【学习笔记】JDK源码学习之Vector（附带面试题）

什么是 Vector ？它的作用是什么？它的底层由什么组成？是否是线程安全的？

老样子，跟着上面的问题，我们层层深入了解 Vector 吧。

1、什么是Vector？

Vetcor 与 ArrayList 相似,其内部都是通过一个容量能够动态增长的数组来实现的。不同点是 Vector 是线程安全的。因为其内部有很多同步代码快来保证线程安全.
JDK 中原文有一句注释：

Vector is synchronized. If a thread-safe implementation is not needed, it is recommended to use ArrayList in place of Vector

表示如果不使用线程安全则可以使用 ArrayList ，因其效率比 Vector 高出不少。但是 Vector 是线程安全的，所以使用是比较好的。

一般使用 Vector ：

Vector vector = new Vector<>();

2、Vector的实现接口和继承类

继承图：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-CwRl9nM6-1670855079344)(/Users/tiejiaxiaobao/Library/Application Support/typora-user-images/image-20221210175748310.png)]

通过源码来看：

public class Vector<E>
    extends AbstractList<E>
    implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
  ....
}

从上述源码中我们能发现 Vector 实现了 RandomAccess、Cloneable和Serialzable 等接口。

2.1 继承List类

Vector 继承了 List 类则可以使 Vector 能进行增删改查。底层则是使用数组 : protected Object[] elementData;

2.2 实现RandomAccess接口

和 ArrayList 一样，实现 RandomAccess 接口可以增加随机遍历的效率，能大大提高访问 Vector 数组的时间。

具体可参考本篇文章：地址

2.3 实现Serializable接口

为什么要实现 Serializable 接口呢？首先我们需要知道Java为什么需要序列化和反序列化。搞清楚这两个我们才能去理解为什么 Vector 要去实现 Serializable 这个接口。

之前在写 LinkedList 源码中曾写过具体的介绍，大家详情可以参考本篇文章嗷：地址。

2.4 实现Cloneable接口

同 ArrayList 一样，实现了 Cloneable 接口，即 Vector 也可以实现浅拷贝和深度拷贝。

具体例子本篇就不过对赘述，详情可以参考本篇文章：地址。

3、Vector中的变量、构造函数和重要方法

3.1 Vector中的变量

    /**
     * The array buffer into which the components of the vector are
     * stored. The capacity of the vector is the length of this array buffer,
     * and is at least large enough to contain all the vector's elements.
     *
     * <p>Any array elements following the last element in the Vector are null.
     *
     * @serial
     */
    protected Object[] elementData;

    /**
     * The number of valid components in this {@code Vector} object.
     * Components {@code elementData[0]} through
     * {@code elementData[elementCount-1]} are the actual items.
     *
     * @serial
     */
    protected int elementCount;

    /**
     * The amount by which the capacity of the vector is automatically
     * incremented when its size becomes greater than its capacity.  If
     * the capacity increment is less than or equal to zero, the capacity
     * of the vector is doubled each time it needs to grow.
     *
     * @serial
     */
    protected int capacityIncrement;

    /** use serialVersionUID from JDK 1.0.2 for interoperability */
    private static final long serialVersionUID = -2767605614048989439L;

elementData : 存储元素的数组，初始容量为10 。
elementCount : 记录数组中元素个数 。
capacityIncrement : 自动扩容的大小，即当数组满了之后，就添加capacityIncrement个空间装载元素，如果 capacityIncrement<=0,则扩容时就扩容到目前Vector容量的两倍 。
serialVersionUID ：该类的序列化版本号 。

3.2 Vector中的构造函数

Vector 一共有四个构造函数：

指定容量和增长系数
指定容量
不指定，使用默认容量值10
指定集合初始化

3.2.1 Vector(int initialCapacity, int capacityIncrement)：

指定容量和增长系数构造函数

源码：

    /**
     * Constructs an empty vector with the specified initial capacity and
     * capacity increment.
     *
     * @param   initialCapacity     the initial capacity of the vector
     * @param   capacityIncrement   the amount by which the capacity is
     *                              increased when the vector overflows
     * @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity
     *         is negative
     */
    public Vector(int initialCapacity, int capacityIncrement) {
        super();
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
        this.capacityIncrement = capacityIncrement;
    }

