Java源碼解讀掃盲【集合--ArrayList】

時間 2019-11-19

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1、類描述

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

ArrayList是一個數組隊列，至關於一個動態數組，和數組相比，它能夠擴容。它繼承了AbstractList，實現了List，RandomAccess,Cloneable,Serializable接口。java

ArrayList繼承了AbstractList，實現了List，它是一個數組隊列，擁有了基本的添加，刪除，修改，遍歷查詢等功能。數組

ArrayList實現RandomAccess接口，提供隨機訪問功能，RandmoAccess是java中用來被List實現，爲List提供快速訪問功能的，ArrayList能夠根據序號快速訪問元素對象。安全

ArrayList 實現了Cloneable接口，即覆蓋了函數clone()，能被克隆。dom

ArrayList 實現了Serializable接口，說明ArrayList能被序列化進行傳輸。函數

特別的ArrayList是線程不安全的。性能

2、屬性和構造方法

//默認的數組存儲容量
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

//當指定數組的容量爲0的時候使用這個變量賦值
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

//默認的實例化的時候使用此變量賦值
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

//真正存放數據的對象數組，並不被序列化  transient 關鍵字修飾的屬性不被序列化
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

//數組中的真實元素個數，它小於或等於elementData.length
private int size;

//數組中最大存放元素的個數
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

/**
 * 構造函數一，若是指定容量就分配指定容量的大小
 * 沒有指定就使用EMPTY_ELEMENTDATA賦值
 */
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);
    }
}

/**
 * 構造函數二，使用默認的DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA賦值
 */
public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

/**
 * 構造一個傳入的集合，做爲數組的數據
 */
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;
    }
}

3、經常使用方法

（1）添加

添加有兩個方法，第一個add(E e)方法的調用鏈涉及5個方法，分別以下：this

public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

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);
}

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);
}

private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
    if (minCapacity < 0) // overflow
        throw new OutOfMemoryError();
    return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
        Integer.MAX_VALUE :
        MAX_ARRAY_SIZE;
}

這裏一步步分析，在調用了add(E e)的方法第一步，咱們看到了它調用了ensureCapacityInternal(size + 1)方法，在這個方法裏面首先判斷了數組是否是一個長度爲0的空數組，若是是的話就給它容量賦值爲默認的容量大小也就是10，而後調用了ensureExplicitCapacity方法，這個方法裏面記錄了modCount+1以後，並判斷了當前的容量是否小於數組當前的長度，若是大於當前數組的長度就開始進行擴容操做調用方法 grow(minCapacity)，擴容的長度是增長了原來數組數組的一半大小，而後並判斷了是否達到了數組擴容的上限並賦值，接着把舊數組的數據拷貝到擴容後的新數組裏面再次賦值給舊數組，最後把新添加的元素賦值給了擴容後的size+1的位置裏面。spa

接着看第2個add方法：線程

public void add(int index, E element) {
    rangeCheckForAdd(index);//判斷數組下標是否越界

    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    //這裏面用到了 System.arraycopy方法，參數含義以下：
    //（原數組,原數組的開始位置，目標數組，目標數組的的開始位置，拷貝的個數)
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                     size - index);
    elementData[index] = element;
    size++;
}

這個方法的意思是給指定位置添加一個元素，ArrayList首先檢查是否索引越界，若是沒有越界，就檢查是否須要擴容，而後將index位置以後的全部數據，總體拷貝到index+1開始的位置，而後就能夠把新加入的數據放到index這個位置，而index前面的數據不須要移動，在這裏咱們能夠看到給指定位置插入數據ArrayList是一項大動做比較耗性能。code

（2）刪除

根據下標刪除指定未知的元素

public E remove(int index) {
    //檢測下標是否越界
    rangeCheck(index);
    //記錄修改次數
    modCount++;
    //獲取移除位置上的值
    E oldValue = elementData(index);
    //獲取要移動元素的個數
    int numMoved = size - index - 1;
    //拷貝移動的全部數據到index位置上
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                         numMoved);
    //把size-1的位置的元素賦值null，方便gc垃圾回收
    elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
    //最終返回被刪除的數據
    return oldValue;
}

根據元素刪除

public boolean remove(Object o) {
    if (o == null) {//移除null值
        for (int index = 0; index < size; index++)
            if (elementData[index] == null) {//找到集合裏面第一個等於null的元素
                fastRemove(index);//移除
                return true;
            }
    } else {
        for (int index = 0; index < size; index++)
            if (o.equals(elementData[index])) {//非null狀況下，遍歷每個元素經過equals比較
                fastRemove(index);//移除
                return true;
            }
    }
    return false;
}

/*
 * 該方法與經過下標移除的原理同樣，總體左移
 */
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
}

添加移除元素有可能會作大量的數據移動，因此是一個比較耗性能的。

（3）查詢（O(1)）

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

（4）清空

public void clear() {
    modCount++;

    // clear to let GC do its work
    for (int i = 0; i < size; i++)
        elementData[i] = null;

    size = 0;
}

（5）是否包含

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;
}

這個沒啥好說的