ArrayList概述
ArrayList底层由数组实现，非线程安全，但是数组可以动态增加，也可以叫动态数组,提供了一系列的好处，我们来深入看看：
成员变量与构造函数
/**
* 存储ArrayList内的数组
*/
private transient Object[] elementData;
/**
* The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
* ArrayList中包含了多少元素
*/
private int size;
/**
* 给定ArrayList的容量 ，如果给定容量小于0，则抛出异常
*/
public ArrayList(int initialCapacity) {
super();
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
this.elementData = new Object[initialCapacity];
}
/**
* 默认的空的构造函数，默认大小为10.
*/
public ArrayList() {
this(10);
}
/**
* Constructs a list containing the elements of the specified
* collection, in the order they are returned by the collection's
* iterator.
* 传入的参数是一个集合，将集合转换为数组放入成员变量中，设置大小size
*
*/
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
size = elementData.length;
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
//这条注释意思详见下面
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
}
这是jdk的一个bug，编号是6260652，因为toArray内部使用的是clone，所以elementData 的返回类型有可能不是Object，所以需要判断一下。我们来看一个例子，何时回
List<String> a1 = Arrays.asList("123");
//class [Ljava.lang.String;
System.out.println(a1.toArray().getClass());
ArrayList<String> a2 = new ArrayList<String>();
//class [Ljava.lang.Object;
System.out.println(a2.toArray().getClass());
//我们会发现a1和a2都是通过toArray方法，为什么返回的对象不一样？
//我们分别输出一下a1和a2所属的类
//class java.util.Arrays$ArrayList
System.out.println(a1.getClass());
//class java.util.ArrayList
System.out.println(a2.getClass());
傻眼了，这俩根本不是一个类，a1是Arrays的内部类，所以调用的toArray方法也就不一样，a1是调用的clone方法，a2则是调用了Arrays.copyOf(elementData, size)方法。所以结果必然不一样。
所以源码中使用if语句判断一次，确保数组的类型是Object类的，
而Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);这是在创建一个Object数组。
// 将此 ArrayList 实例的容量调整为列表的当前大小。应用程序可以使用此操作来最小化 ArrayList 实例的存储量。
// 也就是减少数组中没必要的空间，留下存数据的单元。
public void trimToSize() {
modCount++;
int oldCapacity = elementData.length;
if (size < oldCapacity) {
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
}
}
//增加Arraylist中的容量，以确保可以容纳最小容量参数指定的元素个数
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
int oldCapacity = elementData.length; //获取长度
if (minCapacity > oldCapacity) { //当最小容量参数大于原有容量,进行扩容
Object oldData[] = elementData; //oldData有什么用？
//扩展50%的容量，加1是多出来赋值用。
int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;
//如果还不够，则将minCapacity设置为当前容量
if (newCapacity < minCapacity)
newCapacity = minCapacity;
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
}
至于扩容为何加1：通俗的说就是，当复制到第11个数时（默认是10），需要扩容，但是第11个数还没有赋上去，所以多出来的1个空间是留给11的，但是没有赋值的空间便为50%;
上面代码中我们看到有一句话是看似没有用处：
Object oldData[] = elementData;
其实这句话的意思是创建了一个新的引用oldData指向了原数组，然后原来的引用elementData指向了copy后的新空间，有新的引用指向原内存就保证了再copy过程是安全的。否则jvm将这置为无用内存，被其余线程分配的内存侵占了，copy过程还没完成，就严重了
// 返回数组的实际大小
public int size() {
return size;
}
//判断数组是否为空
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
//判断数组中是否包含为o的对象，若返回的下标大于0则证明包含，若为-1则证明没找到
public boolean contains(Object o) {
return indexOf(o) >= 0;
}
//返回数组中该元素的下标，若下标为正数或0证明存在此对象，且下标为返回的数；若返回的是-1，证明对象不在数组中
public int indexOf(Object o) {
//o是否为null，分开进行判断
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;
}
//返回数组中最后一次出现该元素的下标，若返回值为-1，则说明没有
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;
}
//返回一个ArrayList的浅克隆实例，里面的对象并没有被克隆
public Object clone() {
try {
ArrayList<E> v = (ArrayList<E>) super.clone();
//拷贝为新数组
v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
//置修改次数为0
v.modCount = 0;
return v;
} catch (CloneNotSupportedException e) {
// this shouldn't happen, since we are Cloneable
throw new InternalError();
}
}
/**
* 按适当顺序（从第一个到最后一个元素）返回包含此列表中所有元素的数组。由于此列表不维护对返回数组的任何引用，因而它将是“安全的”。
* 也 就是说，此方法分配了一个新的数组。因此，调用者可以自由地修改返回的数组。
*/
public Object[] toArray() {
return Arrays.copyOf(elementData, size);
}
//和上面一样，只不过返回的类型是 该数组运行时的类型
public <T> T[] toArray(T[] a) {
//若参数数组大小的长度小于原数组长度，则把原数组的长度作为参数数组的长度，创建数组
if (a.length < size)
return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());
System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
//如果参数数组的长度大于原数组的长度，且后面还有剩余空间，则将最后一个数紧接的元素置为null用于确定数组的长度。
if (a.length > size)
a[size] = null;
return a;
}
//返回指定下标处的元素值
public E get(int index) {
//检查下标是否越界
RangeCheck(index);
return (E) elementData[index];
}
//将指定下标处的元素，置为指定字符，返回以前的字符
public E set(int index, E element) {
RangeCheck(index);
E oldValue = (E) elementData[index];
elementData[index] = element;
return oldValue;
}
// 将指定元素追加到集合后面
public boolean add(E e) {
ensureCapacity(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
// 将指定元素添加到指定下标处
public void add(int index, E element) {
//如果指定的下标小于0或大于总长度，报告下标越界
if (index > size || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException(
"Index: "+index+", Size: "+size);
//看需不需要扩容
ensureCapacity(size+1); // Increments modCount!!
