Java进阶--深入理解ArrayList实现原理
Java进阶--深入理解ArrayList实现原理
ArrayList简介
ArrayList就是动态数组，用MSDN中的说法，就是Array的复杂版本，它提供了动态的增加和减少元素，实现了Collection和List接口，可以灵活的设置数组的大小。要注意的是ArrayList并不是线程安全的，因此一般建议在单线程中使用ArrayList。
ArrayList的继承关系
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, Serializable由上可知ArrayList继承AbstractList 并且实现了List和RandomAccess，Cloneable, Serializable接口。
ArrayList的方法使用和源码解析
①构造方法
//1-----------------------
public ArrayList() {
this(10);
//调用ArrayList(10) 默认初始化一个大小为10的object数组。
}
//2-------------------------
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
//如果用户初始化大小小于0抛异常，否则新建一个用户初始值大小的object数组。
this.elementData = new Object[initialCapacity];
}
//3--------------------------
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
size = elementData.length; // 当c.toArray返回的不是object类型的数组时，进行下面转化。
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
}由上面三种构造方法可知，默认情况下使用ArrayList会生成一个大小为10的Object类型的数组。也可以调用ArrayList(int initialCapacity) 来初始化Object数组的大小。并且用户可以往ArrayList中传入一个容器只要这个容器是Collection类型的。调用ArrayList(Collection<? extends E> c)接口的时候会将容器数组化处理并将这个数组值赋给Object数组。
实例：
public static void main(String[] args) {
ArrayList<Integer> list_2=new ArrayList<Integer>(20); //list_2中添加元素
for(int i=0;i<10;i++)
list_2.add(i);
ArrayList<Integer> list_3=new ArrayList<Integer>(list_2); //输出list_2中元素
for(Integer a:list_2)
System.out.print(a+" "); //输出list_3中元素
for(Integer a:list_3)
System.out.print(a+" ");
}//输出/*
list_2 : 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
-----------------------
list_3 : 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
*/②indexOf(Object o)方法 功能：查找某个元素在ArrayList中第一次出现的位置。
public int indexOf(Object o) {
//ArrayList中的元素可以为null，如果为null返回null的下标
if (o == null) {
for (int i = 0; i < size; i++)
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = 0; i < size; i++)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
//如果没有找到对应的元素返回-1。
return -1;
}对于indexof方法做几点说明：ArrayList中可以存放null元素，indexof是返回elementData数组中值相同的首个元素的下标，indexof中比较方法是equals而equals是比较元素的值，因此必须对null单独查找。如果未找到该元素则返回-1 。
public static void main(String[] args) {
ArrayList<Integer> list=new ArrayList<Integer>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(null);
list.add(2);
list.add(3);
System.out.println("null: "+list.indexOf(null));
System.out.println("-------------------------");
System.out.println("2: "+list.indexOf(2));
System.out.println("-------------------------");
System.out.println("4: "+list.indexOf(4));
} //输出
/*
null: 2
-------------------------
2: 1
-------------------------
4: -1
*/③lastIndexOf(Object o)方法 功能：查找某个元素在ArrayList中最后出现的位置。
public int lastIndexOf(Object o) {
if (o == null) {
//如果o为null从后往前找到第一个为null的下标
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
//从后往前找到第一个值为o的下标
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}上面代码做几点说明：lastIndexOf(Object o)在ArrayList中从后往前找到第一个跟要查找值相同的元素的下标，因为是按值查找所以对于 null 要单独查找。如果未找到则返回-1；
④get(int index)方法 功能：返回ArrayList中指定下标为index的元素。
public E get(int index) { //检查index的值是否大于ArrayList的大小
rangeCheck(index); //返回index下标的元素
return elementData(index);
} E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
}
//这里值检查index >= size的情况，因为index<0时会自动抛出异常，所以并未检查index<0的情况。
private void rangeCheck(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}对上面代码做几点说明：上面代码中只检查了index>=size的情况，在index<0的情况下也会抛出异常，只是这个异常是由系统抛出的。index>=size要检查的原因是有可能数组的大小大于index，然而有效里面的元素<index这时不抛异常就会返回无效值。举个例子ArrayList的初始化大小为10，现在往里面放5个元素，如果index>=5时，应该要抛出异常，而不是返回 null。因为null 是可以主动放在ArrayList中的。
⑤set(int index, E element)方法 功能：将element放到ArrayList下标为index的位置，如果index<0或index>=size 抛异常，set(int index, E element)只能覆盖ArrayList中原来的元素，返回值为被覆盖的元素。
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementData[index] == null) {
fastRemove(index);
return true;
}
} else {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (o.equals(elementData[index])) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}⑥add(E e)方法 功能：往ArrayList中添加元素。
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // 加入元素前检查数组的容量是否足够
elementData[size++] = e;
return true;
}
//2-----------------------
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
modCount++;
// 如果添加元素后大于当前数组的长度，则进行扩容
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
//3-----------------------
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
//将数组的长度增加原来数组的一半。
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
//如果扩充一半后仍然不够，则 newCapacity = minCapacity;minCapacity实际元素的个数。
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
//数组最大位2^32
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}add方法比较复杂，涉及到扩充数组容量的问题。其中要弄清楚size和elementData.length的区别，size指的是数组中存放元素的个数，elementData.length表示数组的长度，当new一个ArrayList系统默认产生一个长度为10的elementData数组，elementData.length=10，但是由于elementData中还未放任何元素所有size=0。如果加入元素后数组大小不够会先进行扩容，每次扩容都将数组大小增大一半比如数组大小为10一次扩容后的大小为10+5=10;ArrayList的最大长度为 2^32 .
⑦add(int index, E element)方法 功能：往ArrayList指定index上添加元素，添加元素后ArrayList的大小增1。index及以后的元素都会向后移一位。
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);//检查index的值是否在0到size之间，可以为size。
ensureCapacityInternal(size + 1); // 看elementData的长度是否足够，不够扩容
//将elementData从index开始后面的元素往后移一位。
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
//2-------------------------
private void rangeCheckForAdd(int index) {
if (index > size || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
//3-------------------------
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);//检查index的值是否在0到size之间，可以为size。
ensureCapacityInternal(size + 1); // 看elementData的长度是否足够，不够扩容
//将elementData从index开始后面的元素往后移一位。
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
//2-------------------------
private void rangeCheckForAdd(int index) {
if (index > size || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
//3------------------------- private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}add(int index, E element)往指定index中加入元素，加入元素之前先检查数组的大小，如果小了在原来基础上增大一半，将ArrayList只能怪index及以后的元素往后移一位，将element放到index位置。
⑧remove(int index)方法 功能：删除ArrayList指定位置的元素。
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);//如果index>=size抛出异常
modCount++;
E oldValue = elementData(index);//获取删除元素的值
int numMoved = size - index - 1; //将index后面所有的元素往前移一位。
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; // Let gc do its work//返回要删除的原数。
return oldValue;
}⑨remove(Object o)方法 功能：删除ArrayList中值为o的元素
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementData[index] == null) {
fastRemove(index);
return true;
}
} else {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (o.equals(elementData[index])) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
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