Java集合（3）：Vector && Stack

一.Vector介绍　　

　　Vector可以实现可增长的动态对象数组。与数组一样，它包含可以使用整数索引进行访问的组件。不过，Vector的大小是可以增加或者减小的，以便适应创建Vector后进行添加或者删除操作。Vector和ArrayList也很相似，但是Vector是同步访问的(线程安全的)，且Vector包含了许多不属于集合框架的传统方法。

1.Vector的继承关系

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

Vector的类图关系如下：

• Vector实现List接口，继承AbstractList类，所以我们可以将其看做队列，支持相关的添加、删除、修改、遍历等功能。
• Vector实现RandmoAccess接口，即提供了随机访问功能，提供提供快速访问功能。在Vector我们可以直接访问元素。
• Vector 实现了Cloneable接口，支持clone()方法，可以被克隆。

二.Vector源码解析

1.私有属性

Vector提供了elementData , elementCount， capacityIncrement三个成员变量。其中

elementData ：”Object[]类型的数组”，它保存了Vector中的元素。按照Vector的设计elementData为一个动态数组，可以随着元素的增加而动态的增长，其具体的增加方式后面提到（ensureCapacity方法）。如果在初始化Vector时没有指定容器大小，则使用默认大小为10.

elementCount：Vector 对象中的有效组件数。

capacityIncrement：向量的大小大于其容量时，容量自动增加的量。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。如果容量的增量小于等于零，则每次需要增大容量时，向量的容量将增大一倍。

2.Vector的构造方法

Vector提供了四个构造函数：

/**
     * 构造一个空向量，使其内部数据数组的大小为 10，其标准容量增量为零。
     */
     public Vector() {
            this(10);
     }
    
    /**
     * 构造一个包含指定 collection 中的元素的向量，这些元素按其 collection 的迭代器返回元素的顺序排列。
     */
    public Vector(Collection<? extends E> c) {
        elementData = c.toArray();
        elementCount = elementData.length;
        // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
        if (elementData.getClass() != Object[].class)
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, elementCount,
                    Object[].class);
    }
    
    /**
     * 使用指定的初始容量和等于零的容量增量构造一个空向量。
     */
    public Vector(int initialCapacity) {
        this(initialCapacity, 0);
    }
    
    /**
     *  使用指定的初始容量和容量增量构造一个空的向量。
     */
    public Vector(int initialCapacity, int capacityIncrement) {
        super();
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
        this.capacityIncrement = capacityIncrement;
    }

3.元素添加

将指定元素添加到此向量的末尾。

public synchronized void addElement(E obj) {
        modCount++;
        ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
        elementData[elementCount++] = obj;
    }

这个方法相对而言比较简单，具体过程就是先确认容器的大小，看是否需要进行扩容操作，然后将E元素添加到此向量的末尾。

private void ensureCapacityHelper(int minCapacity) {
        //如果
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
    
    /**
     * 进行扩容操作
     * 如果此向量的当前容量小于minCapacity，则通过将其内部数组替换为一个较大的数组俩增加其容量。
     * 新数据数组的大小姜维原来的大小 + capacityIncrement，
     * 除非 capacityIncrement 的值小于等于零，在后一种情况下，新的容量将为原来容量的两倍，不过，如果此大小仍然小于 minCapacity，则新容量将为 minCapacity。
     */
    private void grow(int minCapacity) {
        int oldCapacity = elementData.length;     //当前容器大小
        /*
         * 新容器大小
         * 若容量增量系数(capacityIncrement) > 0，则将容器大小增加到capacityIncrement
         * 否则将容量增加一倍
         */
        int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ?
                                         capacityIncrement : oldCapacity);
        
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }
    
    /**
     * 判断是否超出最大范围
     * MAX_ARRAY_SIZE：private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
     */
    private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0)
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE;
    }

　　对于Vector整个的扩容过程，就是根据capacityIncrement确认扩容大小的，若capacityIncrement <= 0 则扩大一倍，否则扩大至capacityIncrement 。当然这个容量的最大范围为Integer.MAX_VALUE即，2^32 – 1，所以Vector并不是可以无限扩充的。

4.元素删除

/**
     * 从Vector容器中移除指定元素E
     */
    public boolean remove(Object o) {
        return removeElement(o);
    }

    public synchronized boolean removeElement(Object obj) {
        modCount++;
        int i = indexOf(obj);   //计算obj在Vector容器中位置
        if (i >= 0) {
            removeElementAt(i);   //移除
            return true;
        }
        return false;
    }
    
    public synchronized void removeElementAt(int index) {
        modCount++;     //修改次数+1
        if (index >= elementCount) {   //删除位置大于容器有效大小
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " >= " + elementCount);
        }
        else if (index < 0) {    //位置小于 < 0
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
        }
        int j = elementCount - index - 1;
        if (j > 0) {   
            //从指定源数组中复制一个数组，复制从指定的位置开始，到目标数组的指定位置结束。
            //也就是数组元素从j位置往前移
            System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, j);
        }
        elementCount--;   //容器中有效组件个数 - 1
        elementData[elementCount] = null;    //将向量的末尾位置设置为null
    }

　　因为Vector底层是使用数组实现的，所以它的操作都是对数组进行操作，只不过其是可以随着元素的增加而动态的改变容量大小，其实现方法是是使用Arrays.copyOf方法将旧数据拷贝到一个新的大容量数组中。Vector的整个内部实现都比较简单，这里就不在重述了。

5.Vector遍历

Vector支持4种遍历方式。建议使用随机访问方式去遍历Vector。

5.1 随机访问

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);        
}

5.2 通过迭代器遍历。

即通过Iterator去遍历

Iterator it = vec.iterator();
while(it.hasNext()){
    value = it.next();
    //do something
}

5.3 for循环

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

5.4 Enumeration遍历

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

总结：对比Vector的遍历方式，使用索引的随机访问方式最快，使用迭代器最慢。

6.使用示例

示例代码：

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

 三. Vector和ArrayList的比较

1.相同点：

• 都继承于AbstractList，并且实现List接口
• 都实现了RandomAccess和Cloneable接口
• 都是通过数组实现的，本质上都是动态数组，默认数组容量是10
• 都支持Iterator和listIterator遍历

2.不同点：

• ArrayList是非线程安全，而Vector是线程安全的
• ArrayList支持序列化，而Vector不支持
• 容量增加方式不同，Vector默认增长为原来一培，而ArrayList却是原来的一半+1
• Vector支持通过Enumeration去遍历，而List不支持

四. Stack

java工具包中的Stack是继承于Vector。

五. List应用场景

　　截止本文，Java集合框架中有关List的常用的类基本总结完了，下面来看一下各种List类适合的应用场景。如果涉及到“栈”、“队列”、“链表”等操作，应该考虑用List，具体的选择哪个List，根据下面的标准来取舍。

• 对于需要快速插入，删除元素，应该使用LinkedList。
• 对于需要快速随机访问元素，应该使用ArrayList。
• 对于“单线程环境” 或者 “多线程环境，但List仅仅只会被单个线程操作”，此时应该使用非同步的类(如ArrayList)；对于“多线程环境，且List可能同时被多个线程操作”，此时，应该使用同步的类(如Vector)。

参考：http://cmsblogs.com/?p=1180

http://www.jb51.net/article/42765.htm

http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3308833.html