor，判斷否是還有下一個元素
return cursor != size;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
public E next() {
checkForComodification(); //如果迭代器中的操作數和ArrayList中的操作數不相等，就拋出異常。因此，我們在使用迭代器的時候，不應該使用ArrayList自身的add,remove,set等方法，否則迭代器會拋出異常！
int i = cursor;
if (i >= size)
throw new NoSuchElementException();
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length)
throw new ConcurrentModificationException();
cursor = i + 1;
return (E) elementData[lastRet = i]; //返回數據，游標后移，設置lastRet為剛剛返回的元素
}
public void remove() {
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
try {
ArrayList.this.remove(lastRet); //移除上一個返回的元素
cursor = lastRet;
lastRet = -1; //重新設置lastRet為-1，所以next一次，只能remove一次。
expectedModCount = modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
@Override
@SuppressWarnings("unchecked")
public void forEachRemaining(Consumer<? super E> consumer) {
Objects.requireNonNull(consumer);
final int size = ArrayList.this.size;
int i = cursor;
if (i >= size) {
return;
}
final Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
while (i != size && modCount == expectedModCount) {
consumer.accept((E) 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();
}
}
迭代器總結：
1.迭代器封裝了對集合元素的next和remove操作，不需要了解集合底層具體的實現，只需要使用迭代器進行統(tǒng)一處理
2.迭代器的remove操作是調用ArrayList的remove操作，迭代器本身不對ArrayList的結構產生變化。
2.迭代器內部會保存一個操作數，每次操作，迭代器都會檢查自身的操作數和ArrayList的操作數是否相等，如果不相等會拋出異常。因此，我們在使用迭代器的時候再獲取迭代器的對象，并且在使用迭代器的過程中，不應該使用ArrayList本身對數進行結構性的改變（add,remove等）。
Vector
public class Vector<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
Vector和ArrayList的實現原理大致相同，都是在內部使用數組來保存數據，add和remove也都是先擴容，然后對數組進行操作。最大的不一樣是Vector內部方法都用Synchronized修飾，也就是多線程同步的。并且數組擴容的方法也不太一樣。
首先看構造方法
public Vector(int initialCapacity, int capacityIncrement) {
super();
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
this.elementData = new Object[initialCapacity];
this.capacityIncrement = capacityIncrement;
}
/**
*
*/
public Vector(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, 0);
}
/**
*
*/
public Vector() {
this(10);
}
Vector有三個構造方法，分別是無參，一個參數（初始化容量），兩個參數（初始化容量，每次擴容增長的容量）。前兩個構造方法最后都是調用兩個參數的構造方法。
可以看到，如果不設置默認的初始容量是10，默認每次擴容增加的容量是0。
private void grow(int minCapacity)
private void grow(int minCapacity) {
int oldCapacity = elementData.length;
int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ? //如果默認的擴容增量等于0，就設置新的容量為舊容量的兩倍，否則根據容量增量增加容量。
capacityIncrement : oldCapacity);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
grow方法中，會判斷現在的擴容增量值是不是等于0，如果等于0，則新容量是舊容量的兩倍，否則，根據擴容增量設置新的容量。
Vector總結：
1.基本原理和ArrayList相同，內部使用數組保存數據，在需要的時候擴容數組
2.構造方法方法中，可以設置初始的容量和每次擴容增加的容量。默認初始容量是10，每次擴容增加的容量是0。
3.對數據的結構性操作的函數都使用Synchronized來修飾（如add,remove,setSize），是線程安全的，但是多線程環(huán)境下效率比較低。
4.每次擴容，如果現有設置的擴容增量為0，則新容量為舊容量的兩倍，否則，新容量為舊容量+擴容增量。
LinkedList
public class LinkedList<E>
extends AbstractSequentialList<E>
implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
ArrayList和Vector內部都是用數組來存儲元素，LinkedList內部使用雙向鏈表來存儲數據（jdk1.8.0中不是循環(huán)鏈表）。下面的分析只對源碼中的思路進行分析，不對具體的鏈表操作進行分析。
成員變量
transient int size = 0; //已存儲元素的多少
/**
* 指向鏈表中第一個元素的指針
*/
transient Node<E> first;
/**
* 指向鏈表中最后一個元素的指針
*/
transient Node<E> last;
LinkedList中保存了指向第一個元素和最后一個元素的指針。
構造方法
public LinkedList() {
}
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
this();
addAll(c);
}
提供了兩個構造方法，一個沒有任何邏輯，一個傳入數據集合，調用addAll插入數據集合。
boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c)
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
checkPositionIndex(index); //檢查是否越界
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
if (numNew == 0)
return false;
Node<E> pred, succ;
if (index == size) {
succ = null;
pred = last;
} else {
succ = node(index); //使用node（index）查找到指定位置的元素
pred = succ.prev;
}
for (Object o : a) { //將數據插入到鏈表中
@SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
if (pred == null)
first = newNode;
else
pred.next = newNode;
pred = newNode;
}
if (succ == null) { //更新last指針
last = pred;
} else {
pred.next = succ;
succ.prev = pred;
}
size += numNew; //修改size
modCount++; //修改操作數
return true;
}
Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
if (index < (size >> 1)) {
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else {
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
在AddAll方法中首先使用node(int index)找到插入點，然后將數據插入到雙向鏈表中
public boolean add(E e)
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
調用linkLast將元素插入到鏈表尾部，具體怎么插入就不分析了，就是雙向鏈表的插入操作。
public boolean remove(Object o)
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (x.item == null) {
unlink(x);
return true;
}
}
} else {
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (o.equals(x.item)) {
unlink(x);
return true;
}
}
}
return false;
}
在remove（Object o）方法中，首先判斷o是不是null，如果是，則通過for循環(huán)查到鏈表中第一個值為null的結點；否則，通過for循環(huán)找到指定結點，刪除。
public E get(int index)
public E get(int index) {
checkElementIndex(index); //檢查是否越界
return node(index).item; //使用node獲取指定位置的結點
}
public E peek()
public E peek() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : f.item;
}
返回鏈表中的第一個元素
public E poll()
public E poll() {
final Node<E> f = first;
return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
}
首先獲取鏈表中第一個元素，斷開其連接，返回該元素。
public boolean offer(E e)
public boolean offer(E e) {
return add(e);
}
offer方法中調用add方法將元素插入到鏈表末尾，
public void push(E e)
public void push(E e) {
addFirst(e);
}
使用addFirst(e)將數據插入到鏈表開頭
public E pop()
public E pop() {
return removeFirst();
}
使用removeFirst返回鏈表的頭結點，斷開頭結點與其他結點的連接
public void clear()
public void clear() {
for (Node<E> x = first; x != null; ) { //將結點的引用指向null，使實例對象可以被GC
Node<E> next = x.next;
x.item = null;
x.next = null;
x.prev = null;
x = next;
}
first = last = null; //重置頭節(jié)點和尾結點
size = 0; //設置size為0
modCount++;
}
LinkedList總結
1.使用雙向鏈表來保存數據，數據插入，刪除都是通過對鏈表操作來實現的。
2.繼承了queue接口，可以當作隊列來使用。也提供了棧的方法，也可以當作棧使用。
List集合的總結
