Java集合ArrayList学习~~

比眉伴天荒 2022-05-24 22:18 288阅读 0赞

### 文章目录 ###

参考链接：  
[Java集合，ArrayList底层实现和原理 ][Java_ArrayList_]  
[ArrayList源码分析（基于JDK1.6）][ArrayList_JDK1.6]  
[Java集合源码分析（一）ArrayList][Java_ArrayList]  
[【Java集合源码剖析】ArrayList源码剖析][Java_ArrayList 1]

学习ArrayList的源码之前，先弄明白几个词的概念：线性表、数组。

线性表是最基本、最简单、也是最常用的一种数据结构。线性表中数据元素之间的关系是一对一的关系，即除了第一个和最后一个数据元素之外，其它数据元素都是首尾相接的。  
线性表有两种存储方式：

*  一种是顺序存储结构(可以理解为内存连续分配在一起)
 *  另一种是链式存储结构(内存分布是不连续的，通过元素前后相连)

**数组，是一种典型的顺序存储结构，其特点可参考**

*  数组的空间是连续。
 *  容量的固定性。就是当你不确定元素的数量时，你开的数组必须保证能够放下元素最大数量，遗憾的是如果实际数量比最大数量少很多时，你开的数组没有用到的内存就只能浪费掉了。
 *  不利于修改。插入和删除的时间复杂度最坏能达到O(n)，如果你在第一个位置插入一个元素，你需要把数组的每一个元素向后移动一位，如果你在第一个位置删除一个元素，你需要把数组的每一个元素向前移动一位。
 *  利于查询。这种存储方式的优点是查询的时间复杂度为O(1)，通过首地址和偏移量就可以直接访问到某元素。

总结网上的分析集合源代码的归类一般是看类的继承关系和类的实现接口列表，ArraryList里面的还算是比较简单。

ArrayList的内部布局图  
![这里写图片描述][70]

下面是ArrayList在JDK1.6的源码中的一些方法解释。

package java.util;  
    
    public class ArrayList extends AbstractList      implements List, RandomAccess,  Cloneable, java.io.Serializable {  
        // 序列版本号  
        private static final       long serialVersionUID = 8683452581122892189L;  
    
        // ArrayList基于该数组实现，用该数组保存数据 
        private transient Object[] elementData;  
    
        // ArrayList中实际数据的数量  
        private int size;  
    
        // ArrayList带容量大小的构造函数。  
        public ArrayList(int initialCapacity) {  
            super();  
            if (initