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ArrayList 源码 总体介绍 方法剖析 总结

分类: IT文章 • 2023-11-11 20:33:54

ArrayList实现了List接口，是顺序容器，即元素存放的数据与放进去的顺序相同，允许放入null元素，底层通过数组实现。除该类未实现同步外，其余跟Vector大致相同。每个ArrayList都有一个容量（capacity），表示底层数组的实际大小，容器内存储元素的个数不能多于当前容量。当向容器中添加元素时，如果容量不足，容器会自动增大底层数组的大小。前面已经提过，Java泛型只是编译器提供的语法糖，所以这里的数组是一个Object数组，以便能够容纳任何类型的对象。

ArrayList 源码 总体介绍 方法剖析 总结

size(), isEmpty(), get(), set()方法均能在常数时间内完成，add()方法的时间开销跟插入位置有关，addAll()方法的时间开销跟添加元素的个数成正比。其余方法大都是线性时间。

为追求效率，ArrayList没有实现同步（synchronized），如果需要多个线程并发访问，用户可以手动同步，也可使用Vector替代。

方法剖析

grow(int minCapacity)

AarrayList核心的方法，能扩展数组大小的真正秘密。

private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;  //将扩充前的elementData大小给oldCapacity
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);//newCapacity就是1.5倍的oldCapacity
        if (newCapacity - minCapacity < 0)//这句话就是适应于elementData就空数组的时候，length=0，那么oldCapacity=0，newCapacity=0，所以这个判断成立，在这里就是真正的初始化elementData的大小了，就是为10.前面的工作都是准备工作。
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)//如果newCapacity超过了最大的容量限制，就调用hugeCapacity，也就是将能给的最大值给newCapacity
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
    //新的容量大小已经确定好了，就copy数组，改变容量大小咯。
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

set()

既然底层是一个数组ArrayList的set()方法也就变得非常简单，直接对数组的指定位置赋值即可。

public E set(int index, E element) {
    rangeCheck(index);//下标越界检查
    E oldValue = elementData(index);
    elementData[index] = element;//赋值到指定位置，复制的仅仅是引用
    return oldValue;
}

rangeCheck()

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

get()

get()方法同样很简单，唯一要注意的是由于底层数组是Object[]，得到元素后需要进行类型转换。

public E get(int index) {
    rangeCheck(index);
    return (E) elementData[index];//注意类型转换
}

add() (四种)

1. boolean add(E)

/**
     * Appends the specified element to the end of this list.添加一个特定的元素到list的末尾。
     *
     * @param e element to be appended to this list
     * @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add})
     */
    public boolean add(E e) {    
    //确定内部容量是否够了，size是数组中数据的个数，因为要添加一个元素，所以size+1，先判断size+1的这个个数数组能否放得下，就在这个方法中去判断是否数组.length是否够用了。
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
     //在数据中正确的位置上放上元素e，并且size++
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }ensureCapacityInternal()

ensureCapacityInternal() 确定内部容量的方法

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) { //看，判断初始化的elementData是不是空的数组，也就是没有长度
    //因为如果是空的话，minCapacity=size+1；其实就是等于1，空的数组没有长度就存放不了，所以就将minCapacity变成10，也就是默认大小，但是带这里，还没有真正的初始化这个elementData的大小。
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
    //确认实际的容量，上面只是将minCapacity=10，这个方法就是真正的判断elementData是否够用
        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }

2. void add(int index, E element)

public void add(int index, E element) {
        rangeCheckForAdd(index);//检查index也就是插入的位置是否合理。

//跟上面的分析一样，具体看上面
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
//这个方法就是用来在插入元素之后，要将index之后的元素都往后移一位，
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                         size - index);
//在目标位置上存放元素
        elementData[index] = element;
        size++;//size增加1
    }

跟C++ 的vector不同，ArrayList没有push_back()方法，对应的方法是add(E e)，ArrayList也没有insert()方法，对应的方法是add(int index, E e)。这两个方法都是向容器中添加新元素，这可能会导致capacity不足，因此在添加元素之前，都需要进行剩余空间检查，如果需要则自动扩容。扩容操作最终是通过grow()方法完成的。

private void grow(int minCapacity) {
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);//原来的1.5倍
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);//扩展空间并复制
}

由于Java GC自动管理了内存，这里也就不需要考虑源数组释放的问题。

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空间的问题解决后，插入过程就显得非常简单。

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add(int index, E e)需要先对元素进行移动，然后完成插入操作，也就意味着该方法有着线性的时间复杂度。

remove()

remove()方法也有两个版本，一个是remove(int index)删除指定位置的元素，另一个是remove(Object o)删除第一个满足o.equals(elementData[index])的元素。删除操作是add()操作的逆过程，需要将删除点之后的元素向前移动一个位置。需要注意的是为了让GC起作用，必须显式的为最后一个位置赋null值。

//删除指定位置的元素
public E remove(int index) {
	rangeCheck(index);//检查index的合理性

	modCount++;//这个作用很多，比如用来检测快速失败的一种标志。
	E oldValue = elementData(index);//通过索引直接找到该元素

	int numMoved = size - index - 1;//计算要移动的位数。
	if (numMoved > 0)
//这个方法也已经解释过了，就是用来移动元素的。
		System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
//将--size上的位置赋值为null，让gc(垃圾回收机制)更快的回收它。
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
//返回删除的元素。
        return oldValue;
    }

//感觉这个不怎么要分析吧，都看得懂，就是通过元素来删除该元素，就依次遍历，如果有这个元素，就将该元素的索引传给fastRemobe(index)，使用这个方法来删除该元素，
//fastRemove(index)方法的内部跟remove(index)的实现几乎一样，这里最主要是知道arrayList可以存储null值
     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;
    }

总结

  • arrayList可以存放null。
  • arrayList本质上就是一个elementData数组。
  • arrayList区别于数组的地方在于能够自动扩展大小，其中关键的方法就是gorw()方法。
  • arrayList中removeAll(collection c)和clear()的区别就是removeAll可以删除批量指定的元素，而clear是全是删除集合中的元素。
  • arrayList由于本质是数组，所以它在数据的查询方面会很快，而在插入删除这些方面，性能下降很多，有移动很多数据才能达到应有的效果
  • arrayList实现了RandomAccess，所以在遍历它的时候推荐使用for循环。

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