List和Set都是接口，它們繼承與Collection。List是有序的隊列，可以用重複的元素；而Set是數學概念中的集合，不能有重複的元素。List和Set都有它們各自的實現類。
爲了方便，我們抽象出AbstractCollection類來讓其他類繼承，該類實現類Collection中的絕大部分方法。AbstractList和AbstractSet都繼承與AbstractCollection，具體的List實現類繼承與AbstractList，而Set的實現類則繼承與AbstractSet。
另外，Collection中有個iterator()方法，它的作用是返回一個Iterator接口。通常，我們通過Iterator迭代器來遍歷集合。ListIterator是List接口所特有的，在List接口中，通過ListIterator()返回一個ListIterator對象。
Collection的定義如下：
public interface Collection<E> extends Iterable<E> {}
從它的定義中可以看出，Collection是一個接口。它是一個高度抽象出來的集合，包含了集合的基本操作：添加、刪除、清空、遍歷、是否爲空、獲取大小等。
Collection接口的所有子類（直接子類和簡介子類）都必須實現2種構造函數：不帶參數的構造函數和參數爲Collection的構造函數。帶參數的構造函數可以用來轉換Collection的類型。下面是Collection接口中定義的API：
-
// Collection的API -
abstract boolean add(E object) -
abstract boolean addAll(Collection<? extends E> collection) -
abstract void clear() -
abstract boolean contains(Object object) -
abstract boolean containsAll(Collection<?> collection) -
abstract boolean equals(Object object) -
abstract int hashCode() -
abstract boolean isEmpty() -
abstract Iterator<E> iterator() -
abstract boolean remove(Object object) -
abstract boolean removeAll(Collection<?> collection) -
abstract boolean retainAll(Collection<?> collection) -
abstract int size() -
abstract <T> T[] toArray(T[] array) -
abstract Object[] toArray()
. List
List的定義如下
從List定義中可以看出，它繼承與Collection接口，即List是集合的一種。List是有序的隊列，List中的每一個元素都有一個索引，第一個元素的索引值爲0，往後的元素的索引值依次+1.，List中允許有重複的元素。
List繼承Collection自然包含了Collection的所有接口，由於List是有序隊列，所以它也有自己額外的API接口。API如下：
-
// Collection的API -
abstract boolean add(E object) -
abstract boolean addAll(Collection<? extends E> collection) -
abstract void clear() -
abstract boolean contains(Object object) -
abstract boolean containsAll(Collection<?> collection) -
abstract boolean equals(Object object) -
abstract int hashCode() -
abstract boolean isEmpty() -
abstract Iterator<E> iterator() -
abstract boolean remove(Object object) -
abstract boolean removeAll(Collection<?> collection) -
abstract boolean retainAll(Collection<?> collection) -
abstract int size() -
abstract <T> T[] toArray(T[] array) -
abstract Object[] toArray() -
// 相比與Collection，List新增的API： -
abstract void add(int location, E object) //在指定位置添加元素 -
abstract boolean addAll(int location, Collection<? extends E> collection) //在指定位置添加其他集合中的元素 -
abstract E get(int location) //獲取指定位置的元素 -
abstract int indexOf(Object object) //獲得指定元素的索引 -
abstract int lastIndexOf(Object object) //從右邊的索引 -
abstract ListIterator<E> listIterator(int location) //獲得iterator -
abstract ListIterator<E> listIterator() -
abstract E remove(int location) //刪除指定位置的元素 -
abstract E set(int location, E object) //修改指定位置的元素 -
abstract List<E> subList(int start, int end) //獲取子list
3. Set
Set的定義如下：
public interface Set<E> extends Collection<E> {}
Set也繼承與Collection接口，且裏面不能有重複元素。關於API，Set與Collection的API完全一樣，不在贅述。
public abstract class AbstractCollection<E> implements Collection<E> {}
AbstractCollection是一個抽象類，它實現了Collection中除了iterator()和size()之外的所有方法。AbstractCollection的主要作用是方便其他類實現Collection.，比如ArrayList、LinkedList等。它們想要實現Collection接口，通過集成AbstractCollection就已經實現大部分方法了，再實現一下iterator()和size()即可。
下面看一下AbstractCollection實現的部分方法的源碼：
-
public abstract class AbstractCollection<E> implements Collection<E> { -
