【java集合總結】-- ArrayList源碼解析

1、前言

　　要想深刻的瞭解集合就必需要經過分析源碼來了解它，那如何來看源碼，要看什麼東西呢？主要從三個方面：

　　一、看繼承結構

　　　　看這個類的繼承結構，處於一個什麼位置，不須要背記，有個大概的感受就能夠，我本身感受了解了以後內心都舒服些。

　　二、看構造方法

　　　　很重要，通常在構造方法中會作不少事情，要跟蹤方法中的方法。

　　三、看經常使用方法

　　　　不必全部方法都去了解，知道經常使用、核心的方法實現便可。

　　本文參考：http://www.javashuo.com/article/p-dxhxlxrw-co.html

2、ArrayList概述

　　1）ArrayList是能夠動態增加和縮減的索引序列，它是基於數組實現的List類。

　　2）該類封裝了一個動態再分配的Object[]數組，每個類對象都有一個capacity屬性，表示它們所封裝的Object[]數組的長度，當向ArrayList中添加元素時，該屬性值會自動增長。

　　3）若是想ArrayList中添加大量元素，可以使用ensureCapacity方法一次性增長capacity，能夠減小增長重分配的次數提升性能。

　　4）ArrayList的用法和Vector向相似，可是Vector是一個較老的集合，具備不少缺點，不建議使用。

　　　　另外，ArrayList和Vector的區別是：ArrayList是線程不安全的，當多條線程訪問同一個ArrayList集合時，程序須要手動保證該集合的同步性，而Vector則是線程安全的。

　　5）繼承關係圖：

　　

3、源碼分析

3.一、繼承結構和層次關係

 

分析：

　　爲何要讓AbstractList先實現List<E>，而後在讓ArrayList繼承AbstractList？爲何不讓ArrayList直接實現List<E>？

　　這裏是一種默認的寫法，也能夠說是一種思想：讓AbstractList去實現接口中一些通用的方法，而具體的類ArrayList就繼承這個AbstractList類，拿到一些通用的方法，而後本身在實現一些本身特有的方法。

　　這樣一來代碼更簡潔，而且若是有多個類繼承ArrayList，就能夠直接繼承ArrayList中通用的方法，減小重複代碼。因此通常看到一個類上面還有一個抽象類，應該就是這個做用。

3.二、類中屬性

　　沒什麼可說的，看註釋便可。

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable { // 版本號 private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L; // 缺省容量 private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; // 空對象數組 private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {}; // 缺省空對象數組 private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; // 元素數組 transient Object[] elementData; // 實際元素大小，默認爲0 private int size; // 最大數組容量 private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8; }

3.三、構造方法

 ArrayList有三個構造方法：

 　　一、無參構造函數

　　

　　DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA是一個空的Object[]，將elementData初始化，elementData也是個Object[]類型。空的Object[]會給默認大小10，等會解釋何時賦值的。

　　ArrayList中儲存數據的其實就是一個數組，這個數組就是elementData，下圖中有

　　

　　二、有參構造函數一

　　邏輯很簡單，不解釋了。

　　

　　三、有參構成函數二（不經常使用）

　　

　　總結：arrayList的構造方法就作一件事情，就是初始化一下儲存數據的容器，其實本質上就是一個數組，在其中就叫elementData。

3.四、核心方法

 3.4.一、添加方法

　　添加方法共有四個，這裏只介紹經常使用的兩種。

　　1）boolean add(E)；//默認直接在末尾添加元素

　　

　　分析：

　　ensureCapacityInternal方法爲肯定容量方法。　　 
 在添加元素以前須要肯定數組是否能放的下，size是數組中數據的個數，由於要添加一個元素，因此size+1。　　

　　

　　ensureCapacityInternal方法中分兩步：

　　a、首先肯定最小容量：判斷elementData ==DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA，即判斷初始化的elementData是否是空的數組。而後找出默認容量和參數容量中大的。

 　　

　　b、調用ensureExplicitCapacity方法，該方法纔是真的判斷容量是否夠用的方法，若是不過用則擴容

　　

　　在ensureExplicitCapacity方法中，若是須要的容量大於elementData的容量，則調用grow方法進行擴容，grow方法是真正的擴容方法。

　　至於modCount++這個做用不少，好比用來檢測快速失敗的一種標誌，這個對於咱們目前研究的問題無影響，不用在乎。

　　private void grow(int minCapacity) { // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;  //將擴充前的elementData大小給oldCapacity
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);//newCapacity就是1.5倍的oldCapacity
        if (newCapacity - minCapacity < 0)//這句話就是適應於elementData就空數組的時候，length=0，那麼oldCapacity=0，newCapacity=0，因此這個判斷成立，在這裏就是真正的初始化elementData的大小了，就是爲10.前面的工做都是準備工做。
            newCapacity = minCapacity; if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)//若是newCapacity超過了最大的容量限制，就調用hugeCapacity，也就是將能給的最大值給newCapacity
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // minCapacity is usually close to size, so this is a win: //新的容量大小已經肯定好了，就copy數組，改變容量大小咯。
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); }

　　hugeCapacity();  

