ArrayList原理解析

時間 2019-11-14

標籤 arraylist 原理解析欄目 Java 简体版

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簡介

ArrayList就是動態數組，用MSDN中的說法，就是Array的複雜版本，它提供了動態的增長和減小元素，實現了ICollection和IList接口，靈活的設置數組的大小等好處html

有圖有碼

圖爲手工畫的，有點醜見諒 _！java

初始化集合ArrayList list = new ArrayList();
由於使用無參構造時候集合容器爲空，因此無任何空位。
第一次添加元素 add("a") 第一次添加元素時候，檢測容器爲空，根據默認容量10進行初始化容器。而後將元素放置到第一個空位中。初始化容器：
增長一個元素：
第十一次添加元素 add("k") 第十一次添加元素，發現元素超出容量，因此進行一次擴容，擴容後的大小爲原容量加原容量的二分之一，即爲15；而後將元素放置到第是一個空位中。
增長容量：
增長一個元素：
移除期中一個元素 remove(3) 移除第三個元素，將數組從第四個元素到最後一個元素放置到第三個元素開始到最後，而後將數組的最後一位元素設爲null。

源碼分析

構造方法

//無參構造方法，初始化elementData爲{} private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; //元素數組 transient Object[] elementData; //集合大小 private int size; //默認容量 private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; public ArrayList() { this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA; }

//指定容量大小的構造方法 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); } }

//帶有初始化數據的構造 public ArrayList(Collection<? extends E> c) { elementData = c.toArray(); if ((size = elementData.length) != 0) { // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652) // 由於c.toArray返回的不必定爲Object[] // 如Object[] objs = new String[]{""}; // objs[0]=new Object();//java.lang.ArrayStoreException: java.lang.Object //經測試 在1.8被修復了^_^ if (elementData.getClass() != Object[].class) elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); } else { // replace with empty array. this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; } }

方法及源碼

//增長一個元素 public boolean add(E e) { //確保有空餘的容量，不然則增長容量 ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! elementData[size++] = e; return true; }

//指定位置插入一個元素 public void add(int index, E element) { //檢測下標是否越界，不然 throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index)); rangeCheckForAdd(index); ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! //拷貝數組，爲新元素騰出一個空位 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); elementData[index] = element; size++; }

//確保有空餘的容量，不然則增長容量 private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { //若是集合爲空，則取默認和當前size+1較大的值 if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); } ensureExplicitCapacity(minCapacity); } //判斷當前容量是否夠用 private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { modCount++; // overflow-conscious code if (minCapacity - elementData.length > 0) //增長容量 grow(minCapacity); } //增長容量 private void grow(int minCapacity) { // overflow-conscious code int oldCapacity = elementData.length; //新容量=原來大小+原來大小/2，也就是說擴容原來大小的一半。 //備註： x>>1=x/2 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //若是新容量還不夠用，設容量爲所需容量 if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity; //如過所需容量大於最大容量Integer.MAX_VALUE - 8,則設置超大容量 if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // minCapacity is usually close to size, so this is a win: elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } //設置超大容量，capacity=Integer.MAX_VALUE=2147483647 private static int hugeCapacity(int minCapacity) { if (minCapacity < 0) // overflow throw new OutOfMemoryError(); return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE; }

remove

//首先根據對象循環對比，找出第一個相等的對象的下標 //而後經過fastRemove方法進行快速移除 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; }

//根據下標進行移除，返回被移除的元素 public E remove(int index) { //檢查下標是否越界 rangeCheck(index); modCount++; E oldValue = elementData(index); //計算出要拷貝的對象個數 int numMoved = size - index - 1; //移除的原理就是將指定下標的後面元素所有向前移動一步，將末端元素設爲null if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work return oldValue; }

//快速移除方法 private void fastRemove(int index) { modCount++; int numMoved = size - index - 1; //移除的原理就是將指定下標的後面元素所有向前移動一步，將末端元素設爲null if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work }

public E get(int index) { //檢測下標是否越界 rangeCheck(index); return elementData(index); }

//修改某個下標的元素 public E set(int index, E element) { //檢測下標是否越界 rangeCheck(index); //獲取老的元素 E oldValue = elementData(index); //賦值新的元素 elementData[index] = element; return oldValue; }

clear

//清楚集合，循環元素，將每一個元素設置爲null public void clear() { modCount++; // clear to let GC do its work for (int i = 0; i < size; i++) elementData[i] = null; size = 0; }

總結

經過源碼分析，ArrayList集合就是經過System.arraycopy方法將普通數組Object[]包裝爲一個動態數組，實現數組的增刪改查。數組

優勢
一、修改元素和經過下標查詢元素效率高
二、集合是有順序的
缺點
一、刪除元素效率低，由於要經過拷貝數組來實現
二、大量新增效率低，由於大量新增的時候要不斷進行擴容和數組的拷貝
三、清除集合效率低，由於清除功能是經過循環數組進行清除的
四、移除元素後，容量有大量剩餘，須要手動調用trimToSize進行清理