protected AbstractCollection() { -
} -
public abstract Iterator<E> iterator();//iterator()方法沒有實現 -
public abstract int size(); //size()方法也沒有實現 -
public boolean isEmpty() { //檢測集合是否爲空 -
return size() == 0; -
} -
/*檢查集合中是否包含特定對象*/ -
public boolean contains(Object o) { -
Iterator<E> it = iterator(); -
if (o==null) { -
while (it.hasNext()) //從這裏可以看出，任何非空集合都包含null -
if (it.next()==null) -
return true; -
} else { -
while (it.hasNext()) -
if (o.equals(it.next())) -
return true; -
} -
return false; -
} -
/*將集合轉變成數組*/ -
public Object[] toArray() { -
// Estimate size of array; be prepared to see more or fewer elements -
Object[] r = new Object[size()]; //創建與集合大小相同的數組 -
Iterator<E> it = iterator(); -
for (int i = 0; i < r.length; i++) { -
if (! it.hasNext()) // fewer elements than expected -
//Arrays.copy(**,**)的第二個參數是待copy的長度，如果這個長度大於r，則保留r的長度 -
return Arrays.copyOf(r, i); -
r[i] = it.next(); -
} -
return it.hasNext() ? finishToArray(r, it) : r; -
} -
public <T> T[] toArray(T[] a) { -
// Estimate size of array; be prepared to see more or fewer elements -
int size = size(); -
T[] r = a.length >= size ? a : -
(T[])java.lang.reflect.Array -
.newInstance(a.getClass().getComponentType(), size); -
Iterator<E> it = iterator(); -
for (int i = 0; i < r.length; i++) { -
if (! it.hasNext()) { // fewer elements than expected -
if (a == r) { -
r[i] = null; // null-terminate -
} else if (a.length < i) { -
return Arrays.copyOf(r, i); -
} else { -
System.arraycopy(r, 0, a, 0, i); -
if (a.length > i) { -
a[i] = null; -
} -
} -
return a; -
} -
r[i] = (T)it.next(); -
} -
// more elements than expected -
return it.hasNext() ? finishToArray(r, it) : r; -
} -
private static <T> T[] finishToArray(T[] r, Iterator<?> it) { -
int i = r.length; -
while (it.hasNext()) { -
int cap = r.length; -
if (i == cap) { -
int newCap = cap + (cap >> 1) + 1; -
// overflow-conscious code -
if (newCap - MAX_ARRAY_SIZE > 0) -
newCap = hugeCapacity(cap + 1); -
r = Arrays.copyOf(r, newCap); -
} -
r[i++] = (T)it.next(); -
} -
// trim if overallocated -
return (i == r.length) ? r : Arrays.copyOf(r, i); -
} -
private static int hugeCapacity(int minCapacity) { -
if (minCapacity < 0) // overflow -
throw new OutOfMemoryError -
("Required array size too large"); -
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? -
Integer.MAX_VALUE : -
MAX_ARRAY_SIZE; -
} -
// 刪除對象o -
public boolean remove(Object o) { -
Iterator<E> it = iterator(); -
if (o==null) { -
while (it.hasNext()) { -
if (it.next()==null) { -
it.remove(); -
return true; -
} -
} -
} else { -
while (it.hasNext()) { -
if (o.equals(it.next())) { -
it.remove(); -
return true; -
} -
} -
} -
return false; -
} -
<pre name="code" class="java"> // 判斷是否包含集合c中所有元素 -
public boolean containsAll(Collection<?> c) { -
for (Object e : c) -
if (!contains(e)) -
return false; -
return true; -
} -
//添加集合c中所有元素 -
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) { -
boolean modified = false; -
for (E e : c) -
if (add(e)) -
modified = true; -
return modified; -
} -
//刪除集合c中所有元素（如果存在的話） -
public boolean removeAll(Collection<?> c) { -
boolean modified = false; -
Iterator<?> it = iterator(); -
while (it.hasNext()) { -
