數據結構 -- ArrayList

構造器

ArrayList提供三個構造器
經過源碼能夠看出ArrayList的本質是數組 不管是那種類型的構造器，返回的elementData都是transient Object[] elementData
提出問題：既然返回的elementData都是transient 修飾的，那豈不是不序列化出去？一會給出答案
1 提供初始容量的
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);
    }
}

//2 無參構造器，默認容量10
public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

//3 提供初始數據構造器
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
    //List轉換成數組  複製了原數據的一個副本而不僅是原數據的一個引用，可直接使用，不會影響原數據
    elementData = c.toArray();
    if ((size = elementData.length) != 0) {
        if (elementData.getClass() != Object[].class)
            //private int size;
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
    } else {
       // private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
}

writeObject readObject

由於ArrayList提供了讀和寫的方法，ArrayList在序列化的時候會調用writeObject，直接將size和element寫入ObjectOutputStream；
反序列化時調用readObject，從ObjectInputStream獲取size和element，再恢復到elementData。
爲何不直接用elementData來序列化，而採用上訴的方式來實現序列化呢？緣由在於elementData是一個緩存數組，它一般會預留一些容量，等容量不足時再擴充容量，那麼有些空間可能就沒有實際存儲元素，採用上面的方式來實現序列化時，就能夠保證只序列化實際存儲的那些元素，而不是整個數組，從而節省空間和時間。
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
    throws java.io.IOException{
    int expectedModCount = modCount;
    s.defaultWriteObject();
    s.writeInt(size);
    for (int i=0; i<size; i++) {
        s.writeObject(elementData[i]);
    }
    if (modCount != expectedModCount) {
        throw new ConcurrentModificationException();
    }
}

add(E e)

private int size;
  transient Object[] elementData; 
  private static final Object[];
  DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};  
  protected transient int modCount = 0;

 elementData 指一個數組，這個數組裏面的數據就是，list裏面add進來的數據
 public boolean add(E e) {
        //size指的是數組已使用長度
        //爲何要+1 ，第一次調用add size=0，爲了確保elementData[size++] = e夠用，因此+1
        //該方法是void無返回的，主要是判斷數組容量是否夠用，夠用不作操做，不夠用擴容，而且都要modcount++;
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        // 1 size =0 elementData[0]=e   容量爲1 ，在數組的第一個位置
        // 2 size =1 elementData[1]=e   容量爲2 ，在數組的第二個位置
        // 該方法主要是對數組進行賦值 
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            // 若是是個空數組，給定默認長度10
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }

    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        //modCount指的是操做次數   第一次是1 ，第二次是2 
        modCount++;
        // 第一次 10-0>0  擴容   這裏是由於第一次數組是[] ,給的minCapacity=10，10-0>0 因此第一次必然擴容
        // 第二次 2-10<0  不擴容  
        // 第三次 3-10 ......
        // 第十次 10-10=0 發現此次用完了，不夠用了，要擴容了
        // minCapacity - elementData.length能夠理解爲，已經使用的數組容量比數組最大容量要大了，要不夠用了，因此要擴容
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }

    private void grow(int minCapacity) {
        // 老數組容量爲數組長度
        int oldCapacity = elementData.length;
        // 新數組容量是老數組容量的1.5倍
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        // 最小邊界判斷，通常不會進入
        // 通常來講都是>0的，這裏只是爲了防止第一次的時候0-10<0的時候而寫的判斷
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;   10
        //  最大邊界判斷
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // 數組擴容，每次擴容原數組長度的1.5倍，這裏是重點
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

add(int index，E  elemet)

這個方法其實就是藉助System.arraycopy方法進行復制後移，騰出空間放置元素
從這裏就能夠看出，數組插入不方便，由於下標相同的話，會向後移動數組
public void add(int index, E element) {
    //對下標index校驗
    rangeCheckForAdd(index);
    //同add(E e)中的方法，肯定數組大小，不夠擴容，增長modcount
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    // System.arraycopy下面具體講
    //List<String>ss=new ArrayList<>();
    //ss.add(0,"111");
    //ss.add(1,"222");
    //ss.add(1,"333");
    //System.out.println(ss.toString());     [111, 333, 222]
    // 把elementData, index複製一份，放到elementData, index+1的地方， 再把element;放到 index的地方
    // 參考上面的例子就是，把"222"複製一份，放到第三個位置上，而後把333，放到第二個位置上，因此 [111, 333, 222]
    // 總結：1 add(int index,E elemet) 只有在下標相同的狀況下，纔會出現複製，向後移動的問題
    //      2 若是是順序下標 0 1 2 這種的，不會向後移動，只是單純的賦值
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                     size - index);
    elementData[index] = element;
    size++;
}


