Java 集合系列06之 Vector源码解析

第1部分 Vector介绍
第2部分 Vector数据结构
第3部分 Vector源码解析(基于JDK1.6.0_45)
第4部分 Vector遍历方式
第5部分 Vector示例

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第1部分 Vector介绍

Vector简介

Vector 是矢量队列，它是JDK1.0版本添加的类。继承于AbstractList，实现了List, RandomAccess, Cloneable这些接口。
Vector 继承了AbstractList，实现了List；所以，它是一个队列，支持相关的添加、删除、修改、遍历等功能。
Vector 实现了RandmoAccess接口，即提供了随机访问功能。RandmoAccess是Java中用来被List实现，为List提供快速访问功能的。在Vector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。
Vector 实现了Cloneable接口，即实现clone()函数。它能被克隆。

和ArrayList不同，Vector中的操作是线程安全的。

 

Vector的构造函数

Vector共有4个构造函数// 默认构造函数Vector()// capacity是Vector的默认容量大小。当由于增加数据导致容量增加时，每次容量会增加一倍。Vector(int capacity)// capacity是Vector的默认容量大小，capacityIncrement是每次Vector容量增加时的增量值。Vector(int capacity, int capacityIncrement)// 创建一个包含collection的VectorVector(Collection<? extends E> collection)

  

Vector的API

synchronized boolean        add(E object)             void           add(int location, E object)synchronized boolean        addAll(Collection<? extends E> collection)synchronized boolean        addAll(int location, Collection<? extends E> collection)synchronized void           addElement(E object)synchronized int            capacity()             void           clear()synchronized Object         clone()             boolean        contains(Object object)synchronized boolean        containsAll(Collection<?> collection)synchronized void           copyInto(Object[] elements)synchronized E              elementAt(int location)             Enumeration<E> elements()synchronized void           ensureCapacity(int minimumCapacity)synchronized boolean        equals(Object object)synchronized E              firstElement()             E              get(int location)synchronized int            hashCode()synchronized int            indexOf(Object object, int location)             int            indexOf(Object object)synchronized void           insertElementAt(E object, int location)synchronized boolean        isEmpty()synchronized E              lastElement()synchronized int            lastIndexOf(Object object, int location)synchronized int            lastIndexOf(Object object)synchronized E              remove(int location)             boolean        remove(Object object)synchronized boolean        removeAll(Collection<?> collection)synchronized void           removeAllElements()synchronized boolean        removeElement(Object object)synchronized void           removeElementAt(int location)synchronized boolean        retainAll(Collection<?> collection)synchronized E              set(int location, E object)synchronized void           setElementAt(E object, int location)synchronized void           setSize(int length)synchronized int            size()synchronized List<E>        subList(int start, int end)synchronized <T> T[]        toArray(T[] contents)synchronized Object[]       toArray()synchronized String         toString()synchronized void           trimToSize()

 

第2部分 Vector数据结构

Vector的继承关系

java.lang.Object   ↳     java.util.AbstractCollection<E>         ↳     java.util.AbstractList<E>               ↳     java.util.Vector<E>public class Vector<E>    extends AbstractList<E>    implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {}

 

Vector与Collection关系如下图：

Vector的数据结构和ArrayList差不多，它包含了3个成员变量：elementData , elementCount， capacityIncrement。

(01) elementData 是"Object[]类型的数组"，它保存了添加到Vector中的元素。elementData是个动态数组，如果初始化Vector时，没指定动态数组的>大小，则使用默认大小10。随着Vector中元素的增加，Vector的容量也会动态增长，capacityIncrement是与容量增长相关的增长系数，具体的增长方式，请参考源码分析中的ensureCapacity()函数。

(02) elementCount 是动态数组的实际大小。

(03) capacityIncrement 是动态数组的增长系数。如果在创建Vector时，指定了capacityIncrement的大小；则，每次当Vector中动态数组容量增加时>，增加的大小都是capacityIncrement。

 

第3部分 Vector源码解析(基于JDK1.6.0_45)

