一文看懂ArrayList

時間  2020-10-23
標籤 java segmentfault 數組 dom 函數 this spa code 對象 blog 欄目 Java 简体版
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前言

好久以前寫過一篇有關HashMap的文章：一文看懂HashMap，反響不錯。原本手後面是想寫篇文章來介紹ArrayList，後來事情多就忘了，今天就來好好聊聊ArrayList。java

正文

ArrayList相比HashMap來講就比較簡單了，先來看看實現了哪些接口：segmentfault

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{
        
//默認容量大小            
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
//指定ArrayList容量爲0時返回該數組
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//當沒有指定ArrayList容量時返回該數組
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//保存添加到ArrayList中的元素（ArrayList的底層其實就是一個數組）
transient Object[] elementData; 
//ArrayList中元素數量
private int size;
.....
}

從上面的源碼咱們能夠提取出下面幾個關鍵信息：數組

  • ArrayList底層使用一個Object類型的數組來保存數據
  • ArrayList默認大小爲10

能夠看到ArrayList底層是使用一個數組elementData來保存數據的，所以也被稱爲動態數組。值得注意的是用了elementData用了transient修飾。dom

transient表示elementData沒法被序列化，爲何要這麼設置呢？函數

由於 elementData裏面不是全部的元素都有數據，由於容量的問題， elementData裏面有一些元素是空的，這種是沒有必要序列化的。
ArrayList的序列化和反序列化依賴 writeObject和 readObject方法來實現。能夠避免序列化空的元素。

image.png

接下來咱們從經常使用構造函數入手：this

public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

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);
    }
}

上面兩個構造函數比較簡單，就是給對數組作初始化，這裏再也不細說。spa

ArrayList還有一個構造函數：code

public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
        Object[] a = c.toArray();
        if ((size = a.length) != 0) {
            if (c.getClass() == ArrayList.class) {
                elementData = a;
            } else {
                elementData = Arrays.copyOf(a, size, Object[].class);
            }
        } else {
            // replace with empty array.
            //若是傳入的c長度爲0，則替換成空數組
            elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        }
    }

首先調用toArray()返回一個數組，由於不必定會返回Object類型，因此須要判斷一下類型，若是類型不一樣則調用Arrays.copyOf方法，咱們來看看源碼：對象

/*
 * 複製數組，並轉型爲指定類型
 * original——>原數組  newLength——>要複製的長度  newType——>新類型
 */
public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) {
    //判斷是不是Object類型
    T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class)//（這裏不加(Object)強轉編譯器沒法經過）
        ? (T[]) new Object[newLength]
        : (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength);
        //getComponentType()——>本地方法，返回數組內的元素類型，不是數組時，返回null
        //Array.newInstance——>建立一個類型與newType同樣，長度爲newLength的數組
    System.arraycopy(original, 0, copy, 0,Math.min(original.length, newLength));//截斷數組
    return copy;
}

從註釋也能夠看出該方法能夠複製數組，並轉型爲指定類型，以前的啃碎JDK源碼(一)：String已經對System.arraycopy作了介紹，感興趣的小夥伴能夠去看看，這裏再也不重述。blog

添加元素

接下來是一個比較核心的方法add

/*添加元素到集合中*/
public boolean add(E e) {
    //判斷ArrayList是否須要擴容
    ensureCapacityInternal(size + 1);
    elementData[size++] = e;
    return true;
}
/*判斷是否須要擴容——> minCapacity是集合須要的最小容量*/
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
/*返回添加元素後的容量大小*/
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
    //首次添加元素時，返回 minCapacity > 10 ? minCapacity : 10 （首次可能使用addAll方法添加大量元素）
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    return minCapacity;
}
/*判斷是否須要擴容*/
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;//modCount是繼承自AbstractList的變量，用來表示集合被修改的次數
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        grow(minCapacity);
}
/*擴容*/
private void grow(int minCapacity) {
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);//擴容爲原來的1.5倍
    if (newCapacity - minCapacity < 0)//若是擴容後仍是小於最小容量，則設置minCapacity爲容量大小
        newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)//MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    //調用Arrays.copyOf生成新數組
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
    if (minCapacity < 0)
        throw new OutOfMemoryError();
    return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE;
}

到目前爲止，咱們就能夠知道add(E e)的基本實現了：
添加元素時，首先去檢查一下數組的容量是否足夠，若是不夠則擴容到原來的1.5倍
擴容後，若是容量仍是小於minCapacity，就將容量擴充爲minCapacity，最後調用Arrays.copyOf(elementData, newCapacity)方法生成新的數組。

獲取、設置元素

下面看看get和set方法：

/*
 * 獲取index索引對象
 */
public E get(int index) {
    rangeCheck(index);//參數校驗
    return elementData(index);
}
E elementData(int index) {
    return (E) elementData[index];
}

/*
 * 設置index索引對象
 */
public E set(int index, E element) {
    rangeCheck(index);

    E oldValue = elementData(index);
    elementData[index] = element;
    return oldValue;
}

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

兩個方法都比較簡單，這裏再也不展開細說。

刪除元素

接下來看一下ArrayList如何刪除元素：

/*
 * 刪除index索引對象
 */
public E remove(int index) {
    rangeCheck(index);//參數校驗

    modCount++;
    E oldValue = elementData(index);
    //須要左移的個數
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,numMoved);
    elementData[--size] = null; //設爲null讓JVM回收

    return oldValue;//返回舊數據
}

作個簡單總結

  • 計算出須要左移的個數後，使用System.arraycopy方法截斷生成新數組
  • 刪除元素後將最後一位設爲null便於JVM回收

還有另一個remove(Object o)方法：

/*
 * 刪除給定Object對象
 */
public boolean remove(Object o) {
    if (o == null) {//刪除null對象-->ArrayList能夠存放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;
}
//跳過邊界檢查，無返回值
private void fastRemove(int index) {
    modCount++;//修改次數+1
    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
}

這部分源碼比較簡單，就是遍歷比較而後刪除。值得注意的是ArrayList能夠存null值，由於須要對null參數作額外處理。

注意：調用remove刪除元素時不會減小容量，若但願減小容量則調用trimToSize(),比較簡單，下面直接貼上源碼：

/*
 * 修改數組尺寸
 */
public void trimToSize() {
    modCount++;
    if (size < elementData.length) {
        elementData = (size == 0) ? EMPTY_ELEMENTDATA : Arrays.copyOf(elementData, size);
    }
}

最後再來介紹幾個平時用的比較多的方法：

咱們平開發也會常用contains方法來判斷是否包含某個元素，下面看下是如何實現的：

/*
 * 判斷集合中是否包含某元素
 */
public boolean contains(Object o) {
    return indexOf(o) >= 0;
}

能夠看到直接使用indexOf來判斷，和以前String源碼比較相似，直接來看看代碼：

/*
 * 返回指定元素第一次出現的位置（返回-1表示沒有此元素）
 * lastIndexOf——>同理（其實就是從後向前遍歷）
 */
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;
}

其實就是遍歷依次比較，相等則返回下標。

總結

看完是否是以爲相比HashMap來講ArrayList的源碼仍是比較能看懂的，固然咱們這裏只列出了一些比較經常使用的方法，像ArrayList其實還有一些Itr等內部類，其實就是咱們平時用的迭代器，若是對這些感興趣的小夥伴能夠本身去研究一下。

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