java集合之vector容器

学完ArrayList和LinkedList之后，我们接着学习Vector。
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Vector
Vector(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。

package java.util;

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

// 保存Vector中数据的数组
protected Object[] elementData;

// 实际数据的数量
protected int elementCount;

// 容量增长系数
protected int capacityIncrement;

// Vector的序列版本号
private static final long serialVersionUID = -2767605614048989439L;

// Vector构造函数。默认容量是10。
public Vector() {
this(10);
}

// 指定Vector容量大小的构造函数
public Vector(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, 0);
}

// 指定Vector"容量大小"和"增长系数"的构造函数
public Vector(int initialCapacity, int capacityIncrement) {
super();
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
// 新建一个数组，数组容量是initialCapacity
this.elementData = new Object[initialCapacity];
// 设置容量增长系数
this.capacityIncrement = capacityIncrement;
}

// 指定集合的Vector构造函数。
public Vector(Collection<? extends E> c) {
// 获取“集合(c)”的数组，并将其赋值给elementData
elementData = c.toArray();
// 设置数组长度
elementCount = elementData.length;
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, elementCount, Object[].class);
}

// 将数组Vector的全部元素都拷贝到数组anArray中
public synchronized void copyInto(Object[] anArray) {
System.arraycopy(elementData, 0, anArray, 0, elementCount);
}

// 将当前容量值设为 =实际元素个数
public synchronized void trimToSize() {
modCount++;
int oldCapacity = elementData.length;
if (elementCount < oldCapacity) {
elementData = Arrays.copyOf(elementData, elementCount);
}
}

// 确认“Vector容量”的帮助函数
private void ensureCapacityHelper(int minCapacity) {
int oldCapacity = elementData.length;
// 当Vector的容量不足以容纳当前的全部元素，增加容量大小。
// 若 容量增量系数>0(即capacityIncrement>0)，则将容量增大当capacityIncrement
// 否则，将容量增大一倍。
if (minCapacity > oldCapacity) {
Object[] oldData = elementData;
int newCapacity = (capacityIncrement > 0) ?
(oldCapacity + capacityIncrement) : (oldCapacity * 2);
if (newCapacity < minCapacity) {
newCapacity = minCapacity;
}
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
}

// 确定Vector的容量。
public synchronized void ensureCapacity(int minCapacity) {
// 将Vector的改变统计数+1
modCount++;
ensureCapacityHelper(minCapacity);
}

// 设置容量值为 newSize
public synchronized void setSize(int newSize) {
modCount++;
if (newSize > elementCount) {
// 若 "newSize 大于 Vector容量"，则调整Vector的大小。
ensureCapacityHelper(newSize);
} else {
// 若 "newSize 小于/等于 Vector容量"，则将newSize位置开始的元素都设置为null
for (int i = newSize ; i < elementCount ; i++) {
elementData[i] = null;
}
}
elementCount = newSize;
}

// 返回“Vector的总的容量”
public synchronized int capacity() {
return elementData.length;
}

// 返回“Vector的实际大小”，即Vector中元素个数
public synchronized int size() {
return elementCount;
}

// 判断Vector是否为空
public synchronized boolean isEmpty() {
return elementCount == 0;
}

// 返回“Vector中全部元素对应的Enumeration”
public Enumeration<E> elements() {
// 通过匿名类实现Enumeration
return new Enumeration<E>() {
int count = 0;

// 是否存在下一个元素
public boolean hasMoreElements() {
return count < elementCount;
}

// 获取下一个元素
public E nextElement() {
synchronized (Vector.this) {
if (count < elementCount) {
return (E)elementData[count++];
}
}
throw new NoSuchElementException("Vector Enumeration");
}
};
}

// 返回Vector中是否包含对象(o)
public boolean contains(Object o) {
return indexOf(o, 0) >= 0;
}

// 从index位置开始向后查找元素(o)。
// 若找到，则返回元素的索引值；否则，返回-1
public synchronized int indexOf(Object o, int index) {
if (o == null) {
// 若查找元素为null，则正向找出null元素，并返回它对应的序号
for (int i = index ; i < elementCount ; i++)
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
// 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
for (int i = index ; i < elementCount ; i++)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}

// 查找并返回元素(o)在Vector中的索引值
public int indexOf(Object o) {
return indexOf(o, 0);
}

// 从后向前查找元素(o)。并返回元素的索引
public synchronized int lastIndexOf(Object o) {
return lastIndexOf(o, elementCount-1);
}

