Java集合：Collection接口

Collection是一个接口，继承自Iterable。我们先看一下Iterable接口的源码

一、Iterable

package java.lang;import java.util.Iterator;
import java.util.Objects;
import java.util.Spliterator;
import java.util.Spliterators;
import java.util.function.Consumer;/***实现这个接口的的类允许使用"for-each loop"语句来遍历。*/
public interface Iterable<T> {/***返回一个元素类型为T的迭代器*/Iterator<T> iterator();/*** jdk1.8新增的遍历方式*/default void forEach(Consumer<? super T> action) {Objects.requireNonNull(action);for (T t : this) {action.accept(t);}}/*** 暂不研究*/default Spliterator<T> spliterator() {return Spliterators.spliteratorUnknownSize(iterator(), 0);}
}

Iterable接口有一个Iterator iterator();方法，而Collection继承自Iterable接口，所以我们说Collection继承于Iterator。

二、Collection 接口

Collection是一个高度封装的集合接口，它提供了所有集合要实现的默认方法接口。

我们看一下接口源码，了解它有哪些接口和默认实现。

package java.util;import java.util.function.Predicate;
import java.util.stream.Stream;
import java.util.stream.StreamSupport;/***这是一个集合分层的根接口。集合代表了一组包含元素的对象。有些集合允许有重复的元素，有些不允许。*有些集合是有序的有些无序的。jdk不对这个接口提供任何直接的实现，但是再一些直接子接口例如Set和List有实现了某些接口方法。*所有继承Collection的类必须提供两个默认的构造函数，一个不带参数的、一个带Collection类型参数。**/public interface Collection<E> extends Iterable<E> {//查询操作/***返回集合大小，也就是集合中元素的数量*/int size();/*** 如果集合包含元素则返回true，即判断集合是否为空*/boolean isEmpty();/*** 判断集合是否存在某个对象，注意这里参数是个Object,并没有限制为E或其子类*/boolean contains(Object o);/*** 返回一个迭代器iterator。并没有说明元素的迭代顺序，除非特别的集合有这个要求。*/Iterator<E> iterator();/***将集合转为对象数组，注意这里不是元素数组而是一个Object数组。*如果集合保证是有序的，那么通过迭代器返回数组有相同顺序*返回的数组是安全的，也就是说集合有自己的引用，数组开辟新的堆内存，也有自己的引用。所以调*用者可以随意操作返回的数组。*这个方法是数组和列表之间的桥梁*/Object[] toArray();/*** 返回一个集合元素类型的数组。如果集合满足指定的数组并且有足够的空间，则在其中返回此集合* 否则返回此集合大小的新数组。* 如果集合有序，那么返回此集合迭代器遍历顺序的数组* 如果数组大小比集合元素多，那么在数组满足集合元素后在末尾设置为null  ** 如果在这个集合中指定数组运行时类型不是运行时元素类型的超类，那么抛ArrayStoreException异常* 如果指定数组为空，则抛出NullPointerException*/<T> T[] toArray(T[] a);//修改操作/*** 确保此集合包含特定的元素类型。* 如果此集合增加元素成功返回true。* 如果此集合不允许有重复元素并且已经包含所传参数，那么返回false* * 支持此操作的集合可能会限制向该集合添加哪些元素。特别的，有些集合会拒绝null元素，有些* 会对要增加的元素强加一些限制。* Collection实现类应该在文档中明确指出所有的限制。** 如果集合以除已经包含元素之外的任何原因拒绝添加特定元素，则必须抛出异常*(而不是返回false)。这保留了集合在此调用返回后始终包含指定元素的不变式。*/boolean add(E e);/*** 如果此集合中存在此元素，那么移除一个特定元素类型的实例。更正式的说，如果集合中包含一个或多个这样的元素，* 那么删除这样的元素(o==null?e==null:o.equals(e))。如果集合包含指定的元素(或集合因调用而发生改变)，那么返回true。** 如果指定元素的类型和集合不相容，抛出ClassCastException异常(可选的限制条件)* 如果指定元素是null并且这个集合不允许null元素存在，那么抛出NullPointerException异常(可选的限制条件)* 如果此集合不支持remove操作那么抛出UnsupportedOperationException异常(可选的限制条件)*/boolean remove(Object o);//容量操作/*** 如果this集合包含指定集合的所有元素，返回true* c集合必须要检查是否被包含在this集合* 如果指定元素的类型和集合不相容，抛出ClassCastException异常(可选的限制条件)* 如果指定元素是null并且这个集合不允许null元素存在，那么抛出NullPointerException异常(可选的限制条件)*/boolean containsAll(Collection<?