过程：

首先判断 initialCapacity(指定容量的值) 是否小于0。如果小于零就抛出 IllegalArgumentException 异常。
然后初始化数组 elementData 。
接着指定增长系数 capacityIncrement 。

3.2.2 Vector(int initialCapacity)

指定容量

源码：

    /**
     * Constructs an empty vector with the specified initial capacity and
     * with its capacity increment equal to zero.
     *
     * @param   initialCapacity   the initial capacity of the vector
     * @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity
     *         is negative
     */
    public Vector(int initialCapacity) {
        this(initialCapacity, 0);
    }

指定初始化容量，增长系数默认为0。

3.2.3 Vector()

源码：

    /**
     * Constructs an empty vector so that its internal data array
     * has size {@code 10} and its standard capacity increment is
     * zero.
     */
    public Vector() {
        this(10);
    }

什么都不指定，默认给的容量是10。

3.2.4 Vector(Collection<? extends E> c)

指定集合初始化

源码：

    /**
     * Constructs a vector containing the elements of the specified
     * collection, in the order they are returned by the collection's
     * iterator.
     *
     * @param c the collection whose elements are to be placed into this
     *       vector
     * @throws NullPointerException if the specified collection is null
     * @since   1.2
     */
    public Vector(Collection<? extends E> c) {
        Object[] a = c.toArray();
        elementCount = a.length;
        if (c.getClass() == ArrayList.class) {
            elementData = a;
        } else {
            elementData = Arrays.copyOf(a, elementCount, Object[].class);
        }
    }

过程：

先把集合 c 转化为数组 a 。
获取数组的长度并赋值给 elementCount 。
判断如果是 ArrayList ，则直接复制。
否则需要进行拷贝。

3.3 Vector中重要的方法

3.3.1 add(E e)：

源码：

    /**
     * Appends the specified element to the end of this Vector.
     *
     * @param e element to be appended to this Vector
     * @return {@code true} (as specified by {@link Collection#add})
     * @since 1.2
     */
    public synchronized boolean add(E e) {
        modCount++;
        ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
        elementData[elementCount++] = e;
        return true;
    }

    /**
     * This implements the unsynchronized semantics of ensureCapacity.
     * Synchronized methods in this class can internally call this
     * method for ensuring capacity without incurring the cost of an
     * extra synchronization.
     *
     * @see #ensureCapacity(int)
     */
    private void ensureCapacityHelper(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }

过程：

首先先修改 modCount 增加次数。
判断容量是否足够。
如果不够则进行扩容（下面单独分析 grow() 方法的作用）。
反之将新元素放在最后一个元素，个数增加。

grow（）：

源码：

    /**
     * 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;

    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
      	// 以前的容量
        int oldCapacity = elementData.length;
      	// 现在的容量，是以前的容量加上扩展系数，如果扩展系数小于等于0，那么，就是以前的容量的两倍
        int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ?
                                         capacityIncrement : oldCapacity);
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
      	// 如果新的容量比最大的容量还要大（虚拟机的数组大小是有最大值的
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
          	// 需要处理把最大的容量降低一些
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
      	// 拷贝数据
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

    private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }

过程：

首先先获取之前的容量。
然后在获取现在的容量：现在的容量，是以前的容量加上扩展系数，如果扩展系数小于等于0，那么，就是以前的容量的两倍。
如果最小容量 minCapacity 小于 minCapacity 。则就按照最小容量来扩容。
如果新的容量比最大的容量还要大（虚拟机的数组大小是有最大值的），则就抛出 OutOfMemoryError 异常。
反之进行拷贝扩容。

3.3.2 add(int index, E element)

源码：

    /**
     * Inserts the specified element at the specified position in this Vector.
     * Shifts the element currently at that position (if any) and any
     * subsequent elements to the right (adds one to their indices).
     *
     * @param index index at which the specified element is to be inserted
     * @param element element to be inserted
     * @throws ArrayIndexOutOfBoundsException if the index is out of range
     *         ({@code index < 0 || index > size()})
     * @since 1.2
     */
    public void add(int index, E element) {
        insertElementAt(element, index);
    }