// 从后向前查找元素(o)。开始位置是从前向后的第index个数；
// 若找到，则返回元素的“索引值”；否则，返回-1。
public synchronized int lastIndexOf(Object o, int index) {
if (index >= elementCount)
throw new IndexOutOfBoundsException(index + " >= "+ elementCount);

if (o == null) {
// 若查找元素为null，则反向找出null元素，并返回它对应的序号
for (int i = index; i >= 0; i--)
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
// 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
for (int i = index; i >= 0; i--)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}

// 返回Vector中index位置的元素。
// 若index月结，则抛出异常
public synchronized E elementAt(int index) {
if (index >= elementCount) {
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " + elementCount);
}

return (E)elementData[index];
}

// 获取Vector中的第一个元素。
// 若失败，则抛出异常！
public synchronized E firstElement() {
if (elementCount == 0) {
throw new NoSuchElementException();
}
return (E)elementData[0];
}

// 获取Vector中的最后一个元素。
// 若失败，则抛出异常！
public synchronized E lastElement() {
if (elementCount == 0) {
throw new NoSuchElementException();
}
return (E)elementData[elementCount - 1];
}

// 设置index位置的元素值为obj
public synchronized void setElementAt(E obj, int index) {
if (index >= elementCount) {
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " +
elementCount);
}
elementData[index] = obj;
}

// 删除index位置的元素
public synchronized void removeElementAt(int index) {
modCount++;
if (index >= elementCount) {
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " +
elementCount);
} else if (index < 0) {
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
}

int j = elementCount - index - 1;
if (j > 0) {
System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, j);
}
elementCount--;
elementData[elementCount] = null; /* to let gc do its work */
}

// 在index位置处插入元素(obj)
public synchronized void insertElementAt(E obj, int index) {
modCount++;
if (index > elementCount) {
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index
+ " > " + elementCount);
}
ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, elementCount - index);
elementData[index] = obj;
elementCount++;
}

// 将“元素obj”添加到Vector末尾
public synchronized void addElement(E obj) {
modCount++;
ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
elementData[elementCount++] = obj;
}

// 在Vector中查找并删除元素obj。
// 成功的话，返回true；否则，返回false。
public synchronized boolean removeElement(Object obj) {
modCount++;
int i = indexOf(obj);
if (i >= 0) {
removeElementAt(i);
return true;
}
return false;
}

// 删除Vector中的全部元素
public synchronized void removeAllElements() {
modCount++;
// 将Vector中的全部元素设为null
for (int i = 0; i < elementCount; i++)
elementData[i] = null;

elementCount = 0;
}

// 克隆函数
public synchronized Object clone() {
try {
Vector<E> v = (Vector<E>) super.clone();
// 将当前Vector的全部元素拷贝到v中
v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, elementCount);
v.modCount = 0;
return v;
} catch (CloneNotSupportedException e) {
// this shouldn't happen, since we are Cloneable
throw new InternalError();
}
}

// 返回Object数组
public synchronized Object[] toArray() {
return Arrays.copyOf(elementData, elementCount);
}

// 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
public synchronized <T> T[] toArray(T[] a) {
// 若数组a的大小 < Vector的元素个数；
// 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
if (a.length < elementCount)
return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, elementCount, a.getClass());

// 若数组a的大小 >= Vector的元素个数；
// 则将Vector的全部元素都拷贝到数组a中。
System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, elementCount);

if (a.length > elementCount)
a[elementCount] = null;

return a;
}

// 获取index位置的元素
public synchronized E get(int index) {
if (index >= elementCount)
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);

return (E)elementData[index];
}

// 设置index位置的值为element。并返回index位置的原始值
public synchronized E set(int index, E element) {
if (index >= elementCount)
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);

Object oldValue = elementData[index];
elementData[index] = element;
return (E)oldValue;
}

// 将“元素e”添加到Vector最后。
public synchronized boolean add(E e) {
modCount++;
ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
elementData[elementCount++] = e;
return true;
}

// 删除Vector中的元素o
public boolean remove(Object o) {
return removeElement(o);
}

// 在index位置添加元素element
public void add(int index, E element) {
insertElementAt(element, index);
}