为了更了解Vector的原理，下面对Vector源码代码作出分析。 

  1 package java.util;  2   3 public class Vector<E>  4     extends AbstractList<E>  5     implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable  6 {  7      8     // 保存Vector中数据的数组  9     protected Object[] elementData; 10  11     // 实际数据的数量 12     protected int elementCount; 13  14     // 容量增长系数 15     protected int capacityIncrement; 16  17     // Vector的序列版本号 18     private static final long serialVersionUID = -2767605614048989439L; 19  20     // Vector构造函数。默认容量是10。 21     public Vector() { 22         this(10); 23     } 24  25     // 指定Vector容量大小的构造函数 26     public Vector(int initialCapacity) { 27         this(initialCapacity, 0); 28     } 29  30     // 指定Vector"容量大小"和"增长系数"的构造函数 31     public Vector(int initialCapacity, int capacityIncrement) { 32         super(); 33         if (initialCapacity < 0) 34             throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ 35                                                initialCapacity); 36         // 新建一个数组，数组容量是initialCapacity 37         this.elementData = new Object[initialCapacity]; 38         // 设置容量增长系数 39         this.capacityIncrement = capacityIncrement; 40     } 41  42     // 指定集合的Vector构造函数。 43     public Vector(Collection<? extends E> c) { 44         // 获取“集合(c)”的数组，并将其赋值给elementData 45         elementData = c.toArray(); 46         // 设置数组长度 47         elementCount = elementData.length; 48         // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652) 49         if (elementData.getClass() != Object[].class) 50             elementData = Arrays.copyOf(elementData, elementCount, Object[].class); 51     } 52  53     // 将数组Vector的全部元素都拷贝到数组anArray中 54     public synchronized void copyInto(Object[] anArray) { 55         System.arraycopy(elementData, 0, anArray, 0, elementCount); 56     } 57  58     // 将当前容量值设为 =实际元素个数 59     public synchronized void trimToSize() { 60         modCount++; 61         int oldCapacity = elementData.length; 62         if (elementCount < oldCapacity) { 63             elementData = Arrays.copyOf(elementData, elementCount); 64         } 65     } 66  67     // 确认“Vector容量”的帮助函数 68     private void ensureCapacityHelper(int minCapacity) { 69         int oldCapacity = elementData.length; 70         // 当Vector的容量不足以容纳当前的全部元素，增加容量大小。 71         // 若 容量增量系数>0(即capacityIncrement>0)，则将容量增大当capacityIncrement 72         // 否则，将容量增大一倍。 73         if (minCapacity > oldCapacity) { 74             Object[] oldData = elementData; 75             int newCapacity = (capacityIncrement > 0) ? 76                 (oldCapacity + capacityIncrement) : (oldCapacity * 2); 77             if (newCapacity < minCapacity) { 78                 newCapacity = minCapacity; 79             } 80             elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); 81         } 82     } 83  84     // 确定Vector的容量。 85     public synchronized void ensureCapacity(int minCapacity) { 86         // 将Vector的改变统计数+1 87         modCount++; 88         ensureCapacityHelper(minCapacity); 89     } 90  91     // 设置容量值为 newSize 92     public synchronized void setSize(int newSize) { 93         modCount++; 94         if (newSize > elementCount) { 95             // 若 "newSize 大于 Vector容量"，则调整Vector的大小。 96             ensureCapacityHelper(newSize); 97         } else { 98             // 若 "newSize 小于/等于 Vector容量"，则将newSize位置开始的元素都设置为null 99             for (int i = newSize ; i < elementCount ; i++) {100                 elementData[i] = null;101             }102         }103         elementCount = newSize;104     }105 106     // 返回“Vector的总的容量”107     public synchronized int capacity() {108         return elementData.length;109     }110 111     // 返回“Vector的实际大小”，即Vector中元素个数112     public synchronized int size() {113         return elementCount;114     }115 116     // 判断Vector是否为空117     public synchronized boolean isEmpty() {118         return elementCount == 0;119     }120 121     // 返回“Vector中全部元素对应的Enumeration”122     public Enumeration<E> elements() {123         // 通过匿名类实现Enumeration124         return new Enumeration<E>() {125             int count = 0;126 127             // 是否存在下一个元素128             public boolean hasMoreElements() {129                 return count < elementCount;130             }131 132             // 获取下一个元素133             public E nextElement() {134                 synchronized (Vector.this) {135                     if (count < elementCount) {136                         return (E)elementData[count++];137                     }138                 }139                 throw new NoSuchElementException("Vector Enumeration");140             }141         };142     }143 144     // 返回Vector中是否包含对象(o)145     public boolean contains(Object o) {146         return indexOf(o, 0) >= 0;147     }148 149 150     // 从index位置开始向后查找元素(o)。