轻松解读源码系列之Java集合接口ampampamp抽象类（1）Map和Collection

　　大家好，我是程序员xiao熊，本篇内容将为大家分享Java集合的主要接口和抽象类；这些接口和抽象类是Java集合框架的基础，为具体的子类实现提供了规范以及基础实现，降低了子类实现的成本；
　　Java集合的底层接口主要分为两个：Map和Collection；其对应的继承结构图如下所示；本篇内容主要是对Map、Collection、Iterable 这三个接口以及其中的部分默认方法 进行讲解，其他的接口和抽象类将在后续的文章中进行讲解，会按照Map和Collection体系分别讲解，并且尽量按照图中的层次从上至下，一层层讲解；
　　Collection体系继承结构图
　　Map体系继承结构图1、Iterable接口
　　Iterable接口相对简单，实现这个接口的对象，可以使用for-each循环语句，也可以通过iterator遍历元素1.1 方法说明
　　default void forEach(Consumer<? super T> action)
　　对Iterable对象的每个元素执行指定的操作(action)，直到所有元素都处理完毕或操作(action)抛出异常（异常抛给调用者）
　　Iterator iterator()
　　返回类型为T的元素的迭代器， T是集合元素的类型
　　default Spliterator spliterator()
　　返回Spliterator对象 2、Collection接口
　　集合是一组对象，对象就是集合里面的元素；在JDK中，Collection是集合对应的实现，是集合框架结构中的根接口，它提供了集合应该具备的操作规范（方法）；在集合的具体实现类中，有些集合允许重复元素，有些则不允许，有些是有序的，有些是无序的，具体取决于实现类。JDK中的具体实现类并没有直接实现这个接口，因为JDK根据场景提供了更具体的子接口，如Set和List。实现类都是实现这些具体的接口或者对应的抽象方法。Collection这个接口通常用于传递集合，并在需要最大通用性的情况下对集合进行操作。
　　集合规范中提到，Collection的实现类一般可以提供两个构造函数
　　1. 无参构造函数：创建一个空的集合
　　2. 入参类型是Collection的构造函数：目的是创建一个包含入参集合元素的集合（即复制入参集合）
　　Collection的具体实现类根据场景，在实现Collection接口的方法时，会抛出一些异常，具体如下：
　　1. 如果collection的实现类不支持的操作，则实现类在方法体中需要抛出UnsupportedOperationException异常
　　2. Collection的不同实现类对元素类型可能会有限制，例如不能null，或者只接受指定的元素类型；因此可能会抛出非检查异常，例如：NullPointerException或ClassCastException；添加不符合的元素时，可能抛出异常，可能执行成功（只是方法执行成功），但是元素并不会进入到集合中；对于查询不符合条件的元素，会直接返回false
　　3. Collection默认不支持同步控制，实现类可以自行指定具体使用的同步控制策略；
　　4. 默认方法实现(继承的或其他方式)没有使用任何同步协议。如果集合的实现类需要使用同步协议，那么它必须覆盖默认方法的实现以使用同步协议。
　　使用的注意事项：
　　集合的元素需要注意，如果元素直接或者间接包含了自身引用，则某些对集合执行递归遍历的操作可能会失败（抛出异常），例如clone()、equals()、hashCode()和toString()方法。具体示例如下:// 集合元素 public class SelfRef {     SelfRef selfRef;     public SelfRef getSelfRef() {         return selfRef;     }     public void setSelfRef(SelfRef selfRef) {         this.selfRef = selfRef;     }     @Override     public String toString() {         return selfRef.toString();     } }  // 集合操作示例代码 ArrayList selfRefList = new ArrayList<>(); SelfRef selfRef = new SelfRef(); selfRef.setSelfRef(selfRef); selfRefList.add(selfRef); selfRef.toString(); // 抛出异常 2.1、方法说明boolean add(E e)
　　添加元素到集合中boolean addAll(Collection<? extends E> c)
　　添加一个集合中的元素到当前集合中void clear()
　　清除集合中的元素boolean contains(Object o)
　　判断集合是否包含指定的对象boolean containsAll(Collection<?> c)
　　判断是否包含指定集合中所有的元素 boolean equals(Object o)
　　判断是否与指定的对象相等int hashCode()
　　返回集合的hash码boolean isEmpty()
　　判断集合是否为空Iterator iterator()
　　返回包含元素的iterator对象default Stream parallelStream()
　　返回并发执行的流对象（这是默认方法,已有具体逻辑）boolean remove(Object o)
　　删除指定的元素boolean removeAll(Collection<?> c)
　　删除存在于指定集合中所有的元素 default boolean removeIf(Predicate<? super E> filter)
　　根据谓词对象删除符合条件的元素 （这是默认方法,已有逻辑）boolean retainAll(Collection<?> c)
　　保留存在于指定集合中的所有元素int size()
　　返回返回集合中元素的数量default Spliterator spliterator()
　　返回包含元素的spliterator对象（这是默认方法,已有逻辑）default Stream stream()
　　返回包含元素的流对象（这是默认方法,已有逻辑）Object[] toArray()
　　将元素以Object数组形式返回，返回的数组与集合互不影响
　　T[] toArray(T[] a)
　　返回指定类型的数组，返回的数组与集合互不影响2.2、方法解析
　　对于Collection接口，本小节对removeIf方法进行分析说明，该方法是删除集合中符合谓词表达式的元素；其业务逻辑过程如下
　　1. 谓词对象非空校验
　　2. 获取迭代器iterator
