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注：本文全部代碼來自JDK1.8面試
ArrayList簡介
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable 複製代碼
ArrayList繼承了AbstractList，實現了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable接口api
java.lang.Object
java.util.AbstractCollection<E>
java.util.AbstractList<E>
java.util.ArrayList<E>
複製代碼
List是動態數組,並容許操做全部元素，包括null。 size，isEmpty，get，set，iterator和listIterator方法都是以恆定時間運行。數組
每一個ArrayList實例都有一個容量大小。此容量是列表數組中可以存儲元素的個數。它始終是大於等於元素個數的。當ArrayList中添加元素時，其容量會自動增長。在經過ensureCapacity方法添加大量元素以前，能夠手動設置ArrayList實例的容量，這樣會減小從新分配的次數。安全
請注意，ArrayList實現是不一樣步。若是多個線程同時訪問ArrayList實例，而且至少有一個線程在結構上修改了列表，則必須進行同步。 （結構修改是指添加或刪除一個或多個元素的操做，或顯式調整後備數組的大小;僅設置元素的值不是結構修改。）這一般經過同步一些天然封裝的對象來實現。名單。若是不存在此類對象，則應使用Collections.synchronizedList方法「包裝」該列表。bash
經常使用函數
面試常問問題
一、如何擴容的？微信
二、線程安全嗎？如何確保線程安全數據結構
三、如何初始化？多線程
四、查找、添加、刪除元素時間複雜度？併發
五、ArrayList與LinkedList的比較
源碼分析
/** * 默認初始化容量 */
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
/** * 用於沒有實例的共享空數組實例 */
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/** * 用於默認大小空實例的共享空數組實例 * 區別於EMPTY_ELEMENTDATA， 當第一個元素添加進來可知該如何膨脹 */
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/** * ArrayList的底層數據結構 * 任何空ArrayList元素類型爲DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA * 當第一個元素添加進來將擴展爲DEFAULT_CAPACITY * */
transient Object[] elementData; //非私有，以簡化嵌套類訪問
複製代碼
注意：transient關鍵字是指在採用Java默認的序列化機制的時候，被該關鍵字修飾的屬性不會被序列化，說明此屬性不採用默認序列化方法，由於本身實現了序列化和反序列化(writeObject和readObject)。
/**
* 包含的元素個數，與容量作區別
*/
private int size;
/**
* 最大數組大小爲Integer.MAX_VALUE - 8，爲何要 -8 ？
*/
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
複製代碼
初始化函數
/** * 構建一個指定容量的空列表 */
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {//建立輸入大小的數組
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {//初始容量爲0，初始化一個空數組
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {//當輸入的初始化容量不符合要求，拋出IllegalArgumentException
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
/** * 構建一個容量爲10的空列表 */
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
/** * 構建一個包含指定集合的全部元素的列表，元素順序按照集合迭代器返回的順序 */
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
if ((size = elementData.length) != 0) {
// 將原來集合中元素向上轉換爲Object類型
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// 當集合元素爲0，初始化一個空數組
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
/** * 把ArrayList的容量減少到元素數目大小，可最小化存儲 */
public void trimToSize() {
modCount++;//算結構性改變
if (size < elementData.length) {
elementData = (size == 0)
? EMPTY_ELEMENTDATA
: Arrays.copyOf(elementData, size);
}
}
複製代碼
查找元素
public E get(int index) {
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}
private void rangeCheck(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
複製代碼
先判斷要查找的下標是否大於等於數組大小（從0開始存數據），若沒有返回該位置元素，不然拋出下標越界異常
public boolean contains(Object o) {
return indexOf(o) >= 0;
}
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;
}
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;
}
複製代碼
二、indexOf方法從頭至尾遍歷，lastIndexOf方法從尾到頭遍歷
三、找到則返回相應位置下標，爲大於等於0的整數，沒有找到相應元素則返回-1
添加元素
假設在一羣人在排隊中，忽然來了一我的，正常的話是排到隊尾的，至關於add(E e);可是這我的可能有急事就會選擇插隊，那麼他找個位置插進去，那麼他插進去位置後面的人都須要日後走一步纔會產生空間，這就至關於add(int index, E element)
//在列表末尾添加元素
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // modCount加1
elementData[size++] = e;
return true;
}
//在列表中任意位置添加元素
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);
ensureCapacityInternal(size + 1);
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
複製代碼
一、不只檢查輸入的index是否大於數組大小，還判斷是否小於0
二、size+1，其中modCount加1
三、向後移動一部分元素，爲要添加的元素騰出空間
四、在所在下標添加元素
五、list中元素個數加1
//指定集合全部元素添加到list集合中，添加了返回true，不然返回false
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {// E表明父類 ，？表明 子類
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityInternal(size + numNew);
System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
複製代碼
System.arraycopy(src, srcPos, dest, destpoS,length);
複製代碼
Object src ： 從哪複製 -- 源數組.
int srcPos ： 源數組從哪一個下標開始複製.
Object dest ： 複製到哪 -- 目的數組.
int destPos ：粘貼到開始下標的位置.
int length ：將要被複制的元素個數.
