ArrayList源码分析---JDK1.8
ArrayList源码分析---JDK1.8
- 一. ArrayList的数据结构
- 二. ArrayList源码分析
-
- ①. 继承关系
- ②. 类中的属性
- ③. 构造方法
- ④. 核心方法
-
- 1. add(E e)__有四个方法，我仔细分析一个
- 2. ensureCapacityInternal(size + 1) 确定内部容量的方法
- 3. calculateCapacity() 主要看list是不是初始的时候是空参构造函数
- 4. 还是确保明确的容量 ensureExplicitCapacity(int minCapacity)
- 5. grow(int minCapacity) 扩容机制——重点(看我的注释)
- 6.hugeCapacity()大容量分配，最大分配 Integer.MAX_VALUE
- 7.分析一波ArrayList构造函数不传容量的情况
- 8.分析一波ArrayList构造函数传一个容量的情况或者传0情况
- 9. remove() 删除方法
- 10.remove(Object o) 移除list中指定的第一个元素
- 11.fastRemove(int index) 传入下标进行删除当前index下标位置的元素
- 12.get(int index) 直接获取下标的位置的值
- 13.clear 将elementData中每个元素都赋值为null，等待垃圾回收将这个给回收掉
- 三. 总结
一. ArrayList的数据结构
- 底层的数据结构就是数组，数组元素类型为Object类型，即可以存放所有类型数据。我们对ArrayList类的实例的所有的操作底层都是基于数组的。
二. ArrayList源码分析
①. 继承关系
- RandomAccess接口：这个是一个标记性接口，通过查看api文档，它的作用就是用来快速随机存取
- Serializable接口：实现该序列化接口，表明该类可以被序列化就是能够从类变成字节流传输，然后还能从字节流变成原来的类。
- Cloneable接口：实现了该接口，就可以使用Object.Clone()方法了。
- ArrayList就继承这个AbstractList类，继承一些通用的方法，然后自己在实现一些自己特有的方法
②. 类中的属性
//序列号
private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
//默认初始容量 10
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
//一个空数组，当用户指定ArrayList容量为0时，用户指定容量为 0 时返回返回该数组
//ArrayList list1 = new ArrayList(0);
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {
};
//ArrayList list = new ArrayList();
//1. 当用户没有指定 ArrayList() 的容量时(即调用无参构造函数)，返回的是该数组==>刚创建一个 ArrayList 时，其内数据量为 0。
//2. 当用户第一次添加元素时，该数组将会扩容，变成默认容量为 10(DEFAULT_CAPACITY) 的一个数组===>通过 ensureCapacityInternal() 实现
//3. 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 = {
};
//1. 当前数据对象存放地方，当前对象不参与序列化
//2. 这个关键字最主要的作用就是当序列化时，被transient修饰的内容将不会被序列化
transient Object[] elementData;
//ArrayList实际存储的数据数量
private int size;
//继承于AbstractList
//集合数组修改次数的标识
protected transient int modCount = 0;
③. 构造方法
无参构造方法_(DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
//1. 无参构造函数：没有进行传参 当前元素数组直接返回默认 容量空元素数据 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
//2. 创建一个 空的 ArrayList，此时其内数组缓冲区 elementData = {}, 长度为 0
//3. 当元素第一次被加入时，扩容至默认容量 10
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
有参构造方法1，若参数为0_EMPTY_(ELEMENTDATA)
/**
* @param initialCapacity 初始容量
* @throws IllegalArgumentException 当初试容量值非法(小于0)时抛出
*/
//创建一个初试容量的、空的ArrayList arraylist并不是懒加载机制
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
// 当出现这个情况 ArrayList list = new ArrayList(0);和直接不传是不一样的
//传0 是直接赋值 EMPTY_ELEMENTDATA
//不传 是直接赋值 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
//初始化容量为0 的时候 直接返回 EMPTY_ELEMENTDATA 空元素数据
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
有参构造方法2_集合添加
/**
* @param c 要放入 ArrayList 中的集合，其内元素将会全部添加到新建的 ArrayList 实例中
* @throws NullPointerException 当参数 c 为 null 时抛出异常
*/
//创建一个包含collection的ArrayList
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
//把集合传化成Object[]数组
elementData = c.toArray();
//转化后的数组长度赋给当前ArrayList的size,并判断是否为0
if ((size = elementData.length) != 0) {
if (elementData.getClass() != Object[].class)
// 若c.toArray() 返回的数组类型不是 Object[]，则利用 Arrays.copyOf(); 来构造一个大小为 size 的 Object[] 数组
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// 数组长度为0 直接使用空数组
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
④. 核心方法
1. add(E e)__有四个方法，我仔细分析一个
1. add(E e) 默认直接在末尾添加元素
//增加指定的元素到ArrayList的最后位置
public boolean add(E e) {
//确定ArrayList的容量大小 size是当前集合元素的个数
// 若第一次 size肯定是0 minCapacity=1 +1是未来判断新加进来的元素是否有位置可以存下来
ensureCapacityInternal(size + 1);
//确保容量充足 进行元素添加
elementData[size++] = e;
return true;
}
2. ensureCapacityInternal(size + 1) 确定内部容量的方法
2. ensureCapacityInternal(size + 1) 确定内部容量的方法
//确保内部容量
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
//calculateCapacity()判断是否走的是空参构造函数 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 将容量初始为10
//ensureExplicitCapacity判断容量是否要进行扩容 并且modCount++
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
3. calculateCapacity() 主要看list是不是初始的时候是空参构造函数
3. calculateCapacity()判断是否走的是空参构造函数，走空参将容量初始为10
//DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 主要是这个 默认容量空元素数据
//这个返回主要是看list是不是初始的时候是调用的空参构造函数 ====>ArrayList list = new ArrayList(); DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
//如果没有指定初始化容量，第一次调用add()方法，会初始化容量为10
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
//直接返回minCapacity默认容量10 和传入的最小容量取最大值
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
//若不是第一次添加直接返回minCapacity 也就是数组的大小+1
return minCapacity;
}
4. 还是确保明确的容量 ensureExplicitCapacity(int minCapacity)
4.还是确保明确的容量 ensureExplicitCapacity(int minCapacity)
//还是确保明确的容量
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
// 将“修改统计数”+1，该变量主要是用来实现fail-fast机制的
modCount++;
// 防止溢出代码：确保指定的最小容量 > 数组缓冲区当前的长度
//若当前集合的最小容量超过数据的长度 需要进行扩容
//比如第一次添加&&elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA ==> minCapacity=10
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
5. grow(int minCapacity) 扩容机制——重点(看我的注释)
5. grow(int minCapacity) 扩容机制——重点
//扩容,以确保 ArrayList 至少能存储 minCapacity 个元素
private void grow(int minCapacity) {
// 计算出老的数组的容量
int oldCapacity = elementData.length;
//扩充当前容量为老的数组容量1.5倍
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
// 若扩充后newCapacity 还是小于 添加元素时候传进来的容量 minCapacity
if (newCapacity - minCapacity < 0)
//直接将minCapacity直接赋值新的容量 newCapacity
//若是第一次 newCapacity = minCapacity=10
newCapacity = minCapacity;
// 若扩充后的newCapacity 大于最大存储容量，则进行大容量分配
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
//将数组元素进行copy 长度为 newCapacity
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
6.hugeCapacity()大容量分配，最大分配 Integer.MAX_VALUE
6.hugeCapacity()大容量分配，最大分配 Integer.MAX_VALUE
/**
* 数组缓冲区最大存储容量
* - 一些 VM 会在一个数组中存储某些数据--->为什么要减去 8 的原因
* - 尝试分配这个最大存储容量，可能会导致 OutOfMemoryError(当该值 > VM 的限制时)
*/
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
//大容量分配，最大分配 Integer.MAX_VALUE
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
//越界直接抛异常
if (minCapacity < 0)
throw new OutOfMemoryError();
//Integer.MAX_VALUE - 8;
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}