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
//删除指定下标的元素
public E remove(int index) {
RangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = (E) elementData[index];
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
//将后面的一次往前移动一个单元
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
//如果要删除的是最后一个直接置为null
elementData[--size] = null; // Let gc do its work
return oldValue;
}
// 删除指定的对象
public boolean remove(Object o) {
//如果指定对象为null
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;
}
//快速删除指定下标的元素，类似于remove(int index)，只不过不返回原值
//注意：方法是私有的
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
}
//删除所有元素，也就是将所有元素都置为null
public void clear() {
modCount++;
// Let gc do its work
for (int i = 0; i < size; i++)
elementData[i] = null;
//大小设置为0
size = 0;
}
//将指定集合中的元素添加到此Arraylist中
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;
}
//将指定集合插入到指定开始位置的地方
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;
//如果指定的位置是在最后一个元素之前
if (numMoved > 0)
//先将从index开始的元素向后移动numNew
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
numMoved);
//将带插入的插入到中间
System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
size += numNew;
//如果参数集合中长度为0就证明，没有变动，返回false
return numNew != 0;
}
//移除列表中[fromIndex,toIndex)的元素，注意到是受保护的方法
protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
modCount++;
//移动的个数
int numMoved = size - toIndex;
//后面的替换前面的
System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,
numMoved);
// Let gc do its work
int newSize = size - (toIndex-fromIndex);
//把后面原来的元素都置为null
while (size != newSize)
elementData[--size] = null;
}
// 检查所传进来的下标是否越界,私有
private void RangeCheck(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(
"Index: "+index+", Size: "+size);
}
//序列化
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
throws java.io.IOException{
// Write out element count, and any hidden stuff
int expectedModCount = modCount;
s.defaultWriteObject();
// 写入数组的总长度，即容量
s.writeInt(elementData.length);
// 写入数组中的每一个元素
for (int i=0; i<size; i++)
s.writeObject(elementData[i]);
//当总的修改次数和期望的修改次数不相等时，就说明其他线程修改了集合，抛出异常，fail-fast机制
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
// 读取Arraylist的容量以及原数组中每一个元素
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();
//创建一个新数组
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();
}
总结：
1、ArrayList的默认容量为10，在扩容时是扩大为原来容量的50%;
2、ArrayList无论是插入还是删除都会移动数组中的部分元素，特别耗时间;
3、ArrayList中元素允许为null，查找和删除时都会分开来判断;
4、源码中大量调用了Arrays.copyOf()和System.arraycopy()。我们查看Arrays源码会发现，显示复制了一份相同长度的数组，最后还是调用了 System.arraycopy()方法，但是System.arraycopy()方法为本地方法。
5、removeRange(int fromIndex, int toIndex)这个方法权限是受保护的，原因是什么？
看了这篇博文（ArrayList removeRange方法分析），得出的结论是java为了避免冗余，因为其父类AbstractList已经定义了此方法，放在内部使用此方法。
但是还是有点迷惑，不知道各位朋友有没有更清晰的见解。
具体可参见http://stackoverflow.com/questions/2289183/why-is-javas-abstractlists-removerange-method-protected
参考：
JDK1.6集合框架bug：c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
Java集合---ArrayList的实现原理
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时间： 2024-10-29 04:25:43