　　//這個就是上面用到的方法，很簡單，就是用來賦最大值。
    private static int hugeCapacity(int minCapacity) { if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError(); 　　//若是minCapacity都大於MAX_ARRAY_SIZE，那麼就Integer.MAX_VALUE返回，反之將MAX_ARRAY_SIZE返回。由於maxCapacity是三倍的minCapacity，可能擴充的太大了，就用minCapacity來判斷了。 　　//Integer.MAX_VALUE:2147483647 MAX_ARRAY_SIZE：2147483639 也就是說最大也就能給到第一個數值。仍是超過了這個限制，就要溢出了。至關於arraylist給了兩層防禦。
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE; }

　　 2）void add(int，E)；在特定位置添加元素，也就是插入元素

public void add(int index, E element) { rangeCheckForAdd(index);//檢查index也就是插入的位置是否合理。 //跟上面的分析同樣，具體看上面
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!! //這個方法就是用來在插入元素以後，要將index以後的元素都日後移一位，
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); //在目標位置上存放元素
        elementData[index] = element; size++;//size增長1
    }　　

　　分析：

　　rangeCheckForAdd方法

　　

　　注意：

　　　　當調用空的構成函數建立ArrayList時，初始化List大小是在第一次添加時進行。

 3.4.二、刪除方法

　　

　　和添加方法同樣，這幾個刪除方法都是相似的，抽兩個分析下就行，其餘的都差很少。

　　另外，fastRemove(int)方法是private的，是提供給remove(Object)這個方法用的。

 　　1）remove(int)：經過刪除指定位置上的元素

public E remove(int index) { rangeCheck(index);//檢查index的合理性
 modCount++;//這個做用不少，好比用來檢測快速失敗的一種標誌。
        E oldValue = elementData(index);//經過索引直接找到該元素

        int numMoved = size - index - 1;//計算要移動的位數。
        if (numMoved > 0) //這個方法也已經解釋過了，就是用來移動元素的。
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); //將--size上的位置賦值爲null，讓gc(垃圾回收機制)更快的回收它。
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work //返回刪除的元素。
        return oldValue; }

 　　2）remove(Object)：這個方法能夠看出來，arrayList是能夠存放null值得。

　　

　　3）clear()：將elementData中每一個元素都賦值爲null，等待垃圾回收將這個給回收掉，因此叫clear

 　　

　　4）removeAll(collection c)批量刪除

　　

　　分析：

　　batchRemove(xx,xx)：

//這個方法，用於兩處地方，若是complement爲false，則用於removeAll若是爲true，則給retainAll()用，retainAll（）是用來檢測兩個集合是否有交集的。
   private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) { final Object[] elementData = this.elementData; //將原集合，記名爲A
        int r = 0, w = 0;   //r用來控制循環，w是記錄有多少個交集
        boolean modified = false; try { for (; r < size; r++) 　　　　　//參數中的集合C一次檢測集合A中的元素是否有，
                if (c.contains(elementData[r]) == complement) 　　　　　//有的話，就給集合A
                    elementData[w++] = elementData[r]; } finally { // Preserve behavioral compatibility with AbstractCollection, // even if c.contains() throws. 　　//若是contains方法使用過程報異常
            if (r != size) { 　　//將剩下的元素都賦值給集合A，
 System.arraycopy(elementData, r, elementData, w, size - r); w += size - r; } if (w != size) { 　　//這裏有兩個用途，在removeAll()時，w一直爲0，就直接跟clear同樣，全是爲null。 　　//retainAll()：沒有一個交集返回true，有交集但不全交也返回true，而兩個集合相等的時候，返回false，因此不能根據返回值來確認兩個集合是否有交集，而是經過原集合的大小是否發生改變來判斷，若是原集合中還有元素，則表明有交集，而元集合沒有元素了，說明兩個集合沒有交集。 // clear to let GC do its work
                for (int i = w; i < size; i++) elementData[i] = null; modCount += size - w; size = w; modified = true; } } return modified; }

 3.4.三、indexOf方法

// 從首開始查找數組裏面是否存在指定元素
    public int indexOf(Object o) { if (o == null) { // 查找的元素爲空
            for (int i = 0; i < size; i++) // 遍歷數組，找到第一個爲空的元素，返回下標
                if (elementData[i]==null) return i; } else { // 查找的元素不爲空
            for (int i = 0; i < size; i++) // 遍歷數組，找到第一個和指定元素相等的元素，返回下標
                if (o.equals(elementData[i])) return i; } // 沒有找到，返回空
        return -1; }

3.4.四、get方法　

　　

　　要先檢測因此是否合法。

　　注意：在get函數中存在element函數，element函數用於返回具體的元素，具體函數以下：

　　

　　說明：返回的值都通過了向下轉型（Object -> E），這些是對咱們應用程序屏蔽的小細節。

4、總結

　　1）arrayList能夠存放null。
　　2）arrayList本質上就是一個elementData數組。
　　3）arrayList區別於數組的地方在於可以自動擴展大小，其中關鍵的方法就是gorw()方法。
　　4）arrayList中removeAll(collection c)和clear()的區別就是removeAll能夠刪除批量指定的元素，而clear是刪除集合中的所有元素。
　　5）arrayList因爲本質是數組，因此它在數據的查詢方面會很快，而在插入刪除這些方面，性能降低不少，由於須要移動不少數據才能達到應有的效果　　6）arrayList實現了RandomAccess，因此在遍歷它的時候推薦使用for循環。