151     // 若找到，则返回元素的索引值；否则，返回-1152     public synchronized int indexOf(Object o, int index) {153         if (o == null) {154             // 若查找元素为null，则正向找出null元素，并返回它对应的序号155             for (int i = index ; i < elementCount ; i++)156             if (elementData[i]==null)157                 return i;158         } else {159             // 若查找元素不为null，则正向找出该元素，并返回它对应的序号160             for (int i = index ; i < elementCount ; i++)161             if (o.equals(elementData[i]))162                 return i;163         }164         return -1;165     }166 167     // 查找并返回元素(o)在Vector中的索引值168     public int indexOf(Object o) {169         return indexOf(o, 0);170     }171 172     // 从后向前查找元素(o)。并返回元素的索引173     public synchronized int lastIndexOf(Object o) {174         return lastIndexOf(o, elementCount-1);175     }176 177     // 从后向前查找元素(o)。开始位置是从前向后的第index个数；178     // 若找到，则返回元素的“索引值”；否则，返回-1。179     public synchronized int lastIndexOf(Object o, int index) {180         if (index >= elementCount)181             throw new IndexOutOfBoundsException(index + " >= "+ elementCount);182 183         if (o == null) {184             // 若查找元素为null，则反向找出null元素，并返回它对应的序号185             for (int i = index; i >= 0; i--)186             if (elementData[i]==null)187                 return i;188         } else {189             // 若查找元素不为null，则反向找出该元素，并返回它对应的序号190             for (int i = index; i >= 0; i--)191             if (o.equals(elementData[i]))192                 return i;193         }194         return -1;195     }196 197     // 返回Vector中index位置的元素。198     // 若index月结，则抛出异常199     public synchronized E elementAt(int index) {200         if (index >= elementCount) {201             throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " + elementCount);202         }203 204         return (E)elementData[index];205     }206 207     // 获取Vector中的第一个元素。208     // 若失败，则抛出异常！209     public synchronized E firstElement() {210         if (elementCount == 0) {211             throw new NoSuchElementException();212         }213         return (E)elementData[0];214     }215 216     // 获取Vector中的最后一个元素。217     // 若失败，则抛出异常！218     public synchronized E lastElement() {219         if (elementCount == 0) {220             throw new NoSuchElementException();221         }222         return (E)elementData[elementCount - 1];223     }224 225     // 设置index位置的元素值为obj226     public synchronized void setElementAt(E obj, int index) {227         if (index >= elementCount) {228             throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " +229                                  elementCount);230         }231         elementData[index] = obj;232     }233 234     // 删除index位置的元素235     public synchronized void removeElementAt(int index) {236         modCount++;237         if (index >= elementCount) {238             throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " +239                                  elementCount);240         } else if (index < 0) {241             throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);242         }243 244         int j = elementCount - index - 1;245         if (j > 0) {246             System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, j);247         }248         elementCount--;249         elementData[elementCount] = null; /* to let gc do its work */250     }251 252     // 在index位置处插入元素(obj)253     public synchronized void insertElementAt(E obj, int index) {254         modCount++;255         if (index > elementCount) {256             throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index257                                  + " > " + elementCount);258         }259         ensureCapacityHelper(elementCount + 1);260         System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, elementCount - index);261         elementData[index] = obj;262         elementCount++;263     }264 265     // 将“元素obj”添加到Vector末尾266     public synchronized void addElement(E obj) {267         modCount++;268         ensureCapacityHelper(elementCount + 1);269         elementData[elementCount++] = obj;270     }271 272     // 在Vector中查找并删除元素obj。273     // 成功的话，返回true；否则，返回false。274     public synchronized boolean removeElement(Object obj) {275         modCount++;276         int i = indexOf(obj);277         if (i >= 0) {278             removeElementAt(i);279             return true;280         }281         return false;282     }283 284     // 删除Vector中的全部元素285     public synchronized void removeAllElements() {286         modCount++;287         // 将Vector中的全部元素设为null288         for (int i = 0; i < elementCount; i++)289             elementData[i] = null;290 291         elementCount = 0;292     }293 294     // 克隆函数295     public synchronized Object clone() {296         try {297             Vector<E> v = (Vector<E>) super.clone();298             // 将当前Vector的全部元素拷贝到v中299             v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, elementCount);300             v.modCount = 0;301             return v;302         } catch (CloneNotSupportedException e) {303             // this shouldn't happen, since we are Cloneable304             throw new InternalError();305         }306     }307 308     // 返回Object数组309     public synchronized Object[] toArray() {310         return Arrays.copyOf(elementData, elementCount);311     }312 313     // 返回Vector的模板数组。