if (c.contains(it.next())) { -
it.remove(); -
modified = true; -
} -
} -
return modified; -
} -
//清空 -
public void clear() { -
Iterator<E> it = iterator(); -
while (it.hasNext()) { -
it.next(); -
it.remove(); -
} -
} -
//將集合元素顯示成[String] -
public String toString() { -
Iterator<E> it = iterator(); -
if (! it.hasNext()) -
return "[]"; -
StringBuilder sb = new StringBuilder(); -
sb.append('['); -
for (;;) { -
E e = it.next(); -
sb.append(e == this ? "(this Collection)" : e); -
if (! it.hasNext()) -
return sb.append(']').toString(); -
sb.append(',').append(' '); -
} -
} -
}
5. AbstractList
AbstractList的定義如下：
public abstract class AbstractList<E> extends AbstractCollection<E> implements List<E> {}
從定義中可以看出，AbstractList是一個繼承AbstractCollection，並且實現了List接口的抽象類。它實現了List中除了size()、get(int location)之外的方法。
AbstractList的主要作用：它實現了List接口中的大部分函數，從而方便其它類繼承List。另外，和AbstractCollection相比，AbstractList抽象類中，實現了iterator()方法。
AbstractList抽象類的源碼如下：
-
public abstract class AbstractList<E> extends AbstractCollection<E> implements List<E> { -
protected AbstractList() { -
} -
public boolean add(E e) { -
add(size(), e); -
return true; -
} -
abstract public E get(int index); -
public E set(int index, E element) { -
throw new UnsupportedOperationException(); -
} -
public void add(int index, E element) { -
throw new UnsupportedOperationException(); -
} -
public E remove(int index) { -
throw new UnsupportedOperationException(); -
} -
/***************************** Search Operations**********************************/ -
public int indexOf(Object o) { //搜索對象o的索引 -
ListIterator<E> it = listIterator(); -
if (o==null) { -
while (it.hasNext()) -
if (it.next()==null) //執行it.next()，會先返回it指向位置的值，然後it會移到下一個位置 -
return it.previousIndex(); //所以要返回it.previousIndex(); 關於it幾個方法的源碼在下面 -
} else { -
while (it.hasNext()) -
if (o.equals(it.next())) -
return it.previousIndex(); -
} -
return -1; -
} -
public int lastIndexOf(Object o) { -
ListIterator<E> it = listIterator(size()); -
if (o==null) { -
while (it.hasPrevious()) -
if (it.previous()==null) -
return it.nextIndex(); -
} else { -
while (it.hasPrevious()) -
if (o.equals(it.previous())) -
return it.nextIndex(); -
} -
return -1; -
} -
/**********************************************************************************/ -
/****************************** Bulk Operations ***********************************/ -
public void clear() { -
removeRange(0, size()); -
} -
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) { -
rangeCheckForAdd(index); -
boolean modified = false; -
for (E e : c) { -
add(index++, e); -
modified = true; -
} -
return modified; -
} -
protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) { -
ListIterator<E> it = listIterator(fromIndex); -
for (int i=0, n=toIndex-fromIndex; i<n; i++) { -
it.next(); -
it.remove(); -
} -
} -
/**********************************************************************************/ -
/********************************* Iterators **************************************/ -
public Iterator<E> iterator() { -
return new Itr(); -
} -
public ListIterator<E> listIterator() { -
return listIterator(0); //返回的iterator索引從0開始 -
} -
public ListIterator<E> listIterator(final int index) { -
