Java集合-ArrayList源碼解析-JDK1.8

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ArrayList簡介
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ArrayList 是一個數組隊列，至關於 動態數組。與Java中的數組相比，它的容量能動態增加。它繼承於AbstractList，實現了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable這些接口。

1. AbstractList、List提供了添加、刪除、修改、遍歷等功能。
2. RandmoAccess提供了隨機訪問功能
3. Cloneable提供了能夠被克隆的功能
4. Serializable提供了序列化的功能
5. 和Vector不一樣，ArrayList中的操做不是線程安全的！因此，建議在單線程中才使用ArrayList，而在多線程中能夠選擇Vector或CopyOnWriteArrayList。

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ArrayList的屬性
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/** * 數組默認的大小 */ private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; /** * 使用數組大小爲0時的默認緩衝區 */ private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {}; /** * 使用ArrayList(int initialCapacity)構造方法時且initialCapacity爲0時緩衝區 */ private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; /** * 真實存儲arraylist元素的數組緩衝區 */ transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access /** * List的實際大小 */ private int size; /** * 數組可分配的最大大小 */ private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8; /** * 特別注意這個是繼承自AbstractList的屬性，用來記錄List被修改的次數 */ protected transient int modCount = 0;複製代碼

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ArrayList的構造方法
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1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435複製代碼

/** * 無參構造方法，初始化elementData */ public ArrayList() { this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;} /** * 根據參數構建具備初始大小的構造方法 */ 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); }}/** * 建立一個包含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; }}複製代碼

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ArrayList的方法
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接下來咱們就以ArrayList的幾個比較經典的方法來看一下它是如何設計的。

首先是添加方法，添加的方法一共有3個：

123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536複製代碼

/** * 添加元素 */ public boolean add(E e) { //計算數組最新的容量，以及判斷是否須要擴容 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) { //判斷索引是否越界 rangeCheckForAdd(index); //計算數組最新的容量，以及判斷是否須要擴容 ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! //調用系統底層的複製方法 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); elementData[index] = element; //List長度+1 size++; } /** * 添加一個集合 */ 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; }複製代碼

仔細觀察上方三個添加的方法，它們都調用了ensureCapacityInternal方法，這個方法的參數是執行當前添加操做所須要的數組容量。它會根據傳遞的參數來計算數組是否須要擴容，若是須要擴容則完成擴容操做。
不一樣之處在於，上方的兩個方法添加的只有一個元素，因此傳的size+1，而addAll由於是添加的一個集合因此傳的參數是size+集合的長度。

接着看這個方法的實現：

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/** * 計算數組最新的容量 * @param minCapacity */ private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { //若是建立ArrayList時指定大小爲0 if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { //若是本次添加的大小比初始容量10大的話則不使用默認的容量10，直接使用本次添加的大小做爲初始容量 minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); } ensureExplicitCapacity(minCapacity); } /** * 記錄修改次數，調用擴容方法 * @param minCapacity */ private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { modCount++; // overflow-conscious code if (minCapacity - elementData.length > 0) //擴容 grow(minCapacity); } /** * 擴容 */ private void grow(int minCapacity) { // 獲取原來的數組長度 int oldCapacity = elementData.length; //新容量設置爲老容量的1.5倍 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //若是新容量還不夠存放本次須要添加的大小，則直接擴容到本次添加的大小 if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity; //若是新容量超出數組最大容量 if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // 調用Arrays的複製方法更新數據緩衝池 elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } //判斷容量是否溢出 private static int hugeCapacity(int minCapacity) { if (minCapacity < 0) // overflow throw new OutOfMemoryError(); return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE; }複製代碼

以上就是ArrayList動態擴容的實現方式了，這裏注意一下擴容是經過新建一個數組來替換原先的數組來進行的：

1複製代碼

elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);複製代碼

接下來看刪除操做：

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/** * 遍歷數組，找出須要刪除的元素的索引，並調用刪除方法 */ public boolean remove(Object o) { if (o == null) { for (int index = 0; index < size; index++) if (elementData[index] == null) { //具體刪除方法 fastRemove(index); return true; } } else { for (int index = 0; index < size; index++) if (o.equals(elementData[index])) { fastRemove(index); return true; } } return false; }/** * 刪除指定索引的元素 * */ public E remove(int index) { //判斷是否越界 rangeCheck(index); //記錄修改次數 modCount++; E oldValue = elementData(index); //計算須要移動的位置 int numMoved = size - index - 1; if (numMoved > 0) //使用系統底層方法移動數組，將須要刪除的元素放到數組最後 System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); //數組長度減一，刪除數組最後一個位置的元素 elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work return oldValue; } /* * 刪除指定元素 */ 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 }複製代碼

須要注意的是刪除一個元素也是經過底層的方法實現的。

接着看get和set相對就比較簡單了。

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

看了ArrayList的增刪改查方法相信你已經明白了爲何一直有人告訴你ArrayList查詢修改效率高而添加和刪除效率低了。

ArrayList的序列化方式一樣是比較有意思的，一開始看到ArrayList實現了Serializable咱們就知道它是能夠序列化的，可是實際存儲的數組elementData倒是transient，觀看下方代碼你就能夠找到答案：

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/** * 將List寫入s，注意先寫容量，而後在寫數據 * @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(); // 首先寫數組容量 s.writeInt(size); // 遍歷寫數組中的元素 for (int i=0; i<size; i++) { s.writeObject(elementData[i]); } if (modCount != expectedModCount) { throw new ConcurrentModificationException(); } } /** * 讀取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(); // 首先讀數組容量 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(); } } }複製代碼

鑑於篇幅有限，本篇文章僅列出上方部分代碼，ArrayList完整源碼解析請看：github.com/shiyujun/sy…！！！

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