Java ArrayList 源码

Java ArrayList 源码

ArrayList 概述

ArrayList 是基于数组实现,是一个动态数组,容量可以自动增长,动态增加内存。

ArrayList 不是线程安全的,只能用在单线程,多线程换成环境下可以考虑 Collections.synchronizedList(List l) 函数返回一个线程安全的 ArrayList 类,也可以在 concurrent 并发包下的 CopyOnWriteArrayList 类。

ArrayList 实现了Serializable 接口,支持序列化传输,实现了 RandomAccess 即可,支持快速随机访问,实际上就是通过下标序号进行快速访问,实现 Cloneabale接口,可以被克隆。

每个 ArrayList 实例都有一个容量,该容量是指用例存储列表元素的数组大小,总是至少等于列表的大小,随着向ArrayList 不断添加元素,其容量会自动增长会带来数据向新数组的重新拷贝。

Collection 是 List,Set,Queue 的基础接口

ArrayList 属性

  • 私有属性

ArrayList 定义只定义类有私有属性

private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;    // 使用serialVersionUID验证版本一致性
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;    // 容量的初始大小
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};    // Shared empty array instance used for empty instances. 
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};    // Shared empty array instance used for default sized empty instances.
// ArrayList数据的存储之地
transient Object[] elementData;    // 存储ArrayList中元素的数组
// ArrayList存储数据的个数
private int size; 

elementData 存储 ArrayList 内的元素, size 标识它包含的元素的数量。

transient 的属性在对象呗序列化后不会被保存。

ArrayList 提供了三种方式的构造器,可以构造一个默认初始化为 10 的空列表,构造一个指定初始化容量的空列表与构造一个包含指定的 Collection 元素列表,这些按照 Collection 的迭代器返回他们的顺序排列。

    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);
        }
    }

通过传入 initialCapacity 的大小构造 ArrayList

使用初始容量构造 ArrayList

 public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

使用传入指定集合构造 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;
        }
    }

方法

主要方法是增加,或者删除,修改,查找方法。

增加元素操作

public boolean add(E e)
{
    // 1、确保容量大小
    ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
    // 2、尾部添加元素
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

指定位置添加元素

public void add(int index, E element)
{
    // 1、检验索引
    rangeCheckForAdd(index);
    // 2、确保容量
    ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
    // 3、将数据后移
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
    size - index);
    // 4、添加元素
    elementData[index] = element;
    // 5、数组元素个数加1
    size++;
}

在尾部添加某类集合的所有元素

public boolean addAll(Collection<? extends E> c)
{
    // 1、暂存集合c中数据
    Object[] a = c.toArray();
    int numNew = a.length;
    // 2、确保容量
    ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount
    // 3、尾部添加数据
    System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
    // 4、数组元素个数更新
    size += numNew;
    return numNew != 0;
}

指定位置添加某类集合所有元素

public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c)
{
    // 1、检验索引
    rangeCheckForAdd(index);
    // 2、暂存数据 
    Object[] a = c.toArray();
    int numNew = a.length;
    // 3、确保容量
    ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount
    int numMoved = size - index;
    // 4、数据后移
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
        numMoved);
    // 5、添加元素
    System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
    // 6、数组元素个数更新
    size += numNew;
    return numNew != 0;
}

删除元素操作

删除 ArrayList 第一个符合条件的元素

public boolean remove(Object o)
{
    // 移除值为null的元素
    if (o == null)
    {
        for (int index = 0; index < size; index++)
            if (elementData[index] == null)
            {
                fastRemove(index);
                return true;
            }
    } 
    else  // 移除元素  
    {
        for (int index = 0; index < size; index++)
            if (o.equals(elementData[index]))
            {
                fastRemove(index);
                return true;
            }
    }
    // 值不存在时,移除失败
    return false;
}

其中 fastRemove 方法是采用的数组copy 方法。

private void fastRemove(int index)
{
    // 1、修改的次数更新
    modCount++;
    int numMoved = size - index - 1;
    // 2、数据前移
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index,
        numMoved);
    elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
}

删除 ArrayList 中指定位置上的元素

public E remove(int index)
{
    // 1、检验索引
    rangeCheck(index);
    modCount++;
    E oldValue = elementData(index);
    int numMoved = size - index - 1;
    // 2、数据前移
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index,
        numMoved);
    elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
    return oldValue;
}

删除 ArrayList 中所包含集合中所有元素

public boolean removeAll(Collection<?> c)
{
    Objects.requireNonNull(c);
    return batchRemove(c, false);
}