    /**
     * Inserts the specified object as a component in this vector at the
     * specified {@code index}. Each component in this vector with
     * an index greater or equal to the specified {@code index} is
     * shifted upward to have an index one greater than the value it had
     * previously.
     *
     * <p>The index must be a value greater than or equal to {@code 0}
     * and less than or equal to the current size of the vector. (If the
     * index is equal to the current size of the vector, the new element
     * is appended to the Vector.)
     *
     * <p>This method is identical in functionality to the
     * {@link #add(int, Object) add(int, E)}
     * method (which is part of the {@link List} interface).  Note that the
     * {@code add} method reverses the order of the parameters, to more closely
     * match array usage.
     *
     * @param      obj     the component to insert
     * @param      index   where to insert the new component
     * @throws ArrayIndexOutOfBoundsException if the index is out of range
     *         ({@code index < 0 || index > size()})
     */
    public synchronized void insertElementAt(E obj, int index) {
      	// 修改次数增加
        modCount++;
      	// 判断index是否非法
        if (index > elementCount) {
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index
                                                     + " > " + elementCount);
        }
      	// 确保容量足够
        ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
      	// 拷贝数据，将后面的元素，往后移动一位
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, elementCount - index);
      	// 将实际的数据插入
        elementData[index] = obj;
      	// 个数增加
        elementCount++;
    }

过程：

调用插入函数 insertElementAt 。
增加 modCount 的修改次数。
首先判断 index 是否越界。
接着判断 Vector 中的容量是否够用。
拷贝数据，将后面的元素，往后移动一位。
将实际的数据插入。
个数增加。

因为方法加了 synchronized 关键字可以保证线程安全，但是随之而来的就是效率的下降。

3.3.3 addAll(Collection<? extends E> c)

将一个集合所有元素添加进去

源码:

    /**
     * Appends all of the elements in the specified Collection to the end of
     * this Vector, in the order that they are returned by the specified
     * Collection's Iterator.  The behavior of this operation is undefined if
     * the specified Collection is modified while the operation is in progress.
     * (This implies that the behavior of this call is undefined if the
     * specified Collection is this Vector, and this Vector is nonempty.)
     *
     * @param c elements to be inserted into this Vector
     * @return {@code true} if this Vector changed as a result of the call
     * @throws NullPointerException if the specified collection is null
     * @since 1.2
     */
    public synchronized boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
      	// 修改次数增加
        modCount++;
      	// 转成数组
        Object[] a = c.toArray();
      	// 数组的长度
        int numNew = a.length;
      	// 确保容量足够
        ensureCapacityHelper(elementCount + numNew);
      	// 拷贝
        System.arraycopy(a, 0, elementData, elementCount, numNew);
      	// 新增数组长度
        elementCount += numNew;
      	// 返回添加的数组是不是有数据
        return numNew != 0;
    }

过程：

首先增加修改次数 modCount 。
然后把 c 集合转化为数组并获取数组的长度。
判断原来的数组长度加上现在的数组长度是否容量够用。
如果够用则进行数据拷贝、增加数组长度并返回相关值。

3.3.4 addAll(int index, Collection<? extends E> c)

指定index，插入一个集合，和前面不一样的地方在于复制之前，需要计算往后面移动多少位，不是用for循环去插入，而是一次性移动和写入。

源码：

    /**
     * Inserts all of the elements in the specified Collection into this
     * Vector at the specified position.  Shifts the element currently at
     * that position (if any) and any subsequent elements to the right
     * (increases their indices).  The new elements will appear in the Vector
     * in the order that they are returned by the specified Collection's
     * iterator.
     *
     * @param index index at which to insert the first element from the
     *              specified collection
     * @param c elements to be inserted into this Vector
     * @return {@code true} if this Vector changed as a result of the call
     * @throws ArrayIndexOutOfBoundsException if the index is out of range
     *         ({@code index < 0 || index > size()})
     * @throws NullPointerException if the specified collection is null
     * @since 1.2
     */
    public synchronized boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
      	// 增加修改次数
        modCount++;
      	// 判读索引是否越界
        if (index < 0 || index > elementCount)
          	// 如果越界则抛出异常
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
				// 将集合转化为数组
        Object[] a = c.toArray();
      	// 获取新数组的长度
        int numNew = a.length;
      	// 判断数组容量是否够用
        ensureCapacityHelper(elementCount + numNew);
				// 移动的步长计算
        int numMoved = elementCount - index;
        if (numMoved > 0)
          	// 移动后面的元素，腾出位置给插入的元素
            System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
                             numMoved);
				// 插入元素
        System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
      	// 更新个数
        elementCount += numNew;
      	// 插入元素个数是否为0
        return numNew != 0;
    }

