ArrayList源码分析

ArrayList概述

  1. ArrayList 是一种变长的集合类,基于数组实现
  2. 由于 ArrayList 底层基于数组实现,非常适用于对元素进行查找,效率非常高
  3. ArrayList 允许空值和重复元素,当往 ArrayList 中添加的元素数量大于其底层数组容量时,会通过扩容机制重新生成一个更大的数组
  4. ArrayList 是非线程安全类,并发环境下多个线程同时操作 ArrayList,会引发不可预知的错误

ArrayList源码分析_第1张图片

源码分析

	// 序列化id
	private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
	
    //默认初始化容量
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    
    //默认的空的数组,这个主要是在构造方法初始化一个空数组的时候使用
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    
    //一个空对象,如果使用默认构造函数创建,则默认对象内容默认是该值
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    
    //这个是实际存储元素的数组,不参与序列化
    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
    
    //实际ArrayList的大小/集合中元素的个数
    private int size;

ArrayList构造方法

无参构造方法
public ArrayList() {
		//如果没有传入初始化容量,则使用空数组 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
        //使用这个数组是在添加第一个元素的时候就会扩容到默认大小10
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

带int类型的构造函数
public ArrayList(int initialCapacity) {
        if (initialCapacity > 0) {
        	//参数大于0	elementData初始化为initialCapacity大小的数组
            this.elementData = new Object[initialCapacity];
            //参数等于0,elementData初始化为空数组
        } else if (initialCapacity == 0) {
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        } else {
        	//参数小于0,抛出异常
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        }
    }

参数为Collection类型的构造器
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
		//调用c.toArray()将collection对象转换成数组,然后将数组赋值elementData
        elementData = c.toArray();
        if ((size = elementData.length) != 0) {
            // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
            //c.toArray()可能不会正确地返回一个 Object[]数组,那么使用Arrays.copyOf()方法
            if (elementData.getClass() != Object[].class)
                elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
        } else {
            // replace with empty array.
            //如果c是空集合,则初始化为空数组EMPTY_ELEMENTDATA
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        }
    }

add(E e)

public boolean add(E e) {
		//检查是否需要扩容
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        //把元素放到最后一位
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
		//判断elementData数组是不是为空数组
		//使用的无参构造的时候,elementData=DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
    		//如果是,size+1(第一次调用add的时候size+1)和DEFAULT_CAPACITY比较
    		//minCapacity  = 10
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
		
        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;
        //如果size+1 > elementData.length证明数组已经放满,则增加容量,调用grow()
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
grow(minCapacity)扩容
private void grow(int minCapacity) {
		//oldCapacity为旧数组的容量
        int oldCapacity = elementData.length;
        // newCapacity = oldCapacity +(oldCap+oldCap >> 1 : 即更新为旧容量的1.5倍)
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        // 如果新的容量还小于minCapacity,那就让新容量等于minCapacity
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        //如果新容量已将超过最大容量了,则使用最大容量。
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // 最后将调用Arrays.copy将生成一个新容量大小的数组,并将原来数组值放入
        //底层调用System.arraycopy(Object src,  int  srcPos,Object dest, int destPos,int length);
       	elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

oldCapacity >> 1 右移运算符
比如:oldCapacity = 10 , 转换为二进制 = 1010 右移一位:101 等于十进制: 5

add(int index,E element)

添加元素到指定位置
public void add(int index, E element) {
		//确保插入的位置小于等于当前数组长度,并且不小于0,否则抛出异常
        if (index > size || index < 0)
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
		//检查是否需要扩容
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        //将index位置及以后所有元素统一向后挪一个位置,index位置处空出来
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                         size - index);
        //将元素插入到index的位置
        elementData[index] = element;
        //size + 1
        size++;
    }

ArrayList源码分析_第2张图片

System.arraycopy 方法
参数 说明
Object src 原数组
int srcPos 从原数据的起始位置开始
Object dest 目标数组
int destPos 目标数组的开始起始位置
int length 要copy的数组的长度

get(int index)方法

获取指定索引位置的元素
public E get(int index) {
		//如果索引大于实际数组长度就抛异常
        if (index >= size)
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
		//返回数组index位置的元素
        return (E) elementData[index];
    }

remove(int index)

删除指定索引位置的元素
public E remove(int index) {
		//如果索引大于实际数组长度就抛异常
        if (index >= size)
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
		//修改次数自增一
        modCount++;
        //获取要移除索引位置的元素
        E oldValue = (E) elementData[index];
		//总共要移动的元素的数量
        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)
        	//如果要移动的数量大于0,那么index之后的所有元素向前移一个位置
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);
        //将最后面的一个元素置空,好让gc回收
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
		//返回旧值
        return oldValue;
    }

调用这个方法不会缩减数组的长度,只是将最后一个数组元素置空!

remove(Object o)方法

删除指定元素值的元素
public boolean remove(Object o) {
        if (o == null) {
            for (int index = 0; index < size; index++)
            	//遍历整个数组,获取元素第一次出现的位置,并将其快速删除
                if (elementData[index] == null) {
                    fastRemove(index);
                    return true;
                }
        } else {
            for (int index = 0; index < size; index++)
            	//遍历整个数组,获取元素第一次出现的位置,并将其快速删除
                if (o.equals(elementData[index])) {
                    fastRemove(index);
                    return true;
                }
        }
        return false;
    }
    
private void fastRemove(int index) {
        modCount++;
        //如果index不是最后一位,则将index之后的元素往前挪一位
        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);
        //将最后面的一个元素置空,好让gc回收
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
    }

fastRemove(int index)相比较remove(int index)少了检查索引越界的操作

clear()

添加操作次数(modCount),将数组内的元素都置空,等待垃圾收集器收集,不减小数组容量
public void clear() {
        modCount++;

        // clear to let GC do its work
        for (int i = 0; i < size; i++)
        	//将数组内的元素都置空
            elementData[i] = null;

        size = 0;
    }

以上就是JDK 1.8 ArrayList的主要方法,在ArrayList内部还有一些其它的方法,有兴趣的小伙伴可以自行阅读

补充

JDK1.7的构造方法

ArrayList中维护了Object[] elementData,初始容量为10

	public ArrayList() {
	        this(10);
	 }

/**
     * Constructs an empty list with the specified initial capacity.
     *
     * @param  initialCapacity  the initial capacity of the list
     * @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity
     *         is negative
     */
    public ArrayList(int initialCapacity) {
        super();
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
    }

jdk7与jdk8区别:

jdk7 相当是饿汉式,创建对象时,初始化数组容量为10
jdk8 相当是懒汉式,创建对象时,没有初始化容量为10,而是在添加时才去初始容量为10

总结

  • ArrayList内部使用数组存储元素,当数组长度不够时使用grow()扩容,每次增加原来的1.5倍,ArrayList不会进行缩容
  • .ArrayList支持随机访问,通过索引访问元素极快
  • ArrayList添加元素到尾部极快
  • ArrayList添加元素到中间比较慢
  • ArrayList从尾部删除元素极快
  • ArrayList从中间删除元素比较慢,因为要移动元素

ArrayList底层是object数组,所以ArrayList具有数组的查询速度快的优点以及增删速度慢的缺点,线程不安全。

文中如果出现错误,希望小伙伴们可以谅解,更希望可以给予指正,共同进步。

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