rangeCheckForAdd(index); //首先檢查index範圍是否正確 -
return new ListItr(index); //ListItr繼承與Itr且實現了ListIterator接口，Itr實現了Iterator接口，往下看 -
} -
private class Itr implements Iterator<E> { -
int cursor = 0; //元素的索引，當調用next()方法時，返回當前索引的值 -
int lastRet = -1; //lastRet也是元素的索引，但如果刪掉此元素，該值置爲-1 -
/* -
*迭代器都有個modCount值，在使用迭代器的時候，如果使用remove,add等方法的時候都會修改modCount， -
*在迭代的時候需要保持單線程的唯一操作，如果期間進行了插入或者刪除，modCount就會被修改，迭代器就會檢測到被併發修改，從而出現運行時異常。 -
*舉個簡單的例子，現在某個線程正在遍歷一個List，另一個線程對List中的某個值做了刪除，那原來的線程用原來的迭代器當然無法正常遍歷了 -
*/ -
int expectedModCount = modCount; -
public boolean hasNext() { -
return cursor != size(); //當索引值和元素個數相同時表示沒有下一個元素了，索引是從0到size-1 -
} -
public E next() { -
checkForComodification(); //檢查modCount是否改變 -
try { -
int i = cursor; //next()方法主要做了兩件事： -
E next = get(i); -
lastRet = i; -
cursor = i + 1; //1.將索引指向了下一個位置 -
return next; //2. 返回當前索引的值 -
} catch (IndexOutOfBoundsException e) { -
checkForComodification(); -
throw new NoSuchElementException(); -
} -
} -
public void remove() { -
if (lastRet < 0) //lastRet<0表示已經不存在了 -
throw new IllegalStateException(); -
checkForComodification(); -
try { -
AbstractList.this.remove(lastRet); -
if (lastRet < cursor) -
cursor--; //原位置的索引值減小了1，但是實際位置沒變 -
lastRet = -1; //置爲-1表示已刪除 -
expectedModCount = modCount; -
} catch (IndexOutOfBoundsException e) { -
throw new ConcurrentModificationException(); -
} -
} -
final void checkForComodification() { -
if (modCount != expectedModCount) -
throw new ConcurrentModificationException(); -
} -
} -
private class ListItr extends Itr implements ListIterator<E> { -
ListItr(int index) { -
cursor = index; -
} -
public boolean hasPrevious() { -
return cursor != 0; -
} -
public E previous() { -
checkForComodification(); -
try { -
int i = cursor - 1; //previous()方法中也做了兩件事： -
E previous = get(i); //1. 將索引向前移動一位 -
lastRet = cursor = i; //2. 返回索引處的值 -
return previous; -
} catch (IndexOutOfBoundsException e) { -
checkForComodification(); -
throw new NoSuchElementException(); -
} -
} -
public int nextIndex() { //iterator中的index本來就是下一個位置，在next()方法中可以看出 -
return cursor; -
} -
public int previousIndex() { -
return cursor-1; -
} -
public void set(E e) { //修改當前位置的元素 -
if (lastRet < 0) -
throw new IllegalStateException(); -
checkForComodification(); -
try { -
AbstractList.this.set(lastRet, e); -
expectedModCount = modCount; -
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) { -
throw new ConcurrentModificationException(); -
} -
} -
public void add(E e) { //在當前位置添加元素 -
checkForComodification(); -
try { -
int i = cursor; -
AbstractList.this.add(i, e); -
lastRet = -1; -
cursor = i + 1; -
expectedModCount = modCount; -
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) { -
throw new ConcurrentModificationException(); -
} -
} -
} -
/**********************************************************************************/ -
//獲得子List，詳細源碼往下看SubList類 -
public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) { -
return (this instanceof RandomAccess ? -
new RandomAccessSubList<>(this, fromIndex, toIndex) : -
new SubList<>(this, fromIndex, toIndex)); -
} -
/*************************** Comparison and hashing *******************************/ -
public boolean equals(Object o) { -
if (o == this) -
return true; -
