JAVA集合框架 - Collection-有解無憂

collection大致介紹

Collection是集合層次結構中的根介面，

集合表示一組物件，有些集合允許重復元素，有些則不允許，有些是有序的，有些是無序的，

JDK沒有提供此介面的任何直接實作:它提供了更具體的子介面(如Set和List)的實作，

這個介面通常用于在需要最大通用性的地方傳遞和操作集合包或多集(可能包含重復元素的無序集合)應該直接實作此介面，

Collection的大致結構體系:

其中常用的有:

List, ArrayList, LinkedList, Vector.

Set, HashSet, TreeSet, LinkedHashList

下文中會挨個看看大致的特性和部分原始碼.

Collection介面提供的功能:

1.添加:
    // 添加一個元素.
    boolean add(E e);
    // 添加多個元素.
    boolean addAll(Collection<? extends E> c);
2.洗掉:
    // 洗掉一個元素.
    boolean remove(Object o);
    // 洗掉多個元素.
    boolean removeAll(Collection<?> c);
    // 清空集合
    void clear();
3.判斷:
    // 判斷是否為空,為空則回傳true
    boolean isEmpty();
    // 判斷是否包含元素
    boolean contains(Object o);
    // 是否全部包含指定元素
    boolean containsAll(Collection<?> c);
    // 判斷是否相等
    boolean equals(Object o);
4.獲取:
    // 繼承自Iterable<E>的迭代器, 用于遍歷所有元素
    Iterator<E> iterator();
    // 回傳集合的哈希碼
    int hashCode();
5.長度:
    //回傳此集合中的元素數目，如果數量超過int最大值就回傳int最大值
    int size(); 
6.交集:
    // 移除未包含在c中的所有元素.回傳值表示是否發生過移除操作
    boolean retainAll(Collection<?> c);
7. 轉換
    // 轉換為陣列
    Object[] toArray();
    // 轉換為特定型別的陣列
    <T> T[] toArray(T[] a);
8. 流操作
    // 串行流操作
    default Stream<E> stream()
    // 并行流操作
    default Stream<E> parallelStream()

Iterator 大致介紹

Iterator(迭代器),用于以迭代的方式遍歷集合.

是一種模式、詳細可見迭代器設計模式.

可以使得序列型別的資料結構的遍歷行為與被遍歷的物件分離，即我們無需關心該序列的底層結構是什么樣子的，

只要拿到這個物件,使用迭代器就可以遍歷這個物件的內部，

一般是在集合內提供私有的實作方法,用于迭代集合類.

Tterator提供的介面:

// 是否有下一個元素
boolean hasNext();
// 回傳迭代中的下一個元素，
E next();
/** 
 * 從基礎集合中移除此迭代器回傳的最后一個元素(可選操作)，
 * 此方法在每次呼叫next時只能呼叫一次，
 * 如果沒有繼承方法,默認會拋出 UnsupportedOperationException("remove") 例外
 */
default void remove()
// 提供函式式編程
default void forEachRemaining(Consumer<? super E> action)

Fail-Fast 機制

概念

fail-fast機制，即快速失敗機制，是java集合中的一種錯誤檢測機制，

當在迭代集合的程序中集合的結構發生改變(對集合結構的操作會記錄操作次數)，就會發生fail-fast，拋出ConcurrentModificationException例外，

在面對并發修改時，迭代器會快速而干凈地失敗，而不是在將來某個不確定的時間冒任意的、不確定的行為的風險，

fail-fast機制并不保證在不同步的修改下一定拋出例外，它只是盡最大努力去發現并拋出例外，迭代器的快速故障行為應該只用于檢測bug，

原始碼中如何實作的

以為迭代ArrayList為例:

fail-fast的實作依賴于ArrayList<E>的父類AbstractList<E>,在AbstractList<E>中,有一個protected transient int modCount = 0;的成員變數來記錄集合被操作的次數.

在ArrayList中, add,remove,replace等操作都會有modCount++來記錄集合的被操作次數.

在進行迭代的程序中呼叫每個方法前對modCount和開始迭代時記錄的expectedModCount進行比對. 如果不一樣就快速拋出ConcurrentModificationException錯誤,防止因為意外產生錯誤.

// 呼叫迭代器
public Iterator<E> iterator() {
    return new Itr();
}
// ArrayList中自己實作的迭代器部分代碼
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
        // 初始化時記錄當前的運算元
        int expectedModCount = modCount;
        ......
        ......
        @SuppressWarnings("unchecked")
        public E next() {
            checkForComodification();
            ......
            ......
        }
        // 比對運算元的值是否有差異
        final void checkForComodification() {
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }

值傳遞和參考傳遞, 深復制和淺復制

值傳遞和參考傳遞概念:

值傳遞（pass by value）是指在呼叫函式時將實際引數復制一份傳遞到函式中，這樣在函式中如果對引數進行修改，將不會影響到實際引數.
參考傳遞（pass by reference）是指在呼叫函式時將實際引數的地址直接傳遞到函式中，那么在函式中對引數所進行的修改，將影響到實際引數.

在java中, 基本型別變數傳遞的是值的副本, 相當于把自己賦值一份傳遞,即使自己的副本變了,自己也不會改變.

而物件型變數, java傳遞的是參考的副本(復制指向地址的指標),而不是自己實際值的副本.所以傳遞后的物件被改變的話, 之前的物件也會同步改變.因為指向的記憶體中的實際物件被改變了.

P.S.在這里, String型別有些特殊, 一方面, String屬于物件, 傳遞的是參考的副本, 另一方面,String的特殊結構(字串常量都存在堆記憶體中的字串常量池中), 且String不可更改, 只能創建新的.所以String傳遞后更改也不會影響之前的.

深復制和淺復制概念:

淺拷貝：對基本資料型別進行值傳遞，對參考資料型別進行參考傳遞般的拷貝，此為淺拷貝，
深拷貝：對基本資料型別進行值傳遞，對參考資料型別，創建一個新的物件，并復制其內容，此為深拷貝，

Collection中參考的System.arraycopy()就屬于淺拷貝.

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標籤：Java

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