所谓模板数组，即可以将T设为任意的数据类型314     public synchronized <T> T[] toArray(T[] a) {315         // 若数组a的大小 < Vector的元素个数；316         // 则新建一个T[]数组，数组大小是“Vector的元素个数”，并将“Vector”全部拷贝到新数组中317         if (a.length < elementCount)318             return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, elementCount, a.getClass());319 320         // 若数组a的大小 >= Vector的元素个数；321         // 则将Vector的全部元素都拷贝到数组a中。322     System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, elementCount);323 324         if (a.length > elementCount)325             a[elementCount] = null;326 327         return a;328     }329 330     // 获取index位置的元素331     public synchronized E get(int index) {332         if (index >= elementCount)333             throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);334 335         return (E)elementData[index];336     }337 338     // 设置index位置的值为element。并返回index位置的原始值339     public synchronized E set(int index, E element) {340         if (index >= elementCount)341             throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);342 343         Object oldValue = elementData[index];344         elementData[index] = element;345         return (E)oldValue;346     }347 348     // 将“元素e”添加到Vector最后。349     public synchronized boolean add(E e) {350         modCount++;351         ensureCapacityHelper(elementCount + 1);352         elementData[elementCount++] = e;353         return true;354     }355 356     // 删除Vector中的元素o357     public boolean remove(Object o) {358         return removeElement(o);359     }360 361     // 在index位置添加元素element362     public void add(int index, E element) {363         insertElementAt(element, index);364     }365 366     // 删除index位置的元素，并返回index位置的原始值367     public synchronized E remove(int index) {368         modCount++;369         if (index >= elementCount)370             throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);371         Object oldValue = elementData[index];372 373         int numMoved = elementCount - index - 1;374         if (numMoved > 0)375             System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,376                      numMoved);377         elementData[--elementCount] = null; // Let gc do its work378 379         return (E)oldValue;380     }381 382     // 清空Vector383     public void clear() {384         removeAllElements();385     }386 387     // 返回Vector是否包含集合c388     public synchronized boolean containsAll(Collection<?> c) {389         return super.containsAll(c);390     }391 392     // 将集合c添加到Vector中393     public synchronized boolean addAll(Collection<? extends E> c) {394         modCount++;395         Object[] a = c.toArray();396         int numNew = a.length;397         ensureCapacityHelper(elementCount + numNew);398         // 将集合c的全部元素拷贝到数组elementData中399         System.arraycopy(a, 0, elementData, elementCount, numNew);400         elementCount += numNew;401         return numNew != 0;402     }403 404     // 删除集合c的全部元素405     public synchronized boolean removeAll(Collection<?> c) {406         return super.removeAll(c);407     }408 409     // 删除“非集合c中的元素”410     public synchronized boolean retainAll(Collection<?> c)  {411         return super.retainAll(c);412     }413 414     // 从index位置开始，将集合c添加到Vector中415     public synchronized boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {416         modCount++;417         if (index < 0 || index > elementCount)418             throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);419 420         Object[] a = c.toArray();421         int numNew = a.length;422         ensureCapacityHelper(elementCount + numNew);423 424         int numMoved = elementCount - index;425         if (numMoved > 0)426         System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew, numMoved);427 428         System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);429         elementCount += numNew;430         return numNew != 0;431     }432 433     // 返回两个对象是否相等434     public synchronized boolean equals(Object o) {435         return super.equals(o);436     }437 438     // 计算哈希值439     public synchronized int hashCode() {440         return super.hashCode();441     }442 443     // 调用父类的toString()444     public synchronized String toString() {445         return super.toString();446     }447 448     // 获取Vector中fromIndex(包括)到toIndex(不包括)的子集449     public synchronized List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {450         return Collections.synchronizedList(super.subList(fromIndex, toIndex), this);451     }452 453     // 删除Vector中fromIndex到toIndex的元素454     protected synchronized void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {455         modCount++;456         int numMoved = elementCount - toIndex;457         System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,458                          numMoved);459 460         // Let gc do its work461         int newElementCount = elementCount - (toIndex-fromIndex);462         while (elementCount != newElementCount)463             elementData[--elementCount] = null;464     }465 466     // java.io.Serializable的写入函数467     private synchronized void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)468         throws java.io.IOException {469         s.defaultWriteObject();470     }471 }

