java集合(二)List集合之Vector详解
简介
Vector的内部实现类似于ArrayList,Vector也是基于一个容量能够动态增长的数组来实现的,该类是JDK1.0版本添加的类,它的很多实现方法都加入了同步语句,因此是线程安全的(但Vector其实也只是相对安全,有些时候还是要加入同步语句来保证线程的安全,我们后面会有例子来说明这一点)。
Vector类声明如下
public class Vector<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
Vector继承于AbstractList,实现了List、RandomAccess、Cloneable、 Serializable等接口。
ArrayList实现了List接口,可以对它进行队列操作;实现了RandmoAccess接口,即提供了随机访问功能;实现了Cloneable接口,能被克隆;实现了Serializable接口,因此它支持序列化,能够通过序列化传输。
Vector源码详解
Vector内部通过一个Object数组来存储数据:
protected Object[] elementData;
Vector使用elementCount变量来表示实际存储的元素个数:
protected int elementCount;
Vector有四个构造方法:
// 创建一个空的Vector,并且指定了Vector的初始容量和扩容时的增长系数 public Vector(int initialCapacity, int capacityIncrement) { super(); if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity); this.elementData = new Object[initialCapacity]; this.capacityIncrement = capacityIncrement; } // 创建一个空的Vector,并且指定了Vector的初始容量 public Vector(int initialCapacity) { this(initialCapacity, 0); } // 创建一个空的Vector,并且指定了Vector的初始容量为10 public Vector() { this(10); } // 根据其他集合来创建一个非空的Vector public Vector(Collection<? extends E> c) { elementData = c.toArray(); elementCount = elementData.length; // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652) if (elementData.getClass() != Object[].class) elementData = Arrays.copyOf(elementData, elementCount, Object[].class); }
我们下面主要来看一看Vector的add和remove方法
add方法
Vector有两个重载的Add方法:
// 在数组elementData尾部添加一个元素 public synchronized boolean add(E e) // 在数组elementData指定位置index处添加元素 public void add(int index, E element)
add(E e)方法
add(E e)方法源码如下:
// 在数组elementData尾部添加一个元素 public synchronized boolean add(E e) { modCount++; // 容量大小判断 ensureCapacityHelper(elementCount + 1); elementData[elementCount++] = e; return true; }
该方法首先要判断elementData数组的容量是否能够容纳新的元素,若不能,则需要进行扩容操作,然后将元素e放置在数组的size位置。ensureCapacityHelper(int)方法源码如下:
private void ensureCapacityHelper(int minCapacity) { // overflow-conscious code // 增加元素后,ArrayList中要存储的元素个数为minCapacity // 若此时minCapacity > elementData原始的容量,则要按照minCapacity进行扩容 if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity); }
扩容的最终操作是通过grow(int)方法来实现的:
private void grow(int minCapacity) { // overflow-conscious code // 获取elementData的原始容量 int oldCapacity = elementData.length; // 计算新的容量 // 如果在构造方法中设置了capacityIncrement > 0,那么新数组长度就是原数组长度 + capacityIncrement // 否则,新数组长度就是原数组长度 * 2 int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ? capacityIncrement : oldCapacity); // 若进行扩容后,capacity仍然比实际需要的小,则新容量更改为实际需要的大小,即minCapacity if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity; // 如果新数组的长度比虚拟机能够提供给数组的最大存储空间大,则将新数组长度更改为最大正数:Integer.MAX_VALUE if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // 按照新的容量newCapacity创建一个新数组,然后再将原数组中的内容copy到新数组中 elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); }
和ArrayList的扩容步骤很相似,这里不再介绍。
add(int index, E element)方法
add(int index, E element)方法源码如下:
public void add(int index, E element) { insertElementAt(element, index); }
该方式其实是调用了insertElementAt方法:
public synchronized void insertElementAt(E obj, int index) { // fail-fast机制 modCount++; // 判断index下标的合法性 if (index > elementCount) { throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " > " + elementCount); } // 判断容量大小 ensureCapacityHelper(elementCount + 1); // 数组拷贝,将index到末尾的元素拷贝到index + 1到末尾的位置,将index的位置留出来 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, elementCount - index); elementData[index] = obj; elementCount++; }
remove方法
remove方法在Vector中同样有两种实现方式:
// 根据元素删除 public boolean remove(Object o) // 根据index下标删除元素 public synchronized E remove(int index)
我们先看remove(Object o)方法。
