Java ArrayList解密

        数组的大小是固定的，一旦创建的时候指定了大小，就不能再调整了。也就是说，如果数组满了，就不能再添加任何元素了。

        ArrayList 在数组的基础上实现了自动扩容，并且提供了比数组更丰富的预定义方法（各种增删改查），非常灵活。

        下面我们就来探究一下ArrayList的各个方法的实践和原理，以及算法复杂度

一、创建ArrayList

        创建方式：

ArrayList alist = new ArrayList();

        看看ArrayList的构造函数：

        如果初始化大小的话，会构造一个这样长度的object数组；如果初始化为0或者不填的话，就会创建一个空数组。

        也可以看出，如果非常确定 ArrayList 中元素的个数，在创建的时候还可以指定初始大小，可以有效地避免在添加新的元素时进行不必要的扩容。

二、添加元素 

alist.add("xxx");

        可以看出来，add过程分为两步，第一步确保数组的大小足够，第二步将元素添加到末尾

2.1 calculateCapacity

        进去看 ensureCapacityInternal，源码如下：

        那么首先先看 calculateCapacity，这个函数是为了确定数组的大小。

        如果数组是空的，那大小就是max {当前size+1，默认大小}，源码中默认大小是10；如果数组不为空，那就返回他的指定大小

  

2.2 ensureCapacityInternal

        确保数组的大小足够。如果数组要溢出了，就要调用grow方法扩容 

 

2.3 grow

     // 检查是否会导致溢出，oldCapacity 为当前数组长度
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 扩容至原来的1.5倍
    if (newCapacity - minCapacity < 0) // 如果还是小于指定容量的最小值
        newCapacity = minCapacity; // 直接扩容至指定容量的最小值
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) // 如果超出了数组的最大长度
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // 扩容至数组的最大长度
    // 将当前数组复制到一个新数组中，长度为 newCapacity
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);

2.4 总结

堆栈过程图示：
add(element)
└── if (size == elementData.length) // 判断是否需要扩容
    ├── grow(minCapacity) // 扩容
    │   └── newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1) // 计算新的数组容量
    │   └── Arrays.copyOf(elementData, newCapacity) // 创建新的数组
    ├── elementData[size++] = element; // 添加新元素
    └── return true; // 添加成功

三，向指定位置添加元素

alist.add(0, "");

        上面讲清楚 ensureCapacityInternal之后，这里就很容易理解了。

public void add(int index, E element) {
    rangeCheckForAdd(index); // 检查索引是否越界

    ensureCapacityInternal(size + 1);  // 确保容量足够，如果需要扩容就扩容
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
            size - index); // 将 index 及其后面的元素向后移动一位
    elementData[index] = element; // 将元素插入到指定位置
    size++; // 元素个数加一
}

3.1  rangeCheckForAdd

        判断索引是否越界，越界了就抛错 

3.2  ensureCapacityInternal

        上面已经讲过，不多赘述。

四、更新元素

alist.set(0, "");

 

public E set(int index, E element) {
    rangeCheck(index); // 检查索引是否越界

    E oldValue = elementData(index); // 获取原来在指定位置上的元素
    elementData[index] = element; // 将新元素替换到指定位置上
    return oldValue; // 返回原来在指定位置上的元素
}

4.1 elementData

        获取索引位置数组 

五、删除指定位置元素 

public E remove(int index) {
    rangeCheck(index); // 检查索引是否越界

    modCount++;    //集合实际被修改的次数+1，这个是ArrayList的一个成员变量
    E oldValue = elementData(index); // 获取要删除的元素

    int numMoved = size - index - 1; // 计算需要移动的元素个数
    if (numMoved > 0) // 如果需要移动元素，就用 System.arraycopy 方法实现
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                numMoved);
    elementData[--size] = null; // 将数组末尾的元素置为 null，让 GC 回收该元素占用的空间

    return oldValue; // 返回被删除的元素
}

六、删除指定元素 

list.remove("");

        分为元素为null和不为null的情况，区别在于，为null的时候用==判断，不为null的时候用equals判断，逻辑上并没有什么区别。

        如果找到元素，用fashRemove方法删除元素，返回true；找不到元素就返回false。 

 

6.1 fastRemove 

private void fastRemove(int index) {
    int numMoved = size - index - 1; // 计算需要移动的元素个数
    if (numMoved > 0) // 如果需要移动元素，就用 System.arraycopy 方法实现
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                numMoved);
    elementData[--size] = null; // 将数组末尾的元素置为 null，让 GC 回收该元素占用的空间
}

七、查找元素 

list.indexOf("");
list.lastIndexOf("");

        如果要正序查找一个元素，可以使用 indexOf() 方法；如果要倒序查找一个元素，可以使用 lastIndexOf() 方法。

lastIndexOf() 方法和 indexOf() 方法类似，不过遍历的时候从最后开始。 

八、各个方法时间复杂度 

• get        O(1)
• add       最好O(1)，在末尾插入；最坏O(n)，插入后移动数组
• remove 最好O(1)，在末尾删除；最坏O(n)，删除后移动数组
• set        O(1)

 参考：

深入探讨 Java ArrayList：从源码分析到实践应用 | 二哥的Java进阶之路