3.3.5 remove(Object o)

删除指定元素

源码：

    /**
     * Removes the first occurrence of the specified element in this Vector
     * If the Vector does not contain the element, it is unchanged.  More
     * formally, removes the element with the lowest index i such that
     * {@code (o==null ? get(i)==null : o.equals(get(i)))} (if such
     * an element exists).
     *
     * @param o element to be removed from this Vector, if present
     * @return true if the Vector contained the specified element
     * @since 1.2
     */
	// 实际调用的是removeElement()
    public boolean remove(Object o) {
        return removeElement(o);
    }

	// 线程安全
    public synchronized boolean removeElement(Object obj) {
        // 修改次数增加
        modCount++;
    	// 获取第一个满足条件的元素缩影
        int i = indexOf(obj);
    	// 如果索引满足条件
        if (i >= 0) {
            // 将索引为i的元素从数组中移除
            removeElementAt(i);
            // 返回删除成功的结果
            return true;
        }
    	// 返回失败的结果
        return false;
    }
	// 线程安全
    public synchronized void removeElementAt(int index) {
        // 修改次数加一
        modCount++;
    	// 判断索引是否越界
        if (index >= elementCount) {
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " +
                                                     elementCount);
        }
        else if (index < 0) {
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
        }
    	// index后面的元素个数
        int j = elementCount - index - 1;
        if (j > 0) {
            // 往前面移动一位（复制，覆盖）
            System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, j);
        }
    	// 长度减1
        elementCount--;
    	// 将最后一个元素指向null，最后GC会进行回收
        elementData[elementCount] = null; /* to let gc do its work */
    }

过程：

首先找出最近的索引，然后判断索引是否越界。
如果没有越界则获取该索引后的元素个数。
把这些元素往前面移动一位（复制，覆盖）。
原来最后一个元素的位置置空，让GC回收。

3.3.6 remove(int index)

按照索引删除元素

源码：

public synchronized E remove(int index) {
        // 修改次数增加
        modCount++;
        // 合法性判断
        if (index >= elementCount)
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
        // 保存原来的数据
        E oldValue = elementData(index);
        // 移动的个数
        int numMoved = elementCount - index - 1;
        // 如果移动个数大于0
        if (numMoved > 0)
            // 后面的元素往前面移动一位，赋值，覆盖
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);
        // 最后一个元素置空
        elementData[--elementCount] = null; // Let gc do its work
        // 返回旧的元素
        return oldValue;
    }

过程：

首先判断索引是否越界，如果越界则抛出 ArrayIndexOutOfBoundsException 异常。
保存原来的数据，并获取要移动的元素个数。
后面的元素往前面移动一位，赋值，覆盖。
最后一个元素置空，并让GC回收。

3.3.7 set

下面两个set函数都是，修改索引为index的元素，区别就是一个会返回旧的元素，一个不会返回旧的元素。

public synchronized E set(int index, E element) {
        // 合法性判断
        if (index >= elementCount)
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
        // 取出旧的元素
        E oldValue = elementData(index);
        // 更新
        elementData[index] = element;
        // 返回旧的元素
        return oldValue;
    }
    public synchronized void setElementAt(E obj, int index) {
        // 合法哦性判断
        if (index >= elementCount) {
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " +
                                                     elementCount);
        }
        // 直接更新
        elementData[index] = obj;
    }

3.3.8 get

源码：

public synchronized E get(int index) {
        // 合法判断
        if (index >= elementCount)
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
        // 返回数组的元素
        return elementData(index);
    }

// 获取第一个元素：

public synchronized E firstElement() {
        if (elementCount == 0) {
            throw new NoSuchElementException();
        }
        return elementData(0);
    }

// 获取最后一个元素：

public synchronized E lastElement() {
        if (elementCount == 0) {
            throw new NoSuchElementException();
        }
        return elementData(elementCount - 1);
    }
    E elementData(int index) {
        return (E) elementData[index];
    }