7.分析一波ArrayList构造函数不传容量的情况
7.分析一波ArrayList构造函数不传容量的情况
//1. 不传容量参数,直接走空参构造方法
List<Integer> lists = new ArrayList<Integer>();
lists.add(8);
//2. 走空参构造函数
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
//3. 添加元素的时候 进行判断==>空参直接使用默认容量10
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
//直接返回minCapacity默认容量10 和传入的最小容量取最大值
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
- 在add方法之前elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA。调用add方法时进行判断初始化默认容量为10，之后再返回到add函数，把8放在elementData[0]中
8.分析一波ArrayList构造函数传一个容量的情况或者传0情况
8.分析一波ArrayList构造函数传一个容量的情况或者传0情况
//1. 传一个初始化容量参数6
List<Integer> lists = new ArrayList<Integer>(6);
lists.add(8);
//2. 创建一个初试容量的、空的ArrayList arraylist并不是懒加载机制
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
//大于0 直接创建一个对象数组
this.elementData = new Object[initialCapacity];
//传0 是直接赋值 EMPTY_ELEMENTDATA
} else if (initialCapacity == 0) {
// 当出现这个情况 ArrayList list = new ArrayList(0);和直接不传是不一样的
//传0 是直接赋值 EMPTY_ELEMENTDATA
//不传 是直接赋值 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
//初始化容量为0 的时候 直接返回 EMPTY_ELEMENTDATA 空元素数据
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
- 我们可以知道，在调用add方法之前，elementData的大小已经为6，之后再进行传递，不会进行扩容处理。
- 正常情况下会扩容1.5倍，特殊情况下（新扩展数组大小已经达到了最大值）则只取最大值。
9. remove() 删除方法
9.remove(int index) 移除指定位置下标的元素
//移除指定位置下标的元素
public E remove(int index) {
//1. 判断索引是否越界
rangeCheck(index);
//2. 增加修改的次数
modCount++;
//3. 保存要删除的元素为oldValue
E oldValue = elementData(index);
//4. 将指定位置index+1往后的元素都向前移动一位，覆盖需要删除的元素
int numMoved = size - index - 1;
// 再进行数组copy
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
// 将最后一个元素置空
elementData[--size] = null;
// 返回删除的元素
return oldValue;
}
10.remove(Object o) 移除list中指定的第一个元素
10.remove(Object o) 移除list中指定的第一个元素
//移除list中指定的第一个元素
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementData[index] == null) {
//如果包含null这个元素，index 之后的所有元素依次左移一位
fastRemove(index);
return true;
}
} else {
for (int index = 0; index < size; index++)
//通过元素 计算出下标
if (o.equals(elementData[index])) {
//如果包含这个元素，index 之后的所有元素依次左移一位
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}
11.fastRemove(int index) 传入下标进行删除当前index下标位置的元素
11.fastRemove(int index) 传入下标进行删除当前index下标位置的元素
//传入下标进行删除当前index下标位置的元素
private void fastRemove(int index) {
modCount++;
//移动的个数
int numMoved = size - index - 1;
//将index后面的元素移动前面来 index位置的元素就是在最后一个位置
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
//将最后一个元素删除
elementData[--size] = null;
}
12.get(int index) 直接获取下标的位置的值
12.get(int index) 直接获取下标的位置的值
//直接获取下标的位置的值
public E get(int index) {
//检查范围
rangeCheck(index);
//直接返回
return elementData(index);
}
13.clear 将elementData中每个元素都赋值为null，等待垃圾回收将这个给回收掉
13.clear 将elementData中每个元素都赋值为null，等待垃圾回收将这个给回收掉
//移除list中的所有元素，这个list表将在调用之后置空
public void clear() {
modCount++;
for (int i = 0; i < size; i++)
elementData[i] = null;
size = 0;
}
三. 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。
- 主要是分析构造参数是否进行了传参，这里要判断是否要使用默认的容量10
补充一个添加元素add整个的流程
补充一个删除元素remove整个的流程