　　3. 利用while循环和iterator遍历链表的中的元素
　　4. 利用谓词对象的test方法验证元素是否符合谓词表达式，符合，则利用iterator删除该元素，然后返回步骤3，进行下一轮循环；
　　removeIf方法 具体代码如下：default boolean removeIf(Predicate<? super E> filter) {     // 1.	谓词对象非空校验 Objects.requireNonNull(filter);     boolean removed = false;     // 2.	获取迭代器iterato final Iterator each = iterator();     // 3.	利用while循环和iterator遍历链表的中的元素 while (each.hasNext()) { // 4.利用谓词对象的test方法验证元素是否符合谓词表达式，符合，则利用iterator删除该元素，   // 然后返回步骤3，进行下一轮循环         if (filter.test(each.next())) {             each.remove();             removed = true;         }     }     return removed; }3、Map
　　Map是将key和value进行映射的对象；一个Map对象不能包含重复的key值，一个key最多只能映射到一个value，即key 与value是一一对应的；Map接口的出现是对抽象类Dictionary的替代；
　　Map接口提供了三个视图：key的集合视图，value的集合视图，key-value映射关系的集合视图 ；Map的顺序是指Map集合视图中迭代器返回元素的顺序。有些Map接口的实现类会明确指定元素的顺序，比如TreeMap类;其他实现类则不一定能够保证元素的顺序是固定的，如HashMap类。
　　集合规范中提到，Map实现类 一般可以提供两个构造函数：
　　1.  无参构造函数，用于创建一个空的Map;
　　2.  只有一个Map类型的参数的构造函数：用于创建一个新的Map，其key-value的映射关系与参数Mapd对象相同。实际上是允许用户复制任何Map，生成一个等效的Map。
　　Map的实现类根据不同的场景使用不同的实现策略，总体原则如下：
　　1.  如果不支持修改Map的方法，则在操作修改Map的方法时，会抛出UnsupportedOperationException异常。
　　2.  有些Map的实现对包含的key和value有限制。例如，有些实现类禁止空的key和空value，有些实现类对key的类型有限制。尝试插入不符合条件的key或value会抛出未检异常，通常是NullPointerException或ClassCastException。查询不符合条件的key或value可能会抛出异常，也可能直接返回false。更一般地说，如果对不符合条件的key或value进行操作，而操作可能会抛出异常，也可能会成功，这取决于实现方式; 但操作无论成功还是失败都不会导致不符合条件的元素插入到Map中，则这种异常在此接口的规范中标记为＂可选＂。
　　使用中的注意事项：
　　1.  如果使用可变对象作为Map的键，则必须要注意。因为如果一个对象的值发生了改变（这个会影响equals方法的比较结果），而该对象是Map中的key，那么Map的行为将会变得不确定。还有一个特殊情况是，不允许Map将自身作为key。虽然Map允许将自身包含为一个value，但我们要特别小心:equals和hashCode方法的定义已经不适用这样的Map了。
　　2.  一些对Map进行递归遍历的操作可能会失败，当map直接或间接包含自己时，会出现自引用实例的异常。其中包括clone()、equals()、hashCode()和toString()方法。具体如下： // 元素 public class SelfRef {     SelfRef selfRef;     public SelfRef getSelfRef() {         return selfRef;     }     public void setSelfRef(SelfRef selfRef) {         this.selfRef = selfRef;     }     @Override     public String toString() {         return selfRef.toString();     } }  // 示例代码 Map selfRefMap = new HashMap<>(); selfRefMap.put(＂selfRef＂, selfRef); selfRefMap.toString();// 抛出异常 3.1、方法说明void clear()
　　清除Map中的元素default V compute(K key, BiFunction<? super K,? super V,? extends V> remappingFunction)
　　尝试为指定的key及其当前的value（如果key不在Map中则value为空）计算新的value值；如果key在Map中，并且新的value不为空，则更新value值，否则删除key对应元素
　　如果Key不在Map中，新的value不为空，则将key和新的value加入到Map中，如果新的value为空，则Map保持不变default V computeIfAbsent(K key, Function<? super K,? extends V> mappingFunction)
　　为指定的key计算新的value值；如果key不在Map中，或则映射到null，并且新的value不为null，则加入Map；否则Map保持不变default V computeIfPresent(K key, BiFunction<? super K,? super V,? extends V> remappingFunction)
　　为指定的key计算新的value值；如果key在Map中，并且对应的value不为空；在新的value不为null时，则Map中key对应的value；否则删除Map中的keyboolean containsKey(Object key)
　　判断是否包含指定的keyboolean containsValue(Object value)
　　判断是否包含指定的valueSet> entrySet()
　　返回key-value对象的集合视图boolean equals(Object o)
　　判断当前Map是否等于指定的对象default void forEach(BiConsumer<? super K,? super V> action)
　　循环对元素执行指定的操作actionV get(Object key)
　　获取指定key对应的value，如果key不存在，则返回nulldefault V getOrDefault(Object key, V defaultValue)