> c);/*** 将指定集合的所有元素到this集合中(可选的操作)。* 如果指定的集合在操作进行时被修改了，那么此操作行为未定义。* (这意味着如果指定的集合是这个集合，并且这个集合是非空的，那么这个调用的行为是未定义的。)* * @参数:c集合包含了要被添加到这个集合的元素* @返回:如果调用结果改变了this集合返回true* @throws:如果 addAll操作不被此集合支持，那么抛出UnsupportedOpertaionException异常* @throws: 如果指定集合包含了空元素而this集合不允许有空元素，那么抛出NullPointerException异常* @throws:如果this集合阻止hiding集合元素类型添加，那么抛出ClassCastException异常* @throws:如果指定集合的元素的某些属性阻止将其添加到此集合，则抛出IllegalArgumentException* @throws:由于插入限制，如果不是所有元素都可以在此时添加，则抛出IllegalStateException异常*/boolean addAll(Collection<? extends E> c);/*** 移除此集合中所有的包含在指定集合中的元素(可选的操作)。调用过此函数之后，那么此集合和指定集合将不再包含相同元素。** @param:包含要从该集合中删除的元素的c集合* @return:如果此集合因调用而更改那么返回true* @throws:如果此集合不支持removeAll方法，则抛出UnsupportedOperationException* @throws:如果集合中一个或多个元素的类型与指定集合不兼容，则抛出ClassCastException(可选的操作)* @throws:如果该集合包含一个或多个空元素，且指定的集合不支持空元素(optional)，或者指定的集合为空，* 则抛出NullPointerException异常*/boolean removeAll(Collection<?> c);/*** 移除此集合中所有符合给定Predicate的元素。在迭代期间或由Predicate引发的错误或运行时异常将被转发给调用方* @implSpec* 默认实现使用其迭代器遍历集合的所有元素。每一个匹配的元素使用iterator.remove()来移除。* 如果集合的iterator不支持移除将会抛出UnsupportedOperationException异常在匹匹厄到* 第一个元素时。* @param 过滤一个predicate* @param 筛选要删除的元素返回true的Predicate* @return 如果任何一个元素被删除返回true* @throws 指定过滤器为空，抛出NullPointerException* @throws 如果元素没有被删除，或者移除操作不支持，*  则立即抛出UnsupportedOperationException异常* @since 1.8*/default boolean removeIf(Predicate<? super E> filter) {//如果filter为null抛出NullPointerExceptionObjects.requireNonNull(filter);boolean removed = false;final Iterator<E> each = iterator();//通过迭代器遍历删除，只要删除一个removed就为truewhile (each.hasNext()) {if (filter.test(each.next())) {each.remove();removed = true;}}return removed;}/*** 只保留此集合中包含在指定集合中的元素(可选的操作)。* 也就是说，此集合中不包含在指定集合中的所有元素。* @param:要保留的元素的集合c* @return:如果此集合改变了返回true* @throws:如果此集合不支持retainAll，则抛出UnsupportedOperationException异常* @throws:如果集合中一个或多个元素的类型与指定集合不兼容，则抛出ClassCastException(可选的操作)* @throws:如果该集合包含一个或多个空元素，且指定的集合不支持空元素(optional)，或者指定的集合为空*/boolean retainAll(Collection<?> c);/*** 移除此集合中所有元素(可选操作),调用此方法后集合里将为空。* @throws: 如果此集合clear操作不支持将会抛出UnsupportOperationException异常。*/void clear();//比较和hash/*** 比较指定的对象与此集合是否相等* */boolean equals(Object o);/***返回这个集合的hashCode。当集合接口没有对Object.hashCode方法的一般协议做任何规定，编程*人员应该注意在重写equals方法时必须重写hashCode方法，以便满足一般协议对这个*Object.hashCode方法。特别的，c1.equals(c2)表明c1.hashCode()==c2.hashCode()。*/int hashCode();/***一下1.8新增的Spliterator，暂不研究*/@Overridedefault Spliterator<E> spliterator() {return Spliterators.spliterator(this, 0);}default Stream<E> stream() {return StreamSupport.stream(spliterator(), false);}default Stream<E> parallelStream() {return StreamSupport.stream(spliterator(), true);}
}

