知其然知其因此然之ArrayList經常使用源碼閱讀

Hello你們好，本章咱們簡單瞭解一下ArrayList 。有問題能夠聯繫我mr_beany@163.com。另求各路大神指點，感謝

一：ArrayList簡介

ArrayList是基於數組實現的，是一個動態數組，其容量能自動增加； 因爲ArrayList不是線程安全的，因此只能在單線程下使用；

二：ArrayList使用場景

因爲ArrayList是基於數組實現的，因此它有着數組的特性，即能都給存儲進來的元素自動進行編號（下角標）。因此咱們能夠很方便的經過每一個元素的編號來獲取該元素

三：提出問題

數組的長度是不可變的，既然ArrayList是基於數組實現，爲何ArrayList能夠添加，刪除元素？

四：走進源碼

4.1：ArrayList的繼承關係

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable複製代碼

ArrayList實現了Serializable接口，所以它支持序列化； 實現了RandomAccess接口，支持快速隨機訪問，實際上就是經過下標序號進行快速訪問； 實現了Cloneable接口，能被克隆。

4.2：ArrayList中的一些常量

/**
     * 序列版本號 
     */
	private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;

    /**
     * 默認的數組大小
     */
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

    /**
     * 定義空數組時使用，即當初始化數組大小爲0的時候使用
     */
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    /**
     * 初始化沒有設定大小的時候使用。
     */
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    /**
     * 存儲數據的數組
     */
    transient Object[] elementData; 

    /**
     * ArrayList中實際數據的數量
     */
    private int size;複製代碼

4.3：ArrayList的三個構造方法

/**
 * 當咱們使用無參的構造方法時，會建立一個長度爲0的數組
 */
public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

/**
 * ArrayList帶容量大小的構造函數。
 * 能夠看到當initialCapacity==0 的時候使用的是EMPTY_ELEMENTDATA
 */
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);
    }
}


/**
 * 使用集合構造的構造函數
 */
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
    elementData = c.toArray();
    if ((size = elementData.length) != 0) {
	//返回若不是Object[]則調用Arrays.copyOf方法將其轉爲Object[]
	if (elementData.getClass() != Object[].class)
	    elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
    } else {
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
}
複製代碼

4.4：經常使用方法

這個方法就是把縮小elementData大小，去掉多餘的數組空間
 應用程序使用該操做下降ArrayList實例佔用的存儲
 由於清空等一些操做只改變參數而沒有釋放空間
public void trimToSize() {
	modCount++;
	if (size < elementData.length) {
		elementData = (size == 0)
		  ? EMPTY_ELEMENTDATA
		  : Arrays.copyOf(elementData, size);
	}
}


函數返回集合中給定元素的第一次出現的位置，若是沒有就返回-1
首先檢查o是否爲null，若是爲null，就返回集合中第一個null元素的位置；若是不爲null，就是用equals函數進行相等性檢查。
之因此這樣，是由於若是直接對null調用equals方法，會拋出空指針異常。
同時也不能循環遍歷數組中的元素調用equals方法檢查是否相等，由於ArrayList集合中容許有null元素的存在。
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;
}


判斷集合中是否包含某個元素
public boolean contains(Object o) {
	return indexOf(o) >= 0;
}


函數返回給定元素最後一次出現的位置，若是沒有就返回-1：
原理和indexOf同樣，不過對集合元素遍歷的時候是倒序遍歷的。
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;
}


檢查數組下標越界
private void rangeCheck(int index) {
	if (index >= size)
		throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}


@SuppressWarnings("unchecked")
E elementData(int index) {
	return (E) elementData[index];
}



對於get方法來講，首先調用rangeCheck檢查下標，而後調用elementData返回元素：
public E get(int index) {
	rangeCheck(index);

	return elementData(index);
}



設置給定位置的元素爲給定的元素，而後返回原來的元素   一樣，函數也先進行下標檢查。
public E set(int index, E element) {
	rangeCheck(index);

	E oldValue = elementData(index);
	elementData[index] = element;
	return oldValue;
}


重點!!add方法   這也是以前提出的疑問的地方
public boolean add(E e) {
	ensureCapacityInternal(size + 1);
	elementData[size++] = e;
	return true;
}

接下來咱們看ensureCapacityInternal()
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
	ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}

private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
	//若是初始化時沒有設置默認容量
	if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
		//返回默認容量(10) 和 指定容量  中最大值
		return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
	}
	不然返回當前長度+1
	return minCapacity;
}

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
	modCount++;   //定義於ArrayList的父類AbstractList，用於存儲結構修改次數

	//若是指定的最小容量要超過了容器原本的長度，則須要擴容
	if (minCapacity - elementData.length > 0)
		grow(minCapacity);
}


private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
//擴容方法
private void grow(int minCapacity) {
	//原始容量
	int oldCapacity = elementData.length;
	//新容量擴大到原容量的1.5倍，(其中>>是‘位運算符’)右移一位相關於原數值除以2。
	int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
	//若是計算出來的容量小了就將指定容量賦值給它
	if (newCapacity - minCapacity < 0)
		newCapacity = minCapacity;
	if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
		newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
	//使用新的長度進行復制，返回複製後的數組
	//這裏咱們能夠看到所謂的動態數組實際上是從新建立了一個數組，並非改變了數組的容量
	elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

//這裏之因此設置長度爲Integer.MAX_VALUE - 8  是避免一些機器內存溢出，減小出錯概率  可是最大仍是能支持到Integer.MAX_VALUE 
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
	if (minCapacity < 0) // overflow
		throw new OutOfMemoryError();
	return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
		Integer.MAX_VALUE :
		MAX_ARRAY_SIZE;
}


刪除方法
public E remove(int index) {
	rangeCheck(index);

	modCount++;
	//將後面的列表對象前移
	E oldValue = elementData(index);

	int numMoved = size - index - 1;
	if (numMoved > 0)
		// 數組前移一位，size自減，空出來的位置置null
		System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
						 numMoved);
	elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

	return oldValue;
}



帶有native標誌的爲java調用系統的C/C++代碼，該函數實際上最終調用了C語言的memmove()函數，所以它能夠保證同一個數組內元素的正確複製和移動，比通常的複製方法的實現效率要高不少，很適合用來批量處理數組。Java強烈推薦在複製大量數組元素時用該方法，以取得更高的效率。
public static native void arraycopy(Object src,  int  srcPos,
	Object dest, int destPos,
	int length);



複製代碼

五：總結

ArrayList是由數組實現的，能夠經過下標索引直接查找到指定位置的元素，所以查找效率高；其能夠添加元素的原理是每次添加都會從新建立對象，拷貝原數據，頻繁的添加刪除操做會消耗大量內存，因此ArrayList適用的場景爲查找元素