if (!(o instanceof List)) -
return false; -
ListIterator<E> e1 = listIterator(); -
ListIterator e2 = ((List) o).listIterator(); -
while (e1.hasNext() && e2.hasNext()) { -
E o1 = e1.next(); -
Object o2 = e2.next(); -
if (!(o1==null ? o2==null : o1.equals(o2))) -
return false; -
} -
return !(e1.hasNext() || e2.hasNext()); -
} -
public int hashCode() { //hashcode -
int hashCode = 1; -
for (E e : this) -
hashCode = 31*hashCode + (e==null ? 0 : e.hashCode()); -
return hashCode; -
} -
/**********************************************************************************/ -
protected transient int modCount = 0; -
private void rangeCheckForAdd(int index) { -
if (index < 0 || index > size()) -
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index)); -
} -
private String outOfBoundsMsg(int index) { -
return "Index: "+index+", Size: "+size(); -
} -
} -
class SubList<E> extends AbstractList<E> { -
private final AbstractList<E> l; -
private final int offset; -
private int size; -
/* 從SubList源碼可以看出，當需要獲得一個子List時，底層並不是真正的返回一個子List，還是原來的List，只不過 -
* 在操作的時候，索引全部限定在用戶所需要的子List部分而已 -
*/ -
SubList(AbstractList<E> list, int fromIndex, int toIndex) { -
if (fromIndex < 0) -
throw new IndexOutOfBoundsException("fromIndex = " + fromIndex); -
if (toIndex > list.size()) -
throw new IndexOutOfBoundsException("toIndex = " + toIndex); -
if (fromIndex > toIndex) -
throw new IllegalArgumentException("fromIndex(" + fromIndex + -
") > toIndex(" + toIndex + ")"); -
l = list; //原封不動的將原來的list賦給l -
offset = fromIndex; //偏移量，用在操作新的子List中 -
size = toIndex - fromIndex; //子List的大小，所以子List中不包括toIndex處的值，即子List中包括左邊不包括右邊 -
this.modCount = l.modCount; -
} -
//注意下面所有的操作都在索引上加上偏移量offset，相當於在原來List的副本上操作子List -
public E set(int index, E element) { -
rangeCheck(index); -
checkForComodification(); -
return l.set(index+offset, element); -
} -
public E get(int index) { -
rangeCheck(index); -
checkForComodification(); -
return l.get(index+offset); -
} -
public int size() { -
checkForComodification(); -
return size; -
} -
public void add(int index, E element) { -
rangeCheckForAdd(index); -
checkForComodification(); -
l.add(index+offset, element); -
this.modCount = l.modCount; -
size++; -
} -
public E remove(int index) { -
rangeCheck(index); -
checkForComodification(); -
E result = l.remove(index+offset); -
this.modCount = l.modCount; -
size--; -
return result; -
} -
protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) { -
checkForComodification(); -
l.removeRange(fromIndex+offset, toIndex+offset); -
this.modCount = l.modCount; -
size -= (toIndex-fromIndex); -
} -
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) { -
return addAll(size, c); -
} -
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) { -
rangeCheckForAdd(index); -
int cSize = c.size(); -
if (cSize==0) -
return false; -
checkForComodification(); -
l.addAll(offset+index, c); -
this.modCount = l.modCount; -
size += cSize; -
return true; -
} -
public Iterator<E> iterator() { -
return listIterator(); -
} -
public ListIterator<E> listIterator(final int index) { -
checkForComodification(); -
rangeCheckForAdd(index); -
return new ListIterator<E>() { -
private final ListIterator<E> i = l.listIterator(index+offset); //相當子List的索引0 -