三、AbstractCollection

AbstractCollection是一个实现了Collection接口的抽象类，除了iterator()和size()接口，它提供了一些其他接口的默认实现，其他集合类可以继承此类来复用。

package java.util;public abstract class AbstractCollection<E> implements Collection<E> {/*唯一的构造函数*/protected AbstractCollection(){}//查询操作public abstract Iterator<E> iterator();public abstract int size();/** 返回size() == 0*/public boolean isEmpty(){return size() == 0;}/*** 实现的contains方法，通过迭代器遍历*/public boolean contains(Object o){Iterator<E> it = iterator();if (o == null){while (it.hasNext())if (it.next() == null)return true;}else{while (it.hasNext())if (o.equals(it.next()))return true;}return false;}/*** 此默认实现，考虑到数组在迭代器遍历过程中大小可能会改变，* 也就是可能会增加或减少元素怒*/public Object[] toArray(){//估计数组大小，并做好变小或变大的准备Object[] r = new Object[size()];Iterator<E> it = iterator();for (int i = 0; i < r.length; i++){if (! it.hasNext())  //比期望的元素少，那么调用Arrays.copyOf()方法返回一个新的数组return Arrays.copyOf(r, i);r[i] = it.next();}//判断集合有没有被增加(迭代器改变)，如果没有返回数组，如果有调用finishToArray()方法返回数组return it.hasNext() ? finishToArray(r, it) : r;}/*** */@SuppressWarnings("unchecked")public <T> T[] toArray(T[] a) {// Estimate size of array; be prepared to see more or fewer elementsint size = size();T[] r = a.length >= size ? a :(T[])java.lang.reflect.Array.newInstance(a.getClass().getComponentType(), size);Iterator<E> it = iterator();for (int i = 0; i < r.length; i++) {if (! it.hasNext()) { // fewer elements than expectedif (a == r) {r[i] = null; // null-terminate} else if (a.length < i) {return Arrays.copyOf(r, i);} else {System.arraycopy(r, 0, a, 0, i);if (a.length > i) {a[i] = null;}}return a;}r[i] = (T)it.next();}// more elements than expectedreturn it.hasNext() ? finishToArray(r, it) : r;}/*** 一些VM会在数组中保留头信息，所以要占用8字节空间，头信息大小不能超过8* 重新分配更大的长度给数组，如果要求的数组大小超过VM限制，会抛出OutOfMemoryError* 默认值 2147483647 - 8;*/private static final int MAX_ARRAY_SIZE　＝　Integer.MAX_VALUE - 8;/*** 重新在toArray方法中，如果iterator返回了比期望中的大小更多的元素时，重新给数组分配空间来完成填充数组。* @param 之前的已经被填满的数组* @param 操作中集合的iterator* @return 除了给定的数组之外，增加了从迭代器中获取的元素，并修正数组长度*/@SuppressWarnings("unchecked")private static <T> T[] finishToArray(T[] r, Iterator<?> it) {int i = r.length; //被填充满的数组长度(原始集合大小)while (it.hasNext()) {int cap = r.length;if (i == cap) {  //第一次(刚进来的时候)一定为true,那么分配新的数组大小int newCap = cap + (cap >> 1) + 1; //右移一位+1再加上原大小if (newCap - MAX_ARRAY_SIZE > 0)  //新数组大小大于集合默认最大值，调用hugeCapacity()方法重新分配，值为Integer.MAX_VALUEnewCap = hugeCapacity(cap + 1);r = Arrays.copyOf(r, newCap);}r[i++] = (T)it.next();}// 修正数组多余的空间，如果正好直接返回，否则调用Arrays.copyOf()方法return (i == r.length) ? r : Arrays.copyOf(r, i);}private static int hugeCapacity(int minCapacity) {if (minCapacity < 0) // 内存溢出throw new