//
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
複製代碼
若是minCapacity - elementData.length > 0，說明數組已經放滿，須要擴容，調用grow()
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
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);
}
複製代碼
一、獲取當前數組長度oldCapacity
二、新的長度爲oldCapacity + (oldCapacity >> 1)，即將oldCapacity右移一位，至關於除以2,新容量是舊容量的1.5倍
三、若是newCapacity - minCapacity < 0,則新容量設置爲minCapacity
四、若是新容量比容許的最大數組容量都要大，則新容量設置爲虛擬機容許的最大值
五、將elementData放入新容量數組中
在調用add方法時，首先調用ensureCapacityInternal(int minCapacity)
刪除元素
//刪除指定位置上的元素
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);//1
modCount++;//2
E oldValue = elementData(index);//3
int numMoved = size - index - 1;//4
if (numMoved > 0)//5
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; //6
return oldValue;//7
}
複製代碼
一、判斷是否小於數組個數，不然拋異常結束
二、modCount須要增長1
三、舊值須要返回，記錄舊值
四、計算移動的個數，下圖舉例5-2-1=2
五、數組進行左移操做，即刪除了要刪除的元素
六、最後位置設置爲null,使垃圾回收
七、返回舊值
//刪除指定的元素
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;
}
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;
}
複製代碼
一、首先判斷是不是null，避免空指針異常，而後從頭至尾遍歷找對應元素，找到刪除返回true，不然返回false。
二、fastRemove(int index)與上面的remove(int index)相似，但少了邊界檢測，由於說明已經在邊界內找到了相應元素。
三、關鍵modCount++;,下面細節分析中會用到
將list對象轉換爲數組對象
public Object[] toArray() {
return Arrays.copyOf(elementData, size);
}
public static <T> T[] copyOf(T[] original, int newLength) {
return (T[]) copyOf(original, newLength, original.getClass());
}
複製代碼
toArray()做爲數組對象和集合對象轉化的橋樑，將返回包含list中全部元素的一個新分配的數組。
使用建議
與LinkedList相比
時間複雜度分析
二、在ArrayList的添加元素，當達到閾值會致使數組進行從新分配的容量。
三、ArrayList的空間浪費主要體如今list列表的結尾預留必定的容量空間；而LinkedList的空間花費則體如今它的每個元素都須要消耗至關的空間，包括指向指針
與Array相比
ArrayList內部封裝了一個Object類型的數組，本質與數組沒有差異，一些方法內部都是調用array方法實現的。
細節分析
fail-fast爲快速失敗機制，爲Java集合的一種錯誤檢測機制
此類的iterator和listIterator方法返回的迭代器是fail-fast的：若是在建立迭代器以後的任什麼時候候對列表進行結構修改，好比經過迭代器本身的remove或add方法，迭代器將拋出ConcurrentModificationException。所以，在併發修改的狀況下，迭代器會快速中止操做，而不是在將來的未肯定時間發生非肯定性行爲的風險，並且即便不是在多線程環境，若是單線程違反了規則，一樣也會拋出異常。 插入開發手冊
在foreach循環中進行元素刪除，爲何會引發fail-fast機制呢？由於foreach循環中集合遍歷是經過iterator進行的。
String next = iterator.next();中調用了
iterator().checkForComodification()方法，而異常就是這個方法中拋出的,看下拋出異常的緣由。
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
複製代碼
說明發生了modCount != expectedModCount,才拋出的異常。接下來咱們來分析modCount和expectedModCount這兩個變量 插入圖expectedMod
-
modCount是AbstractList中一個成員變量，被ArrayList繼承，表示該集合中實際被修改的次數。 -
expectedModCount是ArrayList中內部類Itr中的成員變量，表示這個迭代器指望該集合被修改的次數,只有經過迭代器對集合進行操做，該值纔會改變。 -
Itr是一個Iterator的實現，ArrayList.iterator方法得到的迭代器就是Itr的實例。
private class Itr implements Iterator<E> {
int expectedModCount = modCount;
}
複製代碼
之間的關係以下：
class ArrayList{
private int modCount;
public void add();
public void remove();
private class Itr implements Iterator<E> {
int expectedModCount = modCount;
}
public Iterator<E> iterator() {
return new Itr();
}
}
複製代碼
是什麼致使modCount != expectedModCount，經過以前分析源碼可知fastRemove(int index)中modCount加1，但此時expectedModCount沒有加1，才致使兩個數不相等。
簡單來講集合遍歷是經過iterator進行的，可是元素的add/remove倒是使用類中本身的方法嗎，所以混淆在了一塊兒，致使iterator在遍歷的時候，當一個元素經過本身方法添加或刪除時，就會拋出一個異常，提醒用戶，可能發生了併發修改。
知道了之後咱們能夠選擇正確的方法在遍歷的時候刪除一些元素
一、使用普通for循環，此時沒有使用iterator
Java Standard Ed. 8 docs.oracle.com/javase/8/do…
Holis 《爲何阿里巴巴禁止在 foreach 循環裏進行元素的 remove/add 操做》
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