删除某个范围的数据

是直接置空的

protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex)
{
    modCount++;
    int numMoved = size - toIndex;
    System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex, numMoved);
    // clear to let GC do its work
    int newSize = size - (toIndex - fromIndex);
    for (int i = newSize; i < size; i++)
    {
        elementData[i] = null;
    }
    size = newSize;
}

删除 ArrayList 中不是所传入集合的所有数据

public boolean retainAll(Collection<?> c)
{
    Objects.requireNonNull(c);
    return batchRemove(c, true);
}

修改操作

修改指定位置上的元素

public E set(int index, E element)
{
    rangeCheck(index);
    E oldValue = elementData(index);
    elementData[index] = element;
    return oldValue;
}

查找操作

获取指定位置上的元素

   public E get(int index) {
            rangeCheck(index);
            checkForComodification();
            return ArrayList.this.elementData(offset + index);
        }

获取指定元素在列表的第一个位置索引

public int indexOf(Object o)
{
    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;
    }
    return -1;
}

获取指定元素在列表中的最后一个位置索引

public int lastIndexOf(Object o) {
        if (o == null) {
            for (int i = size-1; i >= 0; i--)
                if (elementData[i]==null)
                    return i;
        } else {
            for (int i = size-1; i >= 0; i--)
                if (o.equals(elementData[i]))
                    return i;
        }
        return -1;
    }

返回某个范围的视图

public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex)
{
    subListRangeCheck(fromIndex, toIndex, size);
    return new SubList(this, 0, fromIndex, toIndex);
}

迭代器

 public Iterator<E> iterator() {
        return new Itr();
    }
private class Itr implements Iterator<E> {
        int cursor;       // index of next element to return
        int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
        int expectedModCount = modCount;

        public boolean hasNext() {
            return cursor != size;
        }

        @SuppressWarnings("unchecked")
        public E next() {
            checkForComodification();
            int i = cursor;
            if (i >= size)
                throw new NoSuchElementException();
            Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
            if (i >= elementData.length)
                throw new ConcurrentModificationException();
            cursor = i + 1;
            return (E) elementData[lastRet = i];
        }

        public void remove() {
            if (lastRet < 0)
                throw new IllegalStateException();
            checkForComodification();

            try {
                ArrayList.this.remove(lastRet);
                cursor = lastRet;
                lastRet = -1;
                expectedModCount = modCount;
            } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
        }

        @Override
        @SuppressWarnings("unchecked")
        public void forEachRemaining(Consumer<? super E> consumer) {
            Objects.requireNonNull(consumer);
            final int size = ArrayList.this.size;
            int i = cursor;
            if (i >= size) {
                return;
            }
            final Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
            if (i >= elementData.length) {
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
            while (i != size && modCount == expectedModCount) {
                consumer.accept((E) elementData[i++]);
            }
            // update once at end of iteration to reduce heap write traffic
            cursor = i;
            lastRet = i - 1;
            checkForComodification();
        }

        final void checkForComodification() {
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }

listIterator 方法

 public ListIterator<E> listIterator(int index) {
        if (index < 0 || index > size)
            throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);
        return new ListItr(index);
    }

状态操作

是否为空

public boolean isEmpty()
{
    return size == 0;
}

清空列表元素

public void clear()
{
    modCount++;
    // clear to let GC do its work
    for (int i = 0; i < size; i++)
        elementData[i] = null;
    size = 0;
}

克隆 ArrayList 实例副本

public Object clone()
{
    try
    {
        ArrayList<?> v = (ArrayList<?>) super.clone();
        v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
        v.modCount = 0;
        return v;
    } catch (CloneNotSupportedException e)
    {
        // this shouldn't happen, since we are Cloneable
        throw new InternalError(e);
    }
}

判断是否包含某个指定元素

public boolean contains(Object o)
{
    return indexOf(o) >= 0;
}

获取元素个数

public int size()
{
    return size;
}

转换成数组

public Object[] toArray()
{
    return Arrays.copyOf(elementData, size);
}

转换

public <T> T[] toArray(T[] a)
{
    if (a.length < size)
        // Make a new array of a's runtime type, but my contents:
        return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());
    System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
    if (a.length > size)
        a[size] = null;
    return a;
}

还有几个问题等解决

  • fail-fast 机制
  • 序列化问题
  • 遍历效率问题

参考资料

  • https://www.cnblogs.com/aoguren/p/4765439.html
  • https://www.cnblogs.com/aoguren/p/4767309.html
  • https://blog.csdn.net/chenssy/article/details/38151189
  • https://www.cnblogs.com/aoguren/p/4771589.html

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本文分享自微信公众号 - 程序员开发者社区(gh_016ffe40d550),作者:猿星人

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原始发表时间:2020-10-04

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