1.2　List集合实现——Vector

java.util.Vector集合是从Java早期版本（从JDK 1.0开始）就开始提供的一种List集合，其主要的继承体系如图1-8所示。

根据图1-8可知，Vector集合是支持随机访问的，该特性在1.1节中已经进行了讲解，这里不再赘述。Vector集合的工作特性除了支持数据对象的随机访问，还有集合的大小可变、保证线程安全的运行环境等。

下面对Vector集合中的典型操作进行详细介绍（注意源码版本为JDK 9+，直到JDK 14官方都未对该源码进行调整）。首先介绍存在于Vector集合（及其上级AbstractList类）中的重要变量信息，源码如下。

根据对以上3个重要变量的描述可知，Vector集合的基本结构包括一个数组、一个指向当前数组的可验证边界、一个数组扩容的参考值，如图1-9所示。

在Vector集合中，elementCount变量非常重要，它在Vector集合进行写性质操作时会发生变化。elementCount变量的值可以小于elementData数组的容量值（使用capacity()方法可获取当前数组的容量值），也可以和elementData数组的容量值相等。当elementData数组中的每个索引位上都添加了数据对象时，可以将这些数据对象设置为null。

1.2.1　Vector集合的扩容操作

1. 什么时候扩容

Vector集合需要进行扩容操作的情况有多种。Vector集合在初始化时会进行扩容操作，它的elementData数组会进行初始化；在Vector集合中，当数据对象数量elementCount的值大于elementData数组的最大容量capacity的值时，也会进行扩容操作，这时，elementData数组中的数据对象会被复制到另一个更大的数组中，并且elementData数组变量的引用会重新指向后者；当Vector集合的调用者明确要求重新确认集合容量时，也可能会进行扩容操作。

1）在初始化Vector集合时，扩容过程的详细源码如下。

上述3个构造方法的执行过程和关联关系一目了然，不需要再做过多说明。根据上述源码片段可知，如果没有在Vector集合初始化时指定集合的初始化容量（initialCapacity），则会将初始化容量值设置为10；如果没有在Vector集合初始化时指定扩容增量（capacityIncrement），则会将扩容增量值设置为0。如果扩容增量值被设置成了0，那么在随后进行的每次扩容操作中，elementData数组扩容后的容量都会变为扩容前容量的2倍，即10->20->40->80……以此类推。

2）在当前Vector集合中的数据对象总量超出数组容量上限时，会进行扩容操作。

以Vector集合中的add(E)方法为例，源码片段如下。

add()方法的操作过程分为以下两种情况。

• 当集合中对象数据数量elementCount的值小于当前elementData数组容量的值时，不必对elementData数组进行扩容操作，直接在elementData数组中的elementCount号索引位上添加新的数据对象即可。

• 当集合中数据对象数量elementCount的值大于或等于elementData数组容量的值时，需要先对elementData数组进行扩容操作，再在elementCount号索引位上添加新的数据对象。

3）当调用者明确要求重新确认Vector集合容量时，也可能会进行扩容操作。例如，Vector集合中的setSize(int)方法允许调用者重新为Vector集合设置一个容量值，如果这个容量值大于当前Vector集合的容量值，则会进行扩容操作；如果新的容量值小于当前容量值，则会将多余的数据对象丢弃，源码片段如下。

注意：在特定的场景中，可以减小Vector集合的数组容量（缩容）。可查看Vector集合中的trimToSize() 方法。

2. 详细的扩容过程

根据前面的源码可知，Vector集合进行扩容操作的主要方法是grow(int)方法，所以我们主要对这个方法进行分析（在JDK 14中，该方法已经简化，更容易理解），源码如下。

根据上述源码可知，如果当前Vector集合没有在实例化时指定增量capacityIncrement的值，那么在一般情况下，每次扩容增加的容量都是当前容量的1倍；如果当前Vector集合在实例化时指定了增量capacityIncrement的值，那么在一般情况下，会按照指定的增量capacityIncrement的值进行扩容操作。

下面重点讲解一下Arrays.copyOf()方法和ArraysSupport.newLength()方法。

1）Arrays.copyOf(T[] original, int newLength)方法。

该方法是一个工具性质的方法，主要用于将原始数组（original）复制为一个新的数组，后者的长度为指定的新长度（newLength）。

按照这样的描述，对于指定的新长度（newLength），会出现以下两种情况。

• 指定的新长度（newLength）小于原始数组（original）的长度，那么原始数组（original）无法复制的部分会被抛弃。

• 指定的新长度（newLength）大于或等于原始数组（original）的长度，那么原始数组（original）中的所有数据对象（的引用）会按照原来的索引位被依次复制到新的数组中，新数组中多出来的空余部分会被填充为null，如图1-10所示。

