java中List的实现原理

ArrayList
  ArrayList是一个可变数组实现,实现了List接口的所有方法,并允许存取null值.ArrayList基本上等同与Vector,但它只对writeObject()和readObject()进行了同步.
  1.序列化
  ArrayList使用一个Object的数组存储元素.
 private transient E[] elementData;
ArrayList实现了java.io.Serializable接口,这里的transient标示这个属性不需自动序列化.这是因为elementData数组中存储的"元素"其实只是对这些元素的一个引用,并不是真正的对象,序列化没有意义.因为序列化是为了反序列化,当你反序列化时,这些对象的引用已经不可能指向原来的对象了.所以要手工对ArrayList的元素进行序列化操作,这就是writeObject()的作用.
 private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
                throws java.io.IOException{
 // Write out element count, and any hidden stuff
 s.defaultWriteObject();

        // Write out array length
        s.writeInt(elementData.length);

 // Write out all elements in the proper order.
 for (int i=0; i<size; i++)
            s.writeObject(elementData[i]);
    }
对应的readObject()为:
 private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
         throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
 // Read in size, and any hidden stuff
 s.defaultReadObject();

        // Read in array length and allocate array
        int arrayLength = s.readInt();
        Object[] a = elementData = (E[])new Object[arrayLength];

 // Read in all elements in the proper order.
 for (int i=0; i<size; i++)
            a[i] = s.readObject();
    }
  2.自动变长机制
   在每一个add() 方法中,都首先调用一个ensureCapacity(int miniCapacity)方法,这个方法保证elementData数组的长度不小于miniCapacity,ArrayList的自动变长机制就是在这个方法中实现的.
   public void ensureCapacity(int minCapacity) {
       modCount++;
       int oldCapacity = elementData.length;
       if (minCapacity > oldCapacity) {
            Object oldData[] = elementData;
           int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;
           if (newCapacity < minCapacity)
                 newCapacity = minCapacity;
           elementData = (E[])new Object[newCapacity];
           System.arraycopy(oldData, 0, elementData, 0, size);
        }
     }
从这个方法可以看出ArrayList每次扩容都扩大到原来的1.5倍.
每种add()方法的实现都大同小异,下面给出add(Object)的实现:
    public boolean add(E o) {
       ensureCapacity(size + 1);  // Increments modCount!!
       elementData[size++] = o;
       return true;
    }

   remove()方法

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; // Let gc do its work

 return oldValue;
    }
RangeCheck()的作用是进行边界检查.出于ArrayList采用一个对象数组元素存储元素,所以删除一个元素时需要把后面的元素前移.删除一个元素时只是把该元素在elementData数组中的引用置为null.
 modCount的作用将在下面的"interator()中的同步"中说明.
注:在前移时使用了System.arrayCopy(),这个方法是native方法,如是对同一个数组进行操作,会首先从中标位置.
    3.快速失败迭代器
  在父类AbstractList中定义了一个int型的属性:modCount,记录了ArrayList结构性变化的次数.
 protected transient int modCount = 0;
在ArrayList的所有涉及结构变化的方法中都增加modCount的值,包括:add(),remove(),addAll(),removeRange()及clear()方法.这些方法每调用一次,modCount的值就会加1.
   注:add()及addAll()方法的modCount的值是在其中调用的ensureCapacity()方法中增加的.
AbstractList中的iterator()方法(ArrayList直接继承了这个方法)使用了一个私有内部成员类Itr,生成一个Itr对象(Iterator接口),返回:
    public Iterator<E> iterator() {
        return listIterator();
    }
Itr实现了Iterator()接口,其中也定义了一个int型的属性:expectedModCount,这个属性在Itr类初始化时被赋予ArrayList对象的modCount属性的值.
注:内部成员类Itr也是ArrayList类的一个成员,它可以访问所有的AbstractList的属性和方法.
   在Itr.next()方法中，Itr也调用了定义在AbstractList中的get(int)方法，返回当前光标的元素：
public E next() {
    checkForComodification();
    try {
        E next = get(cursor);
        lastRet = cursor++;
        return next;
     } catch(IndexOutOfBoundsException e) {
        checkForComodification();
       throw new NoSuchElementException();
     }
 }
注意，在next()方法中调用了checkForComodification()方法，进行对修改的同步检查：
final void checkForComodification() {
       if (modCount != expectedModCount)
               throw new ConcurrentModificationException();
   }
现在对modCount和expectedModCount的作用应该非常清楚了．在对一个元素集合对象进行迭代操作时，并不是限制对集合对象元素进行操作，这些操作包括一些可能引起迭代错误的add()或remove()等危险操作．在AbstractList中，使用了一个简单的机制来规避这些风险．这就是modCount和expectedModCount的作用所在．