// 删除index位置的元素，并返回index位置的原始值
public synchronized E remove(int index) {
modCount++;
if (index >= elementCount)
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
Object oldValue = elementData[index];

int numMoved = elementCount - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--elementCount] = null; // Let gc do its work

return (E)oldValue;
}

// 清空Vector
public void clear() {
removeAllElements();
}

// 返回Vector是否包含集合c
public synchronized boolean containsAll(Collection<?> c) {
return super.containsAll(c);
}

// 将集合c添加到Vector中
public synchronized boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
modCount++;
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityHelper(elementCount + numNew);
// 将集合c的全部元素拷贝到数组elementData中
System.arraycopy(a, 0, elementData, elementCount, numNew);
elementCount += numNew;
return numNew != 0;
}

// 删除集合c的全部元素
public synchronized boolean removeAll(Collection<?> c) {
return super.removeAll(c);
}

// 删除“非集合c中的元素”
public synchronized boolean retainAll(Collection<?> c)  {
return super.retainAll(c);
}

// 从index位置开始，将集合c添加到Vector中
public synchronized boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
modCount++;
if (index < 0 || index > elementCount)
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);

Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityHelper(elementCount + numNew);

int numMoved = elementCount - index;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew, numMoved);

System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
elementCount += numNew;
return numNew != 0;
}

// 返回两个对象是否相等
public synchronized boolean equals(Object o) {
return super.equals(o);
}

// 计算哈希值
public synchronized int hashCode() {
return super.hashCode();
}

// 调用父类的toString()
public synchronized String toString() {
return super.toString();
}

// 获取Vector中fromIndex(包括)到toIndex(不包括)的子集
public synchronized List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {
return Collections.synchronizedList(super.subList(fromIndex, toIndex), this);
}

// 删除Vector中fromIndex到toIndex的元素
protected synchronized void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
modCount++;
int numMoved = elementCount - toIndex;
System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,
numMoved);

// Let gc do its work
int newElementCount = elementCount - (toIndex-fromIndex);
while (elementCount != newElementCount)
elementData[--elementCount] = null;
}

// java.io.Serializable的写入函数
private synchronized void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
throws java.io.IOException {
s.defaultWriteObject();
}
}

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

import java.util.Vector;
import java.util.List;
import java.util.Iterator;
import java.util.Enumeration;

/**
* @desc Vector测试函数：遍历Vector和常用API
*
* @author skywang
*/
public class VectorTest {
public static void main(String[] args) {
// 新建Vector
Vector vec = new Vector();

// 添加元素
vec.add("1");
vec.add("2");
vec.add("3");
vec.add("4");
vec.add("5");

// 设置第一个元素为100
vec.set(0, "100");
// 将“500”插入到第3个位置
vec.add(2, "300");
System.out.println("vec:"+vec);

// (顺序查找)获取100的索引
System.out.println("vec.indexOf(100):"+vec.indexOf("100"));
// (倒序查找)获取100的索引
System.out.println("vec.lastIndexOf(100):"+vec.lastIndexOf("100"));
// 获取第一个元素
System.out.println("vec.firstElement():"+vec.firstElement());
// 获取第3个元素
System.out.println("vec.elementAt(2):"+vec.elementAt(2));
// 获取最后一个元素
System.out.println("vec.lastElement():"+vec.lastElement());

// 获取Vector的大小
System.out.println("size:"+vec.size());
// 获取Vector的总的容量
System.out.println("capacity:"+vec.capacity());

// 获取vector的“第2”到“第4”个元素
System.out.println("vec 2 to 4:"+vec.subList(1, 4));

// 通过Enumeration遍历Vector
Enumeration enu = vec.elements();
while(enu.hasMoreElements())
System.out.println("nextElement():"+enu.nextElement());

Vector retainVec = new Vector();
retainVec.add("100");
retainVec.add("300");
// 获取“vec”中包含在“retainVec中的元素”的集合
System.out.println("vec.retain():"+vec.retainAll(retainVec));
System.out.println("vec:"+vec);

// 获取vec对应的String数组
String[] arr = (String[]) vec.toArray(new String[0]);
for (String str:arr)
System.out.println("str:"+str);

// 清空Vector。clear()和removeAllElements()一样！
vec.clear();
//        vec.removeAllElements();

// 判断Vector是否为空
System.out.println("vec.isEmpty():"+vec.isEmpty());
}
}

运行结果：

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