　　获取指定key对应的value，如果key不存在，则返回指定的默认值defaultValueint hashCode()
　　返回Map的hashcodeboolean isEmpty()
　　判断Map是否为空，但map为null，则会抛出异常
　　Set keySet()
　　返回Key对象的集合视图
　　default V merge(K key, V value, BiFunction<? super V,? super V,? extends V> remappingFunction)
　　计算key对应的value值，如果原的value为null或者key不存在，则将参数的value作为key的新value；如果key对应的原value不为空，则通过remappingFunction重新计算新的value值，如果新的value值不为空，则更新key的value值或者将key添加至集合中，如果新的value为空，则删除key对应的元素
　　V put(K key, V value)
　　将Key与value进行关联
　　Void putAll(Map<? extends K,? extends V> m)
　　将入参Map中key-value对象复制到当前的Map中
　　default V putIfAbsent(K key, V value)
　　为当前存在于Map中的key关联新的value值
　　V remove(Object key)
　　删除指定的key对应的元素
　　default Boolean remove(Object key, Object value)
　　删除Map中key和value与指定的key和value匹配的元素
　　default V replace(K key, V value)
　　替换key对应的value，如果key不存在，则不操作
　　default Boolean replace(K key, V oldValue, V newValue)
　　如果key的原value与入参oldvalue匹配，则替换key的value为newValue，如果不满足，则不操作
　　default void replaceAll(BiFunction<? super K,? super V,? extends V> function)
　　将Map中所有的key的value进行更新，新的value由入参指定的函数确定
　　Int size()
　　返回Map中元素刷领
　　Collection values()
　　返回value的集合视图3.2、方法解析
　　jdk1.8开始，接口允许默认方法有方法，本小节针对以下几个默认方法进行讲解分析：
　　1. compute(…)
　　2. computeIfAbsent(…)
　　3. computeIfPresent(…)
　　4. merge(…)3.2.1、Compute方法
　　Compute方法是根据当前的key以及对应value，利用remappingFunction对象计算新的value值，具体业务逻辑如下：
　　1. remappingFunction对象的非空校验，remappingFunction对象是用于计算新的value的值
　　2. 根据key获取对应的value
　　3. 根据key、原有的value（oldValue），通过remappingFunction的apply方法计算新的value值
　　4. 新的value值（newValue）等于null，
　　4.1. 如果key存在于Map中，则需要删除key对应的元素，返回null；
　　4.2. 如果key不在Map中，则不处理,Map保持不变，返回null；
　　5. 新的value值不等于null，则将key和新的value值存入Map中，返回新的value值
　　代码如下：default V compute(K key,         BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> remappingFunction) {     // 1.	remappingFunction对象的非空校验，remappingFunction对象是用于计算新的value的值 Objects.requireNonNull(remappingFunction);     // 2.	根据key获取对应的value V oldValue = get(key); // 3.	根据key、原有的value（oldValue），通过remappingFunction的apply方法计算新的value值     V newValue = remappingFunction.apply(key, oldValue);     // 4. 新的value值（newValue）等于null if (newValue == null) {  // 4.1如果key存在于Map中，则需要删除key对应的元素，返回null；         if (oldValue != null || containsKey(key)) {             // something to remove             remove(key);             return null;         } else {             // 4.2	如果key不在Map中，则不处理，Map保持不变，返回null.             return null;         }     } else {         // 5.新的value值不等于null，则将key和新的value值存入Map中，返回新的value值 // add or replace old mapping         put(key, newValue);         return newValue;     } } 3.2.2、computeIfAbsent
　　computeIfAbsent与Compute类似，在新的value值不为null的前提下，只有在key不存在Map中，或者key对应的原value为null时，才会更新key的value值为新的值；具体业务逻辑如下:
　　1. mappingFunction对象的非空校验，mappingFunction对象是用于计算新的value的值
　　2. 根据key获取对应的value
　　3. 如果value为null（表示key不存在，或者对应的value为null），则根据key，通过mappingFunction的apply方法计算新的value值
　　4. 新的value值（newValue）不等于null， 则将key和新的value值存入Map中，返回新的value值