public boolean hasNext() { -
return nextIndex() < size; -
} -
public E next() { -
if (hasNext()) -
return i.next(); -
else -
throw new NoSuchElementException(); -
} -
public boolean hasPrevious() { -
return previousIndex() >= 0; -
} -
public E previous() { -
if (hasPrevious()) -
return i.previous(); -
else -
throw new NoSuchElementException(); -
} -
public int nextIndex() { -
return i.nextIndex() - offset; -
} -
public int previousIndex() { -
return i.previousIndex() - offset; -
} -
public void remove() { -
i.remove(); -
SubList.this.modCount = l.modCount; -
size--; -
} -
public void set(E e) { -
i.set(e); -
} -
public void add(E e) { -
i.add(e); -
SubList.this.modCount = l.modCount; -
size++; -
} -
}; -
} -
public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) { -
return new SubList<>(this, fromIndex, toIndex); -
} -
private void rangeCheck(int index) { -
if (index < 0 || index >= size) -
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index)); -
} -
private void rangeCheckForAdd(int index) { -
if (index < 0 || index > size) -
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index)); -
} -
private String outOfBoundsMsg(int index) { -
return "Index: "+index+", Size: "+size; -
} -
private void checkForComodification() { -
if (this.modCount != l.modCount) -
throw new ConcurrentModificationException(); -
} -
} -
class RandomAccessSubList<E> extends SubList<E> implements RandomAccess { -
RandomAccessSubList(AbstractList<E> list, int fromIndex, int toIndex) { -
super(list, fromIndex, toIndex); -
} -
public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) { -
return new RandomAccessSubList<>(this, fromIndex, toIndex); -
} -
}
6. AbstractSet
AbstractSet的定義如下：
public abstract class AbstractSet<E> extends AbstractCollection<E> implements Set<E> {}
AbstractSet是一個繼承與AbstractCollection，並且實現了Set接口的抽象類。由於Set接口和Collection接口中的API完全一樣，所以Set也就沒有自己單獨的API。和AbstractCollection一樣，它實現了List中除iterator()和size()外的方法。所以源碼和AbstractCollection的一樣。
AbstractSet的主要作用：它實現了Set接口總的大部分函數，從而方便其他類實現Set接口。
AbstractSet是一個繼承與AbstractCollection，並且實現了Set接口的抽象類。由於Set接口和Collection接口中的API完全一樣，所以Set也就沒有自己單獨的API。和AbstractCollection一樣，它實現了List中除iterator()和size()外的方法。所以源碼和AbstractCollection的一樣。
AbstractSet的主要作用：它實現了Set接口總的大部分函數，從而方便其他類實現Set接口。
Iterator的定義如下：
public interface Iterator<E> {}
Iterator是一個接口，它是集合的迭代器。集合可以通過Iterator去遍歷其中的元素。Iterator提供的API接口包括：是否存在下一個元素，獲取下一個元素和刪除當前元素。
注意：Iterator遍歷Collection時，是fail-fast機制的。即，當某一個線程A通過iterator去遍歷某集合的過程中，若該集合的內容被其他線程所改變了，那麼線程A訪問集合時，就會拋出CurrentModificationException異常，產生fail-fast事件。下面是Iterator的幾個API。
-
// Iterator的API -
abstract boolean hasNext() -
abstract E next() -
abstract void remove()
8. ListIterator
ListIterator的定義如下：
public interface ListIterator<E> extends Iterator<E> {}
ListIterator是一個繼承Iterator的接口，它是隊列迭代器。專門用於遍歷List，能提供向前和向後遍歷。相比於Iterator，它新增了添加、是否存在上一個元素、獲取上一個元素等API接口：
-
// 繼承於Iterator的接口 -
abstract boolean hasNext() -
abstract E next() -
abstract void remove() -
// 新增API接口 -
abstract void add(E object) -
abstract boolean hasPrevious() -
abstract int nextIndex() -
abstract E previous() -
abstract int previousIndex() -
abstract void set(E object)
Collection的架構就討論到這吧，如果有問題歡迎留言指正~