 

总结：
(01) Vector实际上是通过一个数组去保存数据的。当我们构造Vecotr时；若使用默认构造函数，则Vector的默认容量大小是10。
(02) 当Vector容量不足以容纳全部元素时，Vector的容量会增加。若容量增加系数 >0，则将容量的值增加“容量增加系数”；否则，将容量大小增加一倍。
(03) Vector的克隆函数，即是将全部元素克隆到一个数组中。

 

第4部分 Vector遍历方式

Vector支持4种遍历方式。建议使用下面的第二种去遍历Vector，因为效率问题。

(01) 第一种，通过迭代器遍历。即通过Iterator去遍历。

Integer value = null;int size = vec.size();for (int i=0; i<size; i++) {    value = (Integer)vec.get(i);        }

 

(02) 第二种，随机访问，通过索引值去遍历。
由于Vector实现了RandomAccess接口，它支持通过索引值去随机访问元素。

Integer value = null;int size = vec.size();for (int i=0; i<size; i++) {    value = (Integer)vec.get(i);        }

 

(03) 第三种，另一种for循环。如下：

Integer value = null;for (Integer integ:vec) {    value = integ;}

 

(04) 第四种，Enumeration遍历。如下： 

Integer value = null;Enumeration enu = vec.elements();while (enu.hasMoreElements()) {    value = (Integer)enu.nextElement();}

 

总结：遍历Vector，使用索引的随机访问方式最快，使用迭代器最慢。

 

第5部分 Vector示例

下面通过示例学习如何使用Vector

 1 import java.util.Vector; 2 import java.util.List; 3 import java.util.Iterator; 4 import java.util.Enumeration; 5  6 /** 7  * @desc Vector测试函数：遍历Vector和常用API  8  * 9  * @author skywang10  */11 public class VectorTest {12     public static void main(String[] args) {13         // 新建Vector14         Vector vec = new Vector();15             16         // 添加元素17         vec.add("1");18         vec.add("2");19         vec.add("3");20         vec.add("4");21         vec.add("5");22 23         // 设置第一个元素为10024         vec.set(0, "100");25         // 将“500”插入到第3个位置26         vec.add(2, "300");27         System.out.println("vec:"+vec);28 29         // (顺序查找)获取100的索引30         System.out.println("vec.indexOf(100):"+vec.indexOf("100"));31         // (倒序查找)获取100的索引32         System.out.println("vec.lastIndexOf(100):"+vec.lastIndexOf("100"));33         // 获取第一个元素34         System.out.println("vec.firstElement():"+vec.firstElement());35         // 获取第3个元素36         System.out.println("vec.elementAt(2):"+vec.elementAt(2));37         // 获取最后一个元素38         System.out.println("vec.lastElement():"+vec.lastElement());39 40         // 获取Vector的大小41         System.out.println("size:"+vec.size());42         // 获取Vector的总的容量43         System.out.println("capacity:"+vec.capacity());44 45         // 获取vector的“第2”到“第4”个元素46         System.out.println("vec 2 to 4:"+vec.subList(1, 4));47 48         // 通过Enumeration遍历Vector49         Enumeration enu = vec.elements();50         while(enu.hasMoreElements())51             System.out.println("nextElement():"+enu.nextElement());52             53         Vector retainVec = new Vector();54         retainVec.add("100");55         retainVec.add("300");56         // 获取“vec”中包含在“retainVec中的元素”的集合57         System.out.println("vec.retain():"+vec.retainAll(retainVec));58         System.out.println("vec:"+vec);59             60         // 获取vec对应的String数组61         String[] arr = (String[]) vec.toArray(new String[0]);62         for (String str:arr)63             System.out.println("str:"+str);64 65         // 清空Vector。clear()和removeAllElements()一样！66         vec.clear();67 //        vec.removeAllElements();68 69         // 判断Vector是否为空70         System.out.println("vec.isEmpty():"+vec.isEmpty());71     }   72 }

 

运行结果：

vec:[100, 2, 300, 3, 4, 5]vec.indexOf(100):0vec.lastIndexOf(100):0vec.firstElement():100vec.elementAt(2):300vec.lastElement():5size:6capacity:10vec 2 to 4:[2, 300, 3]nextElement():100nextElement():2nextElement():300nextElement():3nextElement():4nextElement():5vec.retain():truevec:[100, 300]str:100str:300vec.isEmpty():true