private void rangeCheckForAdd(int index) {
       // 塞入的下標不能大於當前已經使用的長度
       // 好比當前是個空數組 size=0
       // list.add(1,"111")  1>0 異常
       // 因此要按照順序來插入  
       if (index > size || index < 0){
          throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
       }
}

System.arraycopy

public static native void arraycopy(Object src,  int  srcPos,
                                    Object dest, int destPos,
                                    int length);

src表示源數組，srcPos表示源數組要複製的起始位置，desc表示目標數組，destPos標識目標數組的起始位置，length表示要複製的長度

從src的srcpos位置，複製length個數據，而後放置到 dest的destPos的位置上

int arr1[] = {1,2,3,4,5};
        int arr2[] = {11,22,33,44,55};
        System.arraycopy(arr1,0,arr2,2,2);
        System.out.println(Arrays.toString(arr2)); [11, 22, 1, 2, 55]
        從 arr1 的0處複製2個  int temp[]={1,2};   int arr2[]={11,22,temp,55};

淺拷貝仍是深拷貝---淺拷貝

public static void main(String[] args) {
    User[] user1 = {new User(20, "lhx"), new User(21, "wyj")};
    User[] user2 = new User[2];
    System.arraycopy(user1, 0, user2, 0, user1.length);
    // 複製以後，判斷裏面的User用的是不是同一個，發現相同，淺拷貝
    System.out.println(user1[0] == user2[0] ? "淺拷貝" : "深拷貝");
    // 修改user2的名字
    user2[1].setName("sjh");
    //看看user1裏面的內容是否改掉，發現被同時修改
    System.out.println(user1[1].getName());
    System.out.println(user2[1].getName());
}

另外clone也能實現複製，參考博客 https://blog.csdn.net/u014727260/article/details/55003402

 E remove(int index)

public E remove(int index) {
    //下標判斷，傳入的下標是否越界
    rangeCheck(index);

    // 每次操做都要modCount++
    modCount++;
    // 去除要刪除的元素
    E oldValue = elementData(index);

    //
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        // 刪除的原理：刪除一個元素以後，要把以後的元素向前移動
        // 從當前刪除元素的後一個元素起，複製numMoved個長度，放到被刪除的index的位置上
        // [1,2,3,4,5] 
        // 刪除index=1的 numMoved = 5-1-1=3  後面的向前移動 [3,4,5]
        // 刪除index=2的 numMoved = 5-2-1=2  後面的向前移動 [4,5]
        // 刪除index=3的 numMoved = 5-3-1=1  後面的向前移動 [5]
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,numMoved);
        //而且把數組最後一個元素置爲null
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
        return oldValue;
}

private void rangeCheck(int index) {
  //刪除的下標不能大於當前數組已用長度  
  if (index >= size)
        throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}

 E get(int index) 

get方法就簡單不少了，顯示下標判斷，而後直接從數組中取出下標位置的值

public E get(int index) {
    rangeCheck(index);
    return elementData(index);
}

private void rangeCheck(int index) {
    if (index >= size)
        throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}

E elementData(int index) {
    return (E) elementData[index];
}

總結

1 集合的本質是數組，經過構造器的返回就能夠看出   transient Object[] elementData

2  每次對數組進行操做，get除外，都進行了modCount++操做

3 add（E e）方法，每次調用，先判斷容量是否夠用，不夠擴容，大小爲原來的1.5倍，而後對數組賦值

   add（int index，E e）方法，每次調用，先判斷下標是否越界，容量是否夠用（不夠擴容），最重要的是，作了下標相同時，後移的處理，     這是經過數組複製 System.arraycopy實現的，若下標不相同，直接賦值

4 remove方法能夠當作是add（int index，E e）的相反方法，把刪除元素以後的全部元素，所有向前移動

5 比較3 和 4 數組的插入和刪除操做比較耗能，由於它要把下標後移或者前移