ArrayList简介
ArrayList是基于数组实现的,是一个动态数组,其容量能自动增长,类似于C语言中的动态申请内存,动态增长内存。
ArrayList不是线程安全的,只能用在单线程环境下,多线程环境下可以考虑用Collections.synchronizedList(List l)函数返回一个线程安全的ArrayList类,也可以使用concurrent并发包下的CopyOnWriteArrayList类。
ArrayList实现了Serializable接口,因此它支持序列化,能够通过序列化传输,实现了RandomAccess接口,支持快速随机访问,实际上就是通过下标序号进行快速访问,实现了Cloneable接口,能被克隆。
ArrayList源码
ArrayList的源码如下(加入了简单的注释,版本号为1.56):
/**@(#)ArrayList.java 1.56 06/04/21 * Copyright 2006 Sun Microsystems, Inc. All rights reserved. * SUN PROPRIETARY/CONFIDENTIAL. Use is subject to license terms. */ package java.util; /** * @author Josh Bloch * @author Neal Gafter * @version 1.56, 04/21/06 * @see Collection * @see List * @see LinkedList * @see Vector * @since 1.2 */ public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable { private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L; // ArrayList基于该数组实现,用该数组保存数据 private transient Object[] elementData; // 实际大小 private int size; // 带容量大小的构造函数 public ArrayList(int initialCapacity) { super(); if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity); this.elementData = new Object[initialCapacity]; } // 默认构造函数 public ArrayList() { this(10); } // Collection构造函数 public ArrayList(Collection<? extends E> c) { elementData = c.toArray(); size = elementData.length; // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652) if (elementData.getClass() != Object[].class) elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); } // 当前容量值为实际个数 public void trimToSize() { modCount++; int oldCapacity = elementData.length; if (size < oldCapacity) { elementData = Arrays.copyOf(elementData, size); } } // 确定ArrayList容量 // 若容量不足以容纳当前全部元素,则扩容,新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1” public void ensureCapacity(int minCapacity) { modCount++; int oldCapacity = elementData.length; if (minCapacity > oldCapacity) { Object oldData[] = elementData; int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1; if (newCapacity < minCapacity) newCapacity = minCapacity; // minCapacity is usually close to size, so this is a win: elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } } // 返回实际大小 public int size() { return size; } // 清空 public boolean isEmpty() { return size == 0; } // 是否包含o public boolean contains(Object o) { return indexOf(o) >= 0; } // 正向查找,返回o的index 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; } // 逆向查找,返回o的index public int lastIndexOf(Object o) { if (o == null) { for (int i = size-1; i >= 0; i--) if (elementData[i]==null) return i; } else { for (int i = size-1; i >= 0; i--) if (o.equals(elementData[i])) return i; } return -1; } // 克隆函数 public Object clone() { try { ArrayList<E> v = (ArrayList<E>) super.clone(); v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size); v.modCount = 0; return v; } catch (CloneNotSupportedException e) { // this shouldn‘t happen, since we are Cloneable throw new InternalError(); } } // 返回ArrayList的Object数组 public Object[] toArray() { return Arrays.copyOf(elementData, size); } // 返回ArrayList组成的数组 public <T> T[] toArray(T[] a) { if (a.length < size) // Make a new array of a‘s runtime type, but my contents: return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass()); System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size); if (a.length > size) a[size] = null; return a; } // Positional Access Operations // 得到index位置的元素 public E get(int index) { RangeCheck(index); return (E) elementData[index]; } // 向index插入element public E set(int index, E element) { RangeCheck(index); E oldValue = (E) elementData[index]; elementData[index] = element; return oldValue; } // 添加e public boolean add(E e) { ensureCapacity(size + 1); // Increments modCount!! elementData[size++] = e; return true; } // 向index插入element public void add(int index, E element) { if (index > size || index < 0) throw new IndexOutOfBoundsException( "Index: "+index+", Size: "+size); ensureCapacity(size+1); // Increments modCount!! System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); elementData[index] = element; size++; } // 移除index位置的元素 public E remove(int index) { RangeCheck(index); modCount++; E oldValue = (E) elementData[index]; int numMoved = size - index - 1; if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); elementData[--size] = null; // Let gc do its work return oldValue; } // 移除o public boolean remove(Object o) { if (o == 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; } // 快速移除index位置的元素 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; // Let gc do its work } // 清空 public void clear() { modCount++; // Let gc do its work for (int i = 0; i < size; i++) elementData[i] = null; size = 0; } // 添加Collection public boolean addAll(Collection<? extends E> c) { Object[] a = c.toArray(); int numNew = a.length; ensureCapacity(size + numNew); // Increments modCount System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew); size += numNew; return numNew != 0; } // 在index添加Collection public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) { if (index > size || index < 0) throw new IndexOutOfBoundsException( "Index: " + index + ", Size: " + size); Object[] a = c.toArray(); int numNew = a.length; ensureCapacity(size + numNew); // Increments modCount int numMoved = size - index; if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew, numMoved); System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew); size += numNew; return numNew != 0; } // 移除fromIndex到toIndex之间的全部元素 protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) { modCount++; int numMoved = size - toIndex; System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex, numMoved); // Let gc do its work int newSize = size - (toIndex-fromIndex); while (size != newSize) elementData[--size] = null; } // 移除index位置的元素 private void RangeCheck(int index) { if (index >= size) throw new IndexOutOfBoundsException( "Index: "+index+", Size: "+size); } // java.io.Serializable的写入函数,将ArrayList的“容量,所有的元素值”都写入到输出流中 private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOException{ // Write out element count, and any hidden stuff int expectedModCount = modCount; s.defaultWriteObject(); // Write out array length s.writeInt(elementData.length); // Write out all elements in the proper order. for (int i=0; i<size; i++) s.writeObject(elementData[i]); if (modCount != expectedModCount) { throw new ConcurrentModificationException(); } } // java.io.Serializable的读取函数:根据写入方式读出,先将ArrayList的“容量”读出,然后将“所有的元素值”读出 private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) throws java.io.IOException, ClassNotFoundException { // Read in size, and any hidden stuff s.defaultReadObject(); // Read in array length and allocate array int arrayLength = s.readInt(); Object[] a = elementData = new Object[arrayLength]; // Read in all elements in the proper order. for (int i=0; i<size; i++) a[i] = s.readObject(); } }
ArrayList详细分析
1.构造函数
ArrayList有三个构造函数,如下(英文注释全部删掉,默认代码折叠,太占地方了):
private transient Object[] elementData; private int size; public ArrayList(int initialCapacity) { super(); if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity); this.elementData = new Object[initialCapacity]; } public ArrayList() { this(10); } public ArrayList(Collection<? extends E> c) { elementData = c.toArray(); size = elementData.length; // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652) if (elementData.getClass() != Object[].class) elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); }
从第一句话可以看到,ArrayList本质上是一个Object类型的数组,前面加入了transient关键字,在序列化的时候忽略,但是在最后自己重写了writeObject和readObject这两个函数,第一个是构造传入固定大小的ArrayList,第二个是默认大小为10,第三个是将传入的Collection转成ArrayList。
序列化有2种方式:
A、只是实现了Serializable接口。
序列化时,调用java.io.ObjectOutputStream的defaultWriteObject方法,将对象序列化。
注意:此时transient修饰的字段,不会被序列化。
B、实现了Serializable接口,同时提供了writeObject方法。
序列化时,会调用该类的writeObject方法。而不是java.io.ObjectOutputStream的defaultWriteObject方法。
注意:此时transient修饰的字段,是否会被序列化,取决于writeObject
2.自动扩容函数
public void ensureCapacity(int minCapacity) { modCount++; int oldCapacity = elementData.length; if (minCapacity > oldCapacity) { Object oldData[] = elementData; int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1; if (newCapacity < minCapacity) newCapacity = minCapacity; // minCapacity is usually close to size, so this is a win: elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } }
关键在这里int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;新的数组大小是旧的数组大小的二分之三加一,然后调用Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);得到新的elementData对象。说到这里我默默的翻看了一下jdk1.7的源码,发现在jdk1.7当中,扩容效率有了本质上的提高,请看下面的代码:(出自jdk1.7)
public void ensureCapacity(int minCapacity) { if (minCapacity > 0) ensureCapacityInternal(minCapacity); } private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { modCount++; // overflow-conscious code if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity); } private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8; 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); }
1.7相比较1.6,自动扩容增加了两个方法,增加了数组扩容时的判断,最重要的是这句话:int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);没有再用*3再/2这种低端的玩法,直接采用了移位运算,我不是太懂十进制数的移位运算,经过几次自己的测试发现如果是偶数,这个移位运算正好是一半,如果是奇数,则是向下取整。
3.存储
第一判断ensureSize,如果够直接插入,否则按照policy扩展,复制,重建数组。
第二步插入元素。
