Java 集合系列：Vector源码深入解析

概论

学完ArrayList和LinkedList之后，我们接着学习Vector。学习方式还是和之前一样，先对Vector有个整体认识，然后再学习它的源码；最后再通过实例来学会使用它。

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)
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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()
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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 {}
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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initialCapacitythis.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elementDataelementData = 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+1modCount++;ensureCapacityHelper(minCapacity);}// 设置容量值为 newSizepublic 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nullfor (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Enumerationreturn 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-1public 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objpublic 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nullfor (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 Cloneablethrow 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opublic boolean remove(Object o) {return removeElement(o);}// 在index位置添加元素elementpublic 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 workreturn (E)oldValue;}// 清空Vectorpublic void clear() {removeAllElements();}// 返回Vector是否包含集合cpublic 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 workint 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();}
}
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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);
}
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(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);
}
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(03) 第三种，另一种for循环。如下：

Integer value = null;
for (Integer integ:vec) {value = integ;
}
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(04) 第四种，Enumeration遍历。如下：

Integer value = null;
Enumeration enu = vec.elements();
while (enu.hasMoreElements()) {value = (Integer)enu.nextElement();
}
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测试这些遍历方式效率的代码如下：

import java.util.*;/** @desc Vector遍历方式和效率的测试程序。** @author skywang*/
public class VectorRandomAccessTest {public static void main(String[] args) {Vector vec= new Vector();for (int i=0; i<100000; i++)vec.add(i);iteratorThroughRandomAccess(vec) ;iteratorThroughIterator(vec) ;iteratorThroughFor2(vec) ;iteratorThroughEnumeration(vec) ;}private static void isRandomAccessSupported(List list) {if (list instanceof RandomAccess) {System.out.println("RandomAccess implemented!");} else {System.out.println("RandomAccess not implemented!");}}public static void iteratorThroughRandomAccess(List list) {long startTime;long endTime;startTime = System.currentTimeMillis();for (int i=0; i<list.size(); i++) {list.get(i);}endTime = System.currentTimeMillis();long interval = endTime - startTime;System.out.println("iteratorThroughRandomAccess：" + interval+" ms");}public static void iteratorThroughIterator(List list) {long startTime;long endTime;startTime = System.currentTimeMillis();for(Iterator iter = list.iterator(); iter.hasNext(); ) {iter.next();}endTime = System.currentTimeMillis();long interval = endTime - startTime;System.out.println("iteratorThroughIterator：" + interval+" ms");}public static void iteratorThroughFor2(List list) {long startTime;long endTime;startTime = System.currentTimeMillis();for(Object obj:list);endTime = System.currentTimeMillis();long interval = endTime - startTime;System.out.println("iteratorThroughFor2：" + interval+" ms");}public static void iteratorThroughEnumeration(Vector vec) {long startTime;long endTime;startTime = System.currentTimeMillis();for(Enumeration enu = vec.elements(); enu.hasMoreElements(); ) {enu.nextElement();}endTime = System.currentTimeMillis();long interval = endTime - startTime;System.out.println("iteratorThroughEnumeration：" + interval+" ms");}
}
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运行结果：

iteratorThroughRandomAccess：6 ms iteratorThroughIterator：9 ms iteratorThroughFor2：8 ms iteratorThroughEnumeration：7 ms

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VectorVector 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100vec.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VectorEnumeration 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());}
}
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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

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