　　代码如下：default V computeIfAbsent(K key,         Function<? super K, ? extends V> mappingFunction) {     // 1.mappingFunction对象的非空校验 Objects.requireNonNull(mappingFunction);     V v;     // 2.	根据key获取对应的value if ((v = get(key)) == null) {         V newValue;         // 3.如果value为null（表示key不存在，或者对应的value为null），        //则根据key，通过mappingFunction的apply方法计算新的value值         if ((newValue = mappingFunction.apply(key)) != null) {             // 4.	新的value值（newValue）不等于null，            // 则将key和新的value值存入Map中，返回新的value值             put(key, newValue);             return newValue;         }     }      return v; } 3.2.3、computeIfPresent
　　computeIfPresent与Compute类似，在key存在Map中的前提下，新的value不为null时，才会更新key的value值为新的值，新的value为null时，删除key对应的元素；具体业务逻辑如下:
　　1. remappingFunction对象的非空校验，remappingFunction对象是用于计算新的value的值
　　2. 根据key获取对应的value
　　3. 如果原有的value不为null，才处理新的值
　　3.1. 根据key、原有的value（oldValue），通过remappingFunction的apply方法计算新的value值
　　3.2. 新的value值不等于null，则将key和新的value值存入Map中，返回新的value值
　　3.3. 新的value值（newValue）等于null，则需要删除key对应的元素，返回null；
　　4. 如果原有的value为null，或者key不存在，则不做任何操作，直接返回nulldefault V computeIfPresent(K key,         BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> remappingFunction) {     // 1	remappingFunction对象的非空校验 Objects.requireNonNull(remappingFunction);     V oldValue;     // 2	根据key获取对应的value // 3	如果原有的value不为null，才处理新的值 if ((oldValue = get(key)) != null) {         // 3.1	根据key、原有的value（oldValue），通过remappingFunction的apply方法计算新的value值 V newValue = remappingFunction.apply(key, oldValue);         // 3.2新的value值不等于null，则将key和新的value值存入Map中，返回新的value值 if (newValue != null) {             put(key, newValue);             return newValue;         } else { // 3.3	新的value值（newValue）等于null，则需要删除key对应的元素，返回null；             remove(key);             return null;         }     } else { // 4	如果原有的value为null，或者key不存在，则不做任何操作，直接返回null         return null;     } } 3.2.4、merge
　　merge方法生成value的方式比之前的所有类似；计算新的value由两种方式将入参的第二个参数作为新的value值根据第二个参数value和原value，利用remappingFunction对象计算新的value的值
　　具体业务逻辑过程如下：
　　1. remappingFunction对象的非空校验
　　2. 方法的value对象（第二个参数）的非空校验
　　3. 根据key获取对应的原value
　　4. 如果原value为null，则取入参的第二个参数value作为新的值；如果原有的value不为null，则使用原有的value、入参的value(第二个参数)，通过remappingFunction计算新的value
　　5. 如果新的value为null，将key从Map中删除，返回新的value值（为null）
　　6. 如果新的value不为null，将key和新的value值存入Map中，返回新的value值
　　具体代码如下：default V merge(K key, V value,         BiFunction<? super V, ? super V, ? extends V> remappingFunction) {     // 1	remappingFunction对象的非空校验     Objects.requireNonNull(remappingFunction);      // 2	方法的value对象（第二个参数）的非空校验     Objects.requireNonNull(value);     // 3	根据key获取对应的原value     V oldValue = get(key);    // 4	如果原value为null， 则取入参的第二个参数value作为新的值；如果原有的value不为null，则使用原有的value、入参的value(第二个参数)，通过remappingFunction计算新的value     V newValue = (oldValue == null) ? value :                remappingFunction.apply(oldValue, value);     //5. 如果新的value为null，将key从Map中删除，返回新的新的value值 if(newValue == null) {         remove(key);     } else {         // 6. 如果新的value不为null，将key和新的value值存入Map中，返回新的value值         put(key, newValue);     }     return newValue; }
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