java集合系列02：Collection構架

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概要

首先，我們對Collection進行說明。下面先看看Collection的一些框架類的關係圖：

Collection是一個接口，它主要的兩個分支是：List 和 Set。

List和Set都是接口，它們繼承於Collection。List是有序的隊列，List中可以有重複的元素；而Set是數學概念中的集合，Set中沒有重複元素！
List和Set都有它們各自的實現類。

  爲了方便，我們抽象出了AbstractCollection抽象類，它實現了Collection中的絕大部分函數；這樣，在Collection的實現類中，我們就可以通過繼承AbstractCollection省去重複編碼。AbstractList和AbstractSet都繼承於AbstractCollection，具體的List實現類繼承於AbstractList，而Set的實現類則繼承於AbstractSet。

  另外，Collection中有一個iterator()函數，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。

1 Collection簡介

Collection的定義如下：

public interface Collection<E> extends Iterable<E> {}

它是一個接口，是高度抽象出來的集合，它包含了集合的基本操作：添加、刪除、清空、遍歷(讀取)、是否爲空、獲取大小、是否保護某元素等等。

Collection接口的所有子類(直接子類和間接子類)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。

// 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()

2 List簡介

List的定義如下：

public interface List<E> extends Collection<E> {}

關於API方面。既然List是繼承於Collection接口，它自然就包含了Collection中的全部函數接口；由於List是有序隊列，它也額外的有自己的API接口。主要有“添加、刪除、獲取、修改指定位置的元素”、“獲取List中的子隊列”等。

// 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)
abstract boolean             addAll(int location, Collection<? extends E> collection)
abstract E                   get(int location)
abstract int                 indexOf(Object object)
abstract int                 lastIndexOf(Object object)
abstract ListIterator<E>     listIterator(int location)
abstract ListIterator<E>     listIterator()
abstract E                   remove(int location)
abstract E                   set(int location, E object)
abstract List<E>             subList(int start, int end)

3 Set簡介

Set的定義如下：

public interface Set<E> extends Collection<E> {}

Set是一個繼承於Collection的接口，即Set也是集合中的一種。Set是沒有重複元素的集合。

關於API方面。Set的API和Collection完全一樣。

// Set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()

4 AbstractCollection

AbstractCollection的定義如下：

public abstract class AbstractCollection<E> implements Collection<E> {}

AbstractCollection是一個抽象類，它實現了Collection中除iterator()和size()之外的函數。

AbstractCollection的主要作用：它實現了Collection接口中的大部分函數。從而方便其它類實現Collection，比如ArrayList、LinkedList等，它們這些類想要實現Collection接口，通過繼承AbstractCollection就已經實現了大部分的接口了。

5 AbstractList

AbstractList的定義如下：

public abstract class AbstractList<E> extends AbstractCollection<E> implements List<E> {}

AbstractList是一個繼承於AbstractCollection，並且實現List接口的抽象類。它實現了List中除size()、get(int location)之外的函數。
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()接口。

6 AbstractSet

AbstractSet的定義如下： 

public abstract class AbstractSet<E> extends AbstractCollection<E> implements Set<E> {}

AbstractSet是一個繼承於AbstractCollection，並且實現Set接口的抽象類。由於Set接口和Collection接口中的API完全一樣，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()之外的函數。

AbstractSet的主要作用：它實現了Set接口中的大部分函數。從而方便其它類實現Set接口。

7 Iterator

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去遍歷集合中的元素。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、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ConcurrentModificationException異常，產生fail-fast事件。關於fail-fast的詳細內容，我們會在後面專門進行說明。TODO

// 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是一個繼承於Iterator的接口，它是隊列迭代器。專門用於便利List，能提供向前/向後遍歷。相比於Iterator，它新增了添加、是否存在上一個元素、獲取上一個元素等等API接口。

// ListIterator的API
// 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)