ArrayList提供了set(int index, E element)、add(E e)、add(int index, E element)、addAll(Collection<? extends E> c)、addAll(int index, Collection<? extends E> c)这些添加元素的方法。
3.1. set(int index, E element),取代,而非插入,返回被取代的元素
public E set(int index, E element) { RangeCheck(index); E oldValue = (E) elementData[index]; elementData[index] = element; return oldValue; }
3.2.add(E e) 增加元素到末尾,如果size不溢出,自动增长
public boolean add(E e) { ensureCapacity(size + 1); // Increments modCount!! elementData[size++] = e; return true; }
3.3.add(int index, E element) 增加元素到某个位置,该索引之后的元素都后移一位
public void add(int index, E element) { if (index > size || index < 0) throw new IndexOutOfBoundsException( "Index: "+index+", Size: "+size); ensureCapacity(size+1); // Increments modCount!! System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); elementData[index] = element; size++; }
3.4.后面两个方法都是把集合转换为数组利用c.toArray,然后利用Arrays.copyOF 方法
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) { Object[] a = c.toArray(); int numNew = a.length; ensureCapacity(size + numNew); // Increments modCount System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew); size += numNew; return numNew != 0; } public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) { if (index > size || index < 0) throw new IndexOutOfBoundsException( "Index: " + index + ", Size: " + size); Object[] a = c.toArray(); int numNew = a.length; ensureCapacity(size + numNew); // Increments modCount int numMoved = size - index; if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew, numMoved); System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew); size += numNew; return numNew != 0; }
4.删除
一种是按索引删除,不用查询,索引之后的element顺序左移一位,并将最后一个element设为null,由gc负责回收。
public E remove(int index) { RangeCheck(index); modCount++; E oldValue = (E) elementData[index]; int numMoved = size - index - 1; if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); elementData[--size] = null; // Let gc do its work return oldValue; }
5.Arrays.copyOf
源码如下:
public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) { T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class) ? (T[]) new Object[newLength] : (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength); System.arraycopy(original, 0, copy, 0, Math.min(original.length, newLength)); return copy; }
这里有所优化,如果是Object类型的,直接new Object数组,如果不是则通过Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength)方法产生相应的数组类型。通过System.arraycopy实现数组复制,System是个final类,arraycopy是个native方法。
该方法被标记了native,调用了系统的C/C++代码,在JDK中是看不到的,但在openJDK中可以看到其源码。该函数实际上最终调用了C语言的memmove()函数,因此它可以保证同一个数组内元素的正确复制和移动,比一般的复制方法的实现效率要高很多,很适合用来批量处理数组。Java强烈推荐在复制大量数组元素时用该方法,以取得更高的效率。
6.Arrays.newInstance()的意义
Java反射技术除了可以在运行时动态地决定要创建什么类型的对象,访问哪些成员变量,方法,还可以动态地创建各种不同类型,不同维度的数组。
动态创建数组的步骤如下:
1.创建Class对象,通过forName(String)方法指定数组元素的类型
2.调用Array.newInstance(Class, length_of_array)动态创建数组
访问动态数组元素的方法和通常有所不同,它的格式如下所示,注意该方法返回的是一个Object对象
Array.get(arrayObject, index)
为动态数组元素赋值的方法也和通常的不同,它的格式如下所示, 注意最后的一个参数必须是Object类型
Array.set(arrayObject, index, object)
动态数组Array不单可以创建一维数组,还可以创建多维数组。步骤如下:
1.定义一个整形数组:例如int[] dims= new int{5, 10, 15};指定一个三维数组
2.调用Array.newInstance(Class, dims);创建指定维数的数组
访问多维动态数组的方法和访问一维数组的方式没有什么大的不同,只不过要分多次来获取,每次取出的都是一个Object,直至最后一次,赋值也一样。
动态数组Array可以转化为普通的数组,例如:
Array arry = Array.newInstance(Integer.TYPE,5);
int arrayCast[] = (int[])array;
7.为何要序列化
ArrayList 实现了java.io.Serializable接口,在需要序列化的情况下,复写writeObjcet和readObject方法提供适合自己的序列化方法。
1、序列化是干什么的?
简单说就是为了保存在内存中的各种对象的状态(也就是实例变量,不是方法),并且可以把保存的对象状态再读出来。虽然你可以用你自己的各种各样的方法来保存object states,但是Java给你提供一种应该比你自己好的保存对象状态的机制,那就是序列化。
2、什么情况下需要序列化
a)当你想把的内存中的对象状态保存到一个文件中或者数据库中时候;
b)当你想用套接字在网络上传送对象的时候;
c)当你想通过RMI传输对象的时候;
8.总结
8.1.Arraylist基于数组实现,是自增长的
8.2.非线程安全的
8.3.插入时可能要扩容,删除时size不会减少,如果需要,可以使用trimToSize方法,在查询时,遍历查询,为null,判断是否是null, 返回; 如果不是null,用equals判断,返回
/** * Returns <tt>true</tt> if this list contains the specified element. * More formally, returns <tt>true</tt> if and only if this list contains * at least one element <tt>e</tt> such that * <tt>(o==null ? e==null : o.equals(e))</tt>. * * @param o element whose presence in this list is to be tested * @return <tt>true</tt> if this list contains the specified element */ public boolean contains(Object o) { return indexOf(o) >= 0; } /** * Returns the index of the first occurrence of the specified element * in this list, or -1 if this list does not contain the element. * More formally, returns the lowest index <tt>i</tt> such that * <tt>(o==null ? get(i)==null : o.equals(get(i)))</tt>, * or -1 if there is no such index. */ 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; }
8.4. 允许重复和 null 元素
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参考资料: