Java集合-ArrayList源码解析-JDK1.8

Java学习录

发布于 2019-04-18 14:58:18

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发布于 2019-04-18 14:58:18

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ArrayList简介

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ArrayList 是一个数组队列，相当于动态数组。与Java中的数组相比，它的容量能动态增长。它继承于AbstractList，实现了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable这些接口。

AbstractList、List提供了添加、删除、修改、遍历等功能。
RandmoAccess提供了随机访问功能
Cloneable提供了可以被克隆的功能
Serializable提供了序列化的功能
和Vector不同，ArrayList中的操作不是线程安全的！所以，建议在单线程中才使用ArrayList，而在多线程中可以选择Vector或CopyOnWriteArrayList。

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ArrayList的属性

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    /**     * 数组默认的大小     */    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    /**     * 使用数组大小为0时的默认缓冲区     */    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    /**     * 使用ArrayList(int initialCapacity)构造方法时且initialCapacity为0时缓冲区     */    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    /**     * 真实存储arraylist元素的数组缓冲区     */    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
    /**     * List的实际大小     */    private int size;    /**     * 数组可分配的最大大小     */    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;     /**     *  特别注意这个是继承自AbstractList的属性，用来记录List被修改的次数     */    protected transient int modCount = 0;

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ArrayList的构造方法

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         /**     * 无参构造方法，初始化elementData     */    public ArrayList() {        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;    }        /**     * 根据参数构建具有初始大小的构造方法     */    public ArrayList(int initialCapacity) {        if (initialCapacity > 0) {            this.elementData = new Object[initialCapacity];        } else if (initialCapacity == 0) {            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;        } else {            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+                    initialCapacity);        }    }    /**     * 创建一个包含collection的ArrayList     */    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {        elementData = c.toArray();        if ((size = elementData.length) != 0) {            // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)            if (elementData.getClass() != Object[].class)                elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);        } else {            // replace with empty array.            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;        }    }

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ArrayList的方法

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接下来我们就以ArrayList的几个比较经典的方法来看一下它是如何设计的。

首先是添加方法，添加的方法一共有3个：

 /**     * 添加元素     */    public boolean add(E e) {        //计算数组最新的容量，以及判断是否需要扩容        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!        elementData[size++] = e;        return true;    }
    /**     * 指定索引添加元素     */    public void add(int index, E element) {        //判断索引是否越界        rangeCheckForAdd(index);        //计算数组最新的容量，以及判断是否需要扩容        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!        //调用系统底层的复制方法        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,                size - index);        elementData[index] = element;        //List长度+1        size++;    }     /**     * 添加一个集合     */    public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {        Object[] a = c.toArray();        int numNew = a.length;        ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount        System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);        size += numNew;        return numNew != 0;    }

仔细观察上方三个添加的方法，它们都调用了ensureCapacityInternal方法，这个方法的参数是执行当前添加操作所需要的数组容量。它会根据传递的参数来计算数组是否需要扩容，如果需要扩容则完成扩容操作。

不同之处在于，上方的两个方法添加的只有一个元素，所以传的size+1，而addAll因为是添加的一个集合所以传的参数是size+集合的长度。

接着看这个方法的实现：

 /**     * 计算数组最新的容量     * @param minCapacity     */    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {        //如果创建ArrayList时指定大小为0        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {            //如果本次添加的大小比初始容量10大的话则不使用默认的容量10，直接使用本次添加的大小作为初始容量            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);        }
        ensureExplicitCapacity(minCapacity);    }
    /**     * 记录修改次数，调用扩容方法     * @param minCapacity     */    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {        modCount++;
        // overflow-conscious code        if (minCapacity - elementData.length > 0)            //扩容            grow(minCapacity);    }
    /**     * 扩容     */    private void grow(int minCapacity) {        // 获取原来的数组长度        int oldCapacity = elementData.length;        //新容量设置为老容量的1.5倍        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);        //如果新容量还不够存放本次需要添加的大小，则直接扩容到本次添加的大小        if (newCapacity - minCapacity < 0)            newCapacity = minCapacity;        //如果新容量超出数组最大容量        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);        // 调用Arrays的复制方法更新数据缓冲池        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);    }      //判断容量是否溢出    private static int hugeCapacity(int minCapacity) {        if (minCapacity < 0) // overflow            throw new OutOfMemoryError();        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?                Integer.MAX_VALUE :                MAX_ARRAY_SIZE;    }

以上就是ArrayList动态扩容的实现方式了，这里注意一下扩容是通过新建一个数组来替换原先的数组来进行的：

elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);

接下来看删除操作：

 /**     * 遍历数组，找出需要删除的元素的索引，并调用删除方法     */    public boolean remove(Object o) {        if (o == null) {            for (int index = 0; index < size; index++)                if (elementData[index] == null) {                    //具体删除方法                    fastRemove(index);                    return true;                }        } else {            for (int index = 0; index < size; index++)                if (o.equals(elementData[index])) {                    fastRemove(index);                    return true;                }        }        return false;    } /**     * 删除指定索引的元素     *     */    public E remove(int index) {        //判断是否越界        rangeCheck(index);        //记录修改次数        modCount++;        E oldValue = elementData(index);        //计算需要移动的位置        int numMoved = size - index - 1;        if (numMoved > 0)            //使用系统底层方法移动数组，将需要删除的元素放到数组最后            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,                    numMoved);        //数组长度减一，删除数组最后一个位置的元素        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
        return oldValue;    }    /*     * 删除指定元素     */    private void fastRemove(int index) {        modCount++;        int numMoved = size - index - 1;        if (numMoved > 0)            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,                    numMoved);        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work    }

需要注意的是删除一个元素也是通过底层的方法实现的。

接着看get和set相对就比较简单了。

 public E get(int index) {        //判断索引是否越界        rangeCheck(index);        return elementData(index);    }     /**     * 判断索引是否越界     */    private void rangeCheck(int index) {        if (index >= size)            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));    }    public E set(int index, E element) {        //判断索引是否越界        rangeCheck(index);        //获取此索引原先的值        E oldValue = elementData(index);        elementData[index] = element;        return oldValue;    }

看了ArrayList的增删改查方法相信你已经明白了为什么一直有人告诉你ArrayList查询修改效率高而添加和删除效率低了。

ArrayList的序列化方式同样是比较有意思的，一开始看到ArrayList实现了Serializable我们就知道它是可以序列化的，但是实际存储的数组elementData却是transient，观看下方代码你就可以找到答案：

  /**     * 将List写入s，注意先写容量，然后在写数据     * @param s     * @throws java.io.IOException     */    private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)            throws java.io.IOException{        // Write out element count, and any hidden stuff        int expectedModCount = modCount;        s.defaultWriteObject();
        // 首先写数组容量        s.writeInt(size);
        // 遍历写数组中的元素        for (int i=0; i<size; i++) {            s.writeObject(elementData[i]);        }
        if (modCount != expectedModCount) {            throw new ConcurrentModificationException();        }    }
    /**     * 读取s中的List     */    private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)            throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {        elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        // Read in size, and any hidden stuff        s.defaultReadObject();
        // 首先读数组容量        s.readInt(); // ignored
        if (size > 0) {            // be like clone(), allocate array based upon size not capacity            ensureCapacityInternal(size);
            Object[] a = elementData;            // Read in all elements in the proper order.            for (int i=0; i<size; i++) {                a[i] = s.readObject();            }        }    }

鉴于篇幅有限，本篇文章仅列出上方部分代码

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原始发表：2019-04-02，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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