OutOfMemoryError("Required array size too large");return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?Integer.MAX_VALUE :MAX_ARRAY_SIZE;}//修改操作/*** 此操作总是抛出 UnsupportedOperationException* @throws UnsupportedOperationException {@inheritDoc}* @throws ClassCastException            {@inheritDoc}* @throws NullPointerException          {@inheritDoc}* @throws IllegalArgumentException      {@inheritDoc}* @throws IllegalStateException         {@inheritDoc}*/public boolean add(E e) {throw new UnsupportedOperationException();}/*** 通过集合迭代器查找元素，如果找到调用iterator.remove()方法删除元素。* 删除一个就返回true*/public boolean remove(Object o) {Iterator<E> it = iterator();if (o==null) {while (it.hasNext()) {if (it.next()==null) {it.remove();return true;}}} else {while (it.hasNext()) {if (o.equals(it.next())) {it.remove();return true;}}}return false;}// Bulk Operations/*** 判断此集合是否包含指定集合所有元素，有一个没有返回false*/public boolean containsAll(Collection<?> c) {for (Object e : c)if (!contains(e))return false;return true;}/*** 调用add(E e)方法添加指定集合到此集合中** @see #add(Object)*/public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {boolean modified = false;for (E e : c)if (add(e))modified = true;return modified;}/*** 这个方法将从此集合中删除指定集合的所有元素，通过迭代器删除。* @throws UnsupportedOperationException {@inheritDoc}* @throws ClassCastException            {@inheritDoc}* @throws NullPointerException          {@inheritDoc}** @see #remove(Object)* @see #contains(Object)*/public boolean removeAll(Collection<?> c) {Objects.requireNonNull(c);boolean modified = false;Iterator<?> it = iterator();while (it.hasNext()) {if (c.contains(it.next())) {it.remove();modified = true;}}return modified;}/*** 此集合中保留指定集合的所有元素，也就是说调用此方法之后，此集合中删除了不存在指定集合中*的元素* */public boolean retainAll(Collection<?> c) {Objects.requireNonNull(c);boolean modified = false;Iterator<E> it = iterator();while (it.hasNext()) {if (!c.contains(it.next())) {it.remove();modified = true;}}return modified;}/*** 清空集合中所有元素* @throws UnsupportedOperationException {@inheritDoc}*/public void clear() {Iterator<E> it = iterator();while (it.hasNext()) {it.next();it.remove();}}//  String conversion/*** 集合的toString方法，所有继承AbstractCollection的类都有此方法*/public String toString() {Iterator<E> it = iterator();if (! it.hasNext())return "[]";StringBuilder sb = new StringBuilder();sb.append('[');for (;;) {E e = it.next();//如果将自己这个集合添加到自己，就会打印(this Collection)sb.append(e == this ? "(this Collection)" : e);if (! it.hasNext())return sb.append(']').toString();sb.append(',').append(' ');}}}
}

AbstractCollection类默认实现的方法，在上面源代码中我都已经讲解过了，很多常用的集合都会使用 默认实现，比如常用的toString方法，我们在输出ArrayList时调用的就是此方法。

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