remove(Object o)方法
remove(Object o)方法源码如下:
public boolean remove(Object o) { return removeElement(o); }
其内部通过removeElement方法来删除元素:
public synchronized boolean removeElement(Object obj) { // fail-fast机制 modCount++; // 查找元素obj在数组中的下标 int i = indexOf(obj); // 若下标 >= 0 if (i >= 0) { // 调用removeElementAt(int)方法删除元素 removeElementAt(i); return true; } return false; }
我们先来看indexOf(Object)方法:
public int indexOf(Object o) { return indexOf(o, 0); }
public synchronized int indexOf(Object o, int index) { // 若要查找的元素为null if (o == null) { for (int i = index ; i < elementCount ; i++) if (elementData[i]==null) return i; } // 若要查找的元素不为null else { for (int i = index ; i < elementCount ; i++) if (o.equals(elementData[i])) return i; } return -1; }
Vector查找元素时,是分为元素为null和不为null两种方式来判断的,这也说明Vector允许添加null元素;同时,如果这个元素在Vector中存在多个,则只会找出从index开始,最先出现的那个。
找到元素对应的下标,若下标 >= 0,则说明元素在数组中存在,然后通过removeElementAt(int)方法来删除元素,removeElementAt(int)方法源码如下:
public synchronized void removeElementAt(int index) { modCount++; // index下标合法性检验 if (index >= elementCount) { throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " + elementCount); } else if (index < 0) { throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index); } // 要移动的元素个数 int j = elementCount - index - 1; if (j > 0) { // 将index之后的元素向前移动一位 System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, j); } elementCount--; elementData[elementCount] = null; /* to let gc do its work */ }
remove(int index)方法
remove(int index)方法源码如下:
public synchronized E remove(int index) { modCount++; // index下标合法性检验 if (index >= elementCount) throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index); // 获取旧的元素值 E oldValue = elementData(index); // 计算需要移动的元素个数 int numMoved = elementCount - index - 1; // 将元素向前移动 if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); elementData[--elementCount] = null; // Let gc do its work return oldValue; }
Vector的相对线程安全
我们前面说过Vector是相对线程安全的,为什么这么说呢?
我们看下面一段代码:
public class VectorTest { static class MyThread extends Thread { private CountDownLatch countDownLatch; private Vector<String> vector; private String element; public MyThread(CountDownLatch countDownLatch, Vector<String> vector, String element) { this.countDownLatch = countDownLatch; this.vector = vector; this.element = element; } @Override public void run() { super.run(); try { if (!vector.contains(element)) { // 注意这里 Thread.sleep(1000); vector.add(element); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { countDownLatch.countDown(); } } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2); Vector<String> vector = new Vector<>(); MyThread myThread1 = new MyThread(countDownLatch, vector, "abc"); MyThread myThread2 = new MyThread(countDownLatch, vector, "abc"); myThread1.start(); myThread2.start(); countDownLatch.await(); int vectorSize = vector.size(); System.out.println("vector size: " + vectorSize); for (int i = 0; i < vectorSize; i++) { System.out.println("index " + i + ": " + vector.get(i)); } } }
运行结果(不唯一):
vector size: 2 index 0: abc index 1: abc
注意注释处的一段代码,该段代码是判断元素element是否存在,不存在的话,则将其添加到vector之中,如果线程1和线程2同时运行该段代码,设想一下如下情景:
线程1通过vector.contains(element)同步方法来判断元素是否存在,此时,该方法返回false,即表明线程1可以将element元素插入Vector中;但是运行完该方法之后,线程1开始sleep,那这时,线程2开始运行vector.contains(element)同步方法,该方法仍然返回了false,即线程2可以将element元素插入Vector中,然后线程2开始sleep,最终结果,就是线程1和线程2都将元素“abc”添加到了vector之中,这就是我们为什么说Vector是相对线程安全的了。
要解决该问题,需要我们在自己的业务代码代码中进行同步控制,比如将那一段代码修改为如下:
synchronized (vector) { if (!vector.contains(element)) { Thread.sleep(1000); vector.add(element); } }
则程序运行结果为:
vector size: 1 index 0: abc
可以看到,这才是我们预期的结果。