【Java源碼解析第一篇】List

首先先來看一下繼承結構圖：

如圖所示爲List的繼承關係結構圖。由圖可知，Java的Collection集合類採用了設計模式裏的模板模式——接口定義方法，抽象類實現基礎通用功能，具體實現類繼承抽象類並進行功能的自定義實現。

Collection接口

Collection接口定義了Java集合類的通用方法，如元素的添加、刪除等方法，其方法列表可見下圖。由於接口只是方法定義，其重要之處在於設計理念，這裏不做過多介紹。

List接口

List接口方法列表圖如圖所示，如圖可知，List接口相對Collection接口而言多了許多方法，主要包含一些針對列表數據結構的方法重載以及元素的增加、刪除、索引方法，以及一個特殊的雙向迭代器ListIterator。

AbstractCollection

AbstractCollection對Collection接口的一些方法提供默認實現：

• 對size()和iterator()保留抽象，由子類實現
• 通過判斷size()是否爲0判斷是否爲empty
• contains()的實現爲獲取迭代器對集合元素進行迭代查找
• toArray()使用系統數組拷貝形式實現
• add()默認拋出異常，這是由於不同的數據結構實現列表添加元素方式不同，且存在列表不支持結構性改變操作的需求
• remove()使用迭代器遍歷查找目標並刪除目標
• containsAll()遍歷調用contains()
• addAll()遍歷調用add()
• clear()遍歷調用remove()

AbstractList

如圖可知，AbstractList抽象類主要對List接口的一些基本功能進行實現，其保留了大部分繼承自AbstractCollection的默認實現，僅對三個方法做了重寫操作。

• add()、set()、remove()全部拋出不支持異常，交給子類複寫實現，若不復寫則默認不支持結構性改變操作
• get()仍然交給不同的實現類根據自己的數據結構自行實現
• 對於indexOf()、clear()……等方法其實現原理均與AbstractCollection類似，不再複述
• AbstractList返回的迭代器是內部類，對於迭代器的實現，主要依賴兩個索引指針cursor和lastRet；前者是下一個元素的索引，後者是當前元素的索引，next()方法直接get(cursor)並更新lastRet=cursor和cursor++。ListIterator相比較Iterator具備雙向移動的特點，在向前移動時實際上只是將cursor的初始值指向了末尾並做遞減操作。
• subList()根據隨機訪問屬性創建內部類對象，該內部類List繼承AbstractList。

class SubList<E> extends AbstractList<E> {
    private final AbstractList<E> l;
    private final int offset;
    private int size;

    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;
        offset = fromIndex;
        size = toIndex - fromIndex;
        this.modCount = l.modCount;
    }

如代碼所示，l=list即兩者指向的是同一個列表對象，因此原列表的改變同樣會在子列表中表現出來，同時這個內部類的所有結構性改變方法都會進行結構性次數比對，當發現原列表的結構改變次數與此SubList對象改變次數不一致時，會拋出異常。這是由於結構性改變發生時會導致子列表的offset和size等發生異常。

• modCount用來記錄結構性改變次數，主要用來告知迭代器，如果發生意外結構性改變迭代器將拋出異常。

ArrayList

• 底層是數組，使用elementData[]保存數據。
• 內部提前定義好緩存數組elementData，根據構造時提供的初始化容量來新建一個容量大小的數組對象，如果不指定則指向一個默認容量的空數組。使用其他collection進行構造時，elementData直接指向傳入的集合.toArray()，並將數組轉型爲object[]類型.
• trimToSize()如果list存放的元素數size小於elementData的length，使用數組複製的方式將元素賦值到length爲size大小的新數組中去。
• 擴容操作均是通過數組複製方式將元素複製到更大容量的數組中
• clone返回新對象
• get讀取數組，set覆蓋元素返回舊值，add末尾添加或中間添加（數組複製），remove根據序號或者值進行刪除，序號直接數組複製，值需要遍歷查找再數組複製
• clear使用for遍歷置null（不會改變結構）
• sort使用Arrays.sort
• foreach() 支持lamed表達式的foreach遍歷

AbstractSequentialList

繼承自AbstractList，提供有序數據存儲的基礎實現

LinkedList

• 底層爲雙向鏈表，Node數據結構如下：

E item;
Node<E> next;
Node<E> prev;

• 屬性記錄首節點和尾節點。
• linkFirst 新建一個前指向爲空，後節點指向原首節點的新節點，然後將原節點的前指針指向這個新節點，如果原首節點爲空，則新節點也標記爲尾節點。其他link方法參考該思路
• clear遍歷置爲null
• 查找某個索引的node，根據索引決定從頭還是從尾找，依次遍歷賦值next直到抵達索引位置然後返回。
• 刪除節點時直接根據當前節點記錄的前後節點指針獲取前後節點，並將前後節點對當前節點的指針進行刪除（置null）修正工作。
• 對接口Deque實現的方法如poll、push等操作，本質也是對首尾節點的操作，不再複述。
• get(index)會根據index距離首尾距離進行遍歷，直到index，因此linkedlist用for循環遍歷會帶來極大的性能開銷，應該使用迭代器。