ArrayList 是 Java 集合框架中比较常用的数据结构,底层基于数组实现容量大小的动态变化,所以会占用一块连续的内存空间。ArrayList 是线程不安全的,允许元素为 null。它继承了 AbstractList,实现了 List,RandomAccess,Cloneable,java.io.Serializable 接口,所以ArrayList 是支持快速访问、复制、序列化的。
二、成员变量
/**
* 默认初始容量大小为 10
*/
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
/**
* 指定该ArrayList容量为0时,返回该空数组。
*/
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
* 当调用无参构造方法,返回的是该数组。刚创建一个ArrayList 时,其内数据量为0。
* 它与EMPTY_ELEMENTDATA的区别就是:该数组是默认返回的,而后者是在用户指定容量为0时返回。
*/
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
* 存储集合元素的底层实现:真正存放元素的数组。
* 被标记为transient,在对象被序列化的时候不会被序列化。
*/
transient Object[] elementData;
/**
* 实际元素数量
*/
private int size;
三、构造函数分析
1、无参构造函数
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
注释是说构造一个容量大小为 10 的空的 list 集合,但构造函数了只是给 elementData 赋值了一个空的数组,其实是在第一次添加元素时容量扩大至 10 的。
2、指定容量的构造函数
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);
}
}
由以上源码可见: 当使用无参构造函数时是把 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 赋值给 elementData。 当 initialCapacity 为零时则是把 EMPTY_ELEMENTDATA 赋值给 elementData。 当 initialCapacity 大于零时初始化一个大小为 initialCapacity 的 object 数组并赋值给 elementData。
3、传入一个集合类作为参数的构造函数
构造一个包含指定 collection 的元素的列表,这些元素是按照该 collection 的迭代器返回它们的顺序排列的。
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;
}
}
四、核心方法分析
1、add(E e)
public boolean add(E e) {
// 容量空间检查,如果不够,容量加1。注意:只加1,保证资源不被浪费
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
// 数组末尾增加一个元素,并且修改 size
elementData[size++] = e;
return true;
}
从源码中可以看出,add 方法有两个步骤:
① 空间检查,如果需要则扩容。
② 插入元素。
数组容量检查方法源码如下:
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
// 通过这个判断是否是使用默认构造函数初始化
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
return minCapacity;
}
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
// any size if not default element table
? 0
// larger than default for default empty table. It's already
// supposed to be at default size.
: DEFAULT_CAPACITY;
if (minCapacity > minExpand) {
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
}
数组扩容操作:
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// 确保指定的最小容量 > 数组缓冲区当前的长度
if (minCapacity - elementData.length > 0)
// 扩容
grow(minCapacity);
}
private void grow(int minCapacity) {
// 获取当前数组的容量
int oldCapacity = elementData.length;
// 扩容。新的容量=当前容量+当前容量/2.即将当前容量增加一半。
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
//如果扩容后的容量还是小于想要的最小容量
if (newCapacity - minCapacity < 0)
//将扩容后的容量再次扩容为想要的最小容量
newCapacity = minCapacity;
//如果扩容后的容量大于临界值,则进行大容量分配
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// 数组重新复制
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
对于扩容方法的总结如下:
2、add(int index, E element)
添加元素 element 到 index 位置。
public void add(int index, E element) {
// 数组越界检查
rangeCheckForAdd(index);
// 扩容检查
ensureCapacityInternal(size + 1);
// 数组进行复制处理,空出index的位置插入element,并将index后的元素位移一个位置
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
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,即O(n)。
3、remove(int index)
删除 list 中位置为指定索引 index 的元素。
public E remove(int index) {
// 下标越界检查
rangeCheck(index);
// 记录修改次数
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
// 左移操作
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
// size减一,然后将索引为size-1处的元素置为null。为了让GC起作用,必须显式的为最后一个位置赋null值
elementData[--size] = null;
return oldValue;
}
注意:为了让GC起作用,必须显式的为最后一个位置赋null值。上面代码中如果不手动赋null值,除非对应的位置被其他元素覆盖,否则原来的对象就一直不会被回收。
4、get(int index)
不会修改modCount,相对增删是高效的操作。
public E get(int index) {
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}
E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
}
由于 ArrayList 底层是基于数组实现的,所以获取元素就相当简单了,直接调用数组随机访问即可。
5、void clear()
清空数组中的数据,modCount 会修改。
public void clear() {
modCount++;
// clear to let GC do its work
for (int i = 0; i < size; i++)
elementData[i] = null;
size = 0;
}
五、总结
1、在增删改查中,增会导致扩容,会修改modCount,删也会修改,改和查一定不会修改。
2、扩容数组会导致复制数组,批量删除需要找到两个集合的交集然后复制数组操作,所以增和删比较低效,改和查比较高效。
3、扩容之后是通过数组的拷贝来确保元素的准确性的,所以尽可能减少扩容操作。
参考:Java8源码-ArrayList