Java容器类

Java容器类是java提供的工具包，包含了常用的数据结构：集合、链表、队列、栈、数组、映射等。
Java容器主要可以划分为4个部分：List列表、Set集合、Map映射、工具类（Iterator迭代器、Enumeration枚举类、Arrays和Collections）
**【文章纯干货请仔细阅读哦！】
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通过上图，可以把握两个基本主体，即Collection和Map。

Colletcion是一个接口，是高度抽象出来的集合，它包含了集合的基本操作和属性。Collection包含了List和Set两大分支。
List是一个有序的队列，每一个元素都有它的索引。第一个元素的索引值是0。List的实现类有LinkedList, ArrayList, Vector, Stack。
Set是一个不允许有重复元素的集合。 Set的实现类有HastSet和TreeSet。HashSet依赖于HashMap，它实际上是通过HashMap实现的；TreeSet依赖于TreeMap，它实际上是通过TreeMap实现的。
Map是一个映射接口，即key-value键值对。Map中的每一个元素包含“一个key”和“key对应的value”。 AbstractMap是一个抽象类，它实现了Map中大部分的API。而HashMap，TreeMap，WeakHashMap都是继承AbstractMap。Hashtable虽然继承Dictionary，但是实现的Map接口。
Iterator是遍历集合的工具，即我们通常通过Iterator迭代器来遍历集合。我们说Collection依赖于Iterator，是因为Collection的实现类都要实现iterator()函数，返回一个Iterator对象。ListIterator是专门为遍历List而存在的。
Arrays和Collections是操作数组、集合的两个工具类。
Collection接口
public interface Collection extends Iterable {}
它是一个接口，是高度抽象出来的集合，它包含了集合的基本操作：添加、删除、清空、遍历(读取)、是否为空、获取大小、是否保护某元素等等。
在Java中所有实现了Collection接口的类都必须提供两套标准的构造函数，一个是无参，用于创建一个空的Collection，一个是带有Collection参数的有参构造函数，用于创建一个新的Collection，这个新的Collection与传入进来的Collection具备相同的元素。
例如ArrayList：

public ArrayList() {
      throw new RuntimeException("Stub!");
  }
 
  public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
      throw new RuntimeException("Stub!");
  }

List接口
public interface List extends Collection {} List是一个继承于Collection的接口，List是集合的一种。List是有序的队列，List中每一个元素都有一个索引；第一个元素索引值是0，往后就依次+1，List中允许有重复的元素。既然List是继承于Collection接口，它自然就包含了Collection中的全部函数接口；由于List是有序队列，它也额外的有自己的API接口。主要有“添加、删除、获取、修改指定位置的元素”、“获取List中的子队列”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()
   // 相比与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)

实现List接口的集合主要有：ArrayList、LinkedList、Vector、Stack。

ArrayList

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>,
    RandomAccess, Cloneable, Serializable {}

ArrayList 是一个数组队列，相当于动态数组。与Java中的数组相比，它的容量能动态增长。它继承于AbstractList，实现了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable这些接口。

RandmoAccess为List提供快速访问功能。在ArrayList中，我们即可以通过元素的序号快速获取元素对象，这就是快速随机访问。
ArrayList中的操作不是线程安全的，所以为了防止意外的非同步访问，最好在创建时声明：List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList(...));
ArrayList有七个字段加一个定义在AbstractList的modCount：

private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
 private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
 
 private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
 
 private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
 
 // Android-note: Also accessed from java.util.Collections
 transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
 
 private int size;
 /**
  * The maximum size of array to allocate.
  * Some VMs reserve some header words in an array.
  * Attempts to allocate larger arrays may result in
  * OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
  */
 private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
 
 protected transient int modCount = 0;

ArrayList的默认容量DEFAULT_CAPACITY为10，EMPTY_ELEMENTDATA 和 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA是两个常量。

// 默认构造函数

public ArrayList() {
         this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
     }
 // initialCapacity是ArrayList的默认容量大小。当由于增加数据导致容量不足时，容量会添加上一次容量大小的一半。
 public ArrayList(int initialCapacity) {
         if (initialCapacity > 0) {
             this.elementData = new Object[initialCapacity];
         } else if (initialCapacity == 0) {
             this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
         } else {
             throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+initialCapacity);
         }
     }
 // 创建一个包含collection的ArrayList
 public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
         elementData = c.toArray();
         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;
         }
     }

当使用有参构造函数，并且initialCapacity为0或者Colletion中没有元素的时候，返回的就是EMPTY_ELEMENTDATA。当使用默认构造函数publicArrayList()，返回DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA。这两个数组都是空的并不会存放值。当第一次往ArrayList添加元素的时候，其实是将元素存放到elementData中，所以真正用来存放元素的是elementData。
add方法：

public boolean add(E e) {
      ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
      elementData[size++] = e;
      return true;
  }
 
  public void add(int index, E element) {
      if (index > size || index < 0)
          throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
 
      ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
      System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                       size - index);
      elementData[index] = element;
      size++;
  }
  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;
  }
  public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
      rangeCheckForAdd(index); //判断索引位置是否正确
      Object[] a = c.toArray();
      int numNew = a.length;
      ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount
       //将ArrayList容器从index开始的所有元素向右移动到index+numNew的位置，从而腾出numNew长度的空间放c
      int numMoved = size - index;
      if (numMoved > 0)
          System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,numMoved);
      System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
      size += numNew;
      return numNew != 0;
  }
add(E e)将元素直接添加到列表的尾部。另外3种通过System.arraycopy() 将数组进行拷贝。
add(int index, E element)通过将index的位置空出来,进行数组数据的右移，这是非常麻烦和耗时的，所以如果指定的数据集合需要进行大量插入（中间插入）操作，需要考虑性能的消耗。
addAll(Collection<? extends E> c)按照指定 collection 的迭代器返回的元素顺序，将该 collection 中的所有元素添加到此列表的尾部。
addAll(int index, Collection<? extends E> c)从指定的位置开始，将指定 collection 中的所有元素插入到此列表中。
remove方法：

  public E remove(int index) {
      rangeCheck(index);
      modCount++;
      E oldValue = elementData(index);
      //向左移的位数，下标从0开始，需要再多减1
      int numMoved = size - index - 1;
      if (numMoved > 0)
          System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                           numMoved);
      //置空最后一个元素                     
      elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
      return oldValue;
  }
  public boolean remove(Object o) {
      if (o == null) {
          for (int index = 0; index < size; index++)
              if (elementData[index] == null) {
                  fastRemove(index);
                  return true;
              }
      } else {
          for (int index = 0; index < size; index++)
              if (o.equals(elementData[index])) {
                  //fastRemove()方法用于移除指定位置的元素，和remove方法类似，区别是void类型
                  fastRemove(index);
                  return true;
              }
      }
      return false;
  }
  protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
      modCount++;
      int numMoved = size - toIndex;
      System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,numMoved);
      // clear to let GC do its work
      int newSize = size - (toIndex-fromIndex);
      for (int i = newSize; i < size; i++) {
          elementData[i] = null;
      }
      size = newSize;
  }
  public boolean removeAll(Collection<?> c) {
      //Checks that the specified object reference is not null
      Objects.requireNonNull(c);
      //false是移除相同元素，方法retainAll中置为true，是保留相同元素
      return batchRemove(c, false);
  }
 
  private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {
      final Object[] elementData = this.elementData;
      int r = 0, w = 0;
      boolean modified = false;
      try {
          for (; r < size; r++)
              if (c.contains(elementData[r]) == complement)
                  elementData[w++] = elementData[r];
      } finally {
          // Preserve behavioral compatibility with AbstractCollection,
          // even if c.contains() throws.
          if (r != size) {
              System.arraycopy(elementData, r, elementData, w, size - r);
              w += size - r;
          }
          if (w != size) {
              // clear to let GC do its work
              for (int i = w; i < size; i++)
                  elementData[i] = null;
              modCount += size - w;
              size = w;
              modified = true;
          }
      }
      return modified;
  }

扩容

public void ensureCapacity(int minCapacity) {
     int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
         ? 0: DEFAULT_CAPACITY;
     if (minCapacity > minExpand) {
         ensureExplicitCapacity(minCapacity);
     }
 }
 
 private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
     if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
         minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
     }
 
     ensureExplicitCapacity(minCapacity);
 }
 
 private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
     modCount++;
 
     // overflow-conscious code
     if (minCapacity - elementData.length > 0)
         grow(minCapacity);
 }
 private void grow(int minCapacity) {
     // overflow-conscious code
     int oldCapacity = elementData.length;
     int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
     if (newCapacity - minCapacity < 0)
         newCapacity = minCapacity;
     if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
         newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
     // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
     elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
 }

ArrayList每次新增元素时都会需要进行容量检测判断，若新增元素后元素的个数会超过ArrayList的容量，就会进行扩容操作来满足新增元素的需求。所以当我们清楚知道业务数据量或者需要插入大量元素前，可以使用ensureCapacity来手动增加ArrayList实例的容量，以减少递增式再分配的数量。

迭代效率

public static void loopOfFor(List<Integer> list){
       int value;
       int size = list.size();
       // 基本的for
       for (int i = 0; i < size; i++)
       {
           value = list.get(i);
       }
   }
   /**
    * 使用forecah方法遍历数组
    * @param list
    */
   public static void loopOfForeach(List<Integer> list){
       int value;
       // foreach
       for (Integer integer : list)
       {
           value = integer;
       }
   }
   /**
    * 通过迭代器方式遍历数组
    * @param list
    */
   public static void loopOfIterator(List<Integer> list){
       int value;
       // iterator
       for (Iterator<Integer> iterator = list.iterator(); iterator.hasNext();)
       {
           value = iterator.next();            
       }
   }

在遍历ArrayList中，效率最高的是loopOfFor，loopOfForeach和loopOfIterator之间关系不明确，但在增大运行次数时，loopOfIterator效率高于loopOfForeach。

LinkedList

public class LinkedList extends AbstractSequentialList implements List,
Deque, Cloneable, Serializable {}
LinkedList继承于AbstractSequentialList，实现了List, Deque, Cloneable, java.io.Serializable这些接口。
AbstractSequentialList继承AbstractList，在功能上，最大限度地减少了实现受“连续访问”数据存储所需的工作。
简单的说是你的列表需要快速的添加删除数据等，用此抽象类，若是需要快速随机的访问数据等用AbstractList抽象类。
通过代价较低在List中间进行插入和移除，提供了优化的顺序访问，但是在随机访问方面相对较慢。

同ArrayList一样，LinkedList中的操作不是线程安全的，所以为了防止意外的非同步访问，最好在创建时声明： List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));

LinkedList实现了一个双向列表，由first字段和last字段指向列表的头部和尾部。列表的每个节点是一个Node对象。

Android中需要了解的数据结构（一）

Java容器类

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