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ArrayList是一种以数组实现的List,与数组相比,它具有动态扩展的能力,因此也可称之为动态数组。
ArrayList实现了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable等接口。
ArrayList实现了List,提供了基础的添加、删除、遍历等操作。
ArrayList实现了RandomAccess,提供了随机访问的能力。
ArrayList实现了Cloneable,可以被克隆。
ArrayList实现了Serializable,可以被序列化。
/**
* 默认容量
*/
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
/**
* 空数组,如果传入的容量为0时使用
*/
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
* 空数组,传传入容量时使用,添加第一个元素的时候会重新初始为默认容量大小
*/
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
* 存储元素的数组
*/
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
/**
* 集合中元素的个数
*/
private int size;
DEFAULT_CAPACITY
默认容量为10,也就是通过new ArrayList()创建时的默认容量。
EMPTY_ELEMENTDATA
空的数组,这种是通过new ArrayList(0)创建时用的是这个空数组。
DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
也是空数组,这种是通过new ArrayList()创建时用的是这个空数组,与EMPTY_ELEMENTDATA的区别是在添加第一个元素时使用这个空数组的会初始化为DEFAULT_CAPACITY(10)个元素。
elementData
真正存放元素的地方,使用transient是为了不序列化这个字段。
至于没有使用private修饰,后面注释是写的“为了简化嵌套类的访问”,但是楼主实测加了private嵌套类一样可以访问。
private表示是类私有的属性,只要是在这个类内部都可以访问,嵌套类或者内部类也是在类的内部,所以也可以访问类的私有成员。
size
真正存储元素的个数,而不是elementData数组的长度。
传入初始容量,如果大于0就初始化elementData为对应大小,如果等于0就使用EMPTY_ELEMENTDATA空数组,如果小于0抛出异常。
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);
}
}
不传初始容量,初始化为DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA空数组,会在添加第一个元素的时候扩容为默认的大小,即10。
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
传入集合并初始化elementData,这里会使用拷贝把传入集合的元素拷贝到elementData数组中,如果元素个数为0,则初始化为EMPTY_ELEMENTDATA空数组。
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;
}
}
添加元素到末尾,平均时间复杂度为O(1)。
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
return minCapacity;
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
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)检查是否需要扩容;
(2)如果elementData等于DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA则初始化容量大小为DEFAULT_CAPACITY;
(3)新容量是老容量的1.5倍(oldCapacity + (oldCapacity >> 1)),如果加了这么多容量发现比需要的容量还小,则以需要的容量为准;
(4)创建新容量的数组并把老数组拷贝到新数组;
添加元素到指定位置,平均时间复杂度为O(n)。
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
private void rangeCheckForAdd(int index) {
if (index > size || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
(1)检查索引是否越界;
(2)检查是否需要扩容;
(3)把插入索引位置后的元素都往后挪一位;
(4)在插入索引位置放置插入的元素;
(5)大小加1;
求两个集合的并集。
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount
System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
(1)拷贝c中的元素到数组a中;
(2)检查是否需要扩容;
(3)把数组a中的元素拷贝到elementData的尾部;
获取指定索引位置的元素,时间复杂度为O(1)。
public E get(int index) {
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}
private void rangeCheck(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
}
(1)检查索引是否越界,这里只检查是否越上界,如果越上界抛出IndexOutOfBoundsException异常,如果越下界抛出的是ArrayIndexOutOfBoundsException异常。
(2)返回索引位置处的元素;
删除指定索引位置的元素,时间复杂度为O(n)。
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
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
return oldValue;
}
(1)检查索引是否越界;
(2)获取指定索引位置的元素;
(3)如果删除的不是最后一位,则其它元素往前移一位;
(4)将最后一位置为null,方便GC回收;
(5)返回删除的元素。
可以看到,ArrayList删除元素的时候并没有缩容。
删除指定元素值的元素,时间复杂度为O(n)。
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;
}
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; // clear to let GC do its work
}
(1)找到第一个等于指定元素值的元素;
(2)快速删除;
fastRemove(int index)相对于remove(int index)少了检查索引越界的操作,可见jdk将性能优化到极致。
求两个集合的交集。
public boolean retainAll(Collection<?> c) {
Objects.requireNonNull(c);
return batchRemove(c, true);
}
private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {
final Object[] elementData = this.elementData;
int r = 0, w = 0;
boolean modified = false;
try {
for (; r < size; r++)
if (c.contains(elementData[r]) == complement)
elementData[w++] = elementData[r];
} finally {
// Preserve behavioral compatibility with AbstractCollection,
// even if c.contains() throws.