图1-10中不包括新长度（newLength）无效的情况。例如，当newLength的值为负数时，Arrays.copyOf(T[] original, int newLength)方法会抛出java.lang.NegativeArraySizeException异常。有的读者会问，当newLength的值为0时，会出现什么情况？这种情况满足以上描述的第一种情况——没有任何数据对象可以填充，所以会输出一个空数组。

此外，图1-10中也不包括对Java基础类型数组（int[]、long[]、float[]等）进行复制的场景。在这些基础类型数组的复制过程中，新数组中多余的位置上会填充这个基础类型的默认值。例如，在int[]数组的复制过程中，新数组中多余的位置上会被填充“0”。

2）ArraysSupport.newLength(int oldLength, int minGrowth, int prefGrowth)方法。

该方法同样是一个工具性质的方法，主要用于帮助数组在扩容前在不同的场景中找到新的数组容量，并且防止新的数组容量超过系统规定的数组容量上限。该方法的参数如下。

• oldLength：扩容前的数组容量。

• minGrowth：最小的容量增量（必须为正数）。

• prefGrowth：常规的容量增量，该值需要大于minGrowth的值，否则会被忽略。

在计算扩容后数组容量的过程中，如果prefGrowth的值大于minGrowth的值，则以prefGrowth的值计算扩容后的新容量，否则以minGrowth的值计算扩容后的新容量。

如果计算得到的新容量大于系统规定的数组容量上限（使用MAX_ARRAY_LENGTH常量表示，在64位Windows操作系统中该值为2 147 483 639），则需要进行容量限制处理（在实际工作中很少出现这样的情况，但必须考虑到）。

在进行容量限制处理时，如果通过minGrowth（最小容量增加值）计算得到的新容量值小于常量MAX_ARRAY_LENGTH的值，则返回常量MAX_ARRAY_LENGTH的值，否则返回Integer.MAX_VALUE的值。

1.2.2　Vector集合的修改方法——set(int, E)

set(int, E)方法主要用于在指定索引位上设置新的数据对象，设置的数据对象可以为null。该方法有两个参数，第一个参数为int型数据，表示索引位；第二个参数为需要在这个索引位上设置的新的数据对象。

set(int, E)方法有以下几个关键点。

• 可以指定索引位的有效范围上限。不是依据当前Vector集合中elementData数组大小的值，而是依据当前Vector集合中存在的数据量elementCount的值（elementCount的值在Vector集合中的另一个含义就是Vector集合的大小）。

• 该方法有一个返回值，这个返回值会向调用者返回指定索引位上变更之前的值。

1.2.3　Vector集合的删除方法——removeElementAt(int)

removeElementAt(int)方法主要用于移除Vector集合中elementData数组指定索引位上的数据对象，并且改变其索引位的指向。在操作者看来，这个操作可以成功移除X号索引位上的数据对象（X<elementCount），并且在操作成功后，操作者虽然依旧可以通过X号索引位取得数据对象（X<elementCount），但此时取得的是与原数据对象紧邻的数据对象，如图1-11所示。

图1-11展示了removeElementAt(int)方法的运行实质：以当前指定的索引位为起点，将后续数据对象的索引位依次向前移动。该方法的源码如下。

首先讲解上述源码中的System.arraycopy(Object src, int srcPos, Object dest, int destPos,int length)方法。该方法是一种JNI native方法，是JDK提供的用于进行两个数组中数据对象复制的性能最好的方法之一。该方法的参数如下。

• src：该参数只能传入数组，表示当前进行数组复制的源数组。

• srcPos：表示在源数组中进行复制操作的起始位置。

• dest：该参数同样只能传入数组，表示当前进行数组复制的目标数组。

• destPos：表示在目标数组中进行复制操作的起始位置。

• length：用于指定进行复制操作的长度。

上述源码使用System.arraycopy()方法的意图如图1-12所示。

在图1-12中，虽然完成了数组自身的数据移动，但这时数组中最后一个索引位上的数据对象并没有改变，所以需要手动减小数组中的数据值，并且手动设置最后一个索引位上的数据对象为null。所以上述源码中会出现如下内容。

读者应该已经注意到了，源码片段中多次出现对elementCount变量的操作，这个变量实际上对CAS思想进行了借鉴，本书将在后续相关章节进行介绍。