if (r != size) {
System.arraycopy(elementData, r,
elementData, w,
size - r);
w += size - r;
}
if (w != size) {
// clear to let GC do its work
for (int i = w; i < size; i++)
elementData[i] = null;
modCount += size - w;
size = w;
modified = true;
}
}
return modified;
}
(1)遍历elementData数组;
(2)如果元素在c中,则把这个元素添加到elementData数组的w位置并将w位置往后移一位;
(3)遍历完之后,w之前的元素都是两者共有的,w之后(包含)的元素不是两者共有的;
(4)将w之后(包含)的元素置为null,方便GC回收;
求两个集合的单方向差集,只保留当前集合中不在c中的元素,不保留在c中不在当前集体中的元素。
public boolean removeAll(Collection<?> c) {
Objects.requireNonNull(c);
return batchRemove(c, false);
}
与retainAll(Collection c)方法类似,只是这里保留的是不在c中的元素。
(1)ArrayList内部使用数组存储元素,当数组长度不够时进行扩容,每次加一半的空间,ArrayList不会进行缩容;
(2)ArrayList支持随机访问,通过索引访问元素极快,时间复杂度为O(1);
(3)ArrayList添加元素到尾部极快,平均时间复杂度为O(1);
(4)ArrayList添加元素到中间比较慢,因为要搬移元素,平均时间复杂度为O(n);
(5)ArrayList从尾部删除元素极快,时间复杂度为O(1);
(6)ArrayList从中间删除元素比较慢,因为要搬移元素,平均时间复杂度为O(n);
(7)ArrayList支持求并集,调用addAll(Collection c)方法即可;
(8)ArrayList支持求交集,调用retainAll(Collection c)方法即可;
(7)ArrayList支持求单向差集,调用removeAll(Collection c)方法即可;
elementData设置成了transient,那ArrayList是怎么把元素序列化的呢?
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 size as capacity for behavioural compatibility with clone()
s.writeInt(size);
// 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();
}
}
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
// Read in size, and any hidden stuff
s.defaultReadObject();
// Read in capacity
s.readInt(); // ignored
if (size > 0) {
// be like clone(), allocate array based upon size not capacity
int capacity = calculateCapacity(elementData, size);
SharedSecrets.getJavaOISAccess().checkArray(s, Object[].class, capacity);
ensureCapacityInternal(size);
Object[] a = elementData;
// Read in all elements in the proper order.
for (int i=0; i<size; i++) {
a[i] = s.readObject();
}
}
}
查看writeObject()方法可知,先调用s.defaultWriteObject()方法,再把size写入到流中,再把元素一个一个的写入到流中。
一般地,只要实现了Serializable接口即可自动序列化,writeObject()和readObject()是为了自己控制序列化的方式,这两个方法必须声明为private,在java.io.ObjectStreamClass#getPrivateMethod()方法中通过反射获取到writeObject()这个方法。
在ArrayList的writeObject()方法中先调用了s.defaultWriteObject()方法,这个方法是写入非static非transient的属性,在ArrayList中也就是size属性。同样地,在readObject()方法中先调用了s.defaultReadObject()方法解析出了size属性。
elementData定义为transient的优势,自己根据size序列化真实的元素,而不是根据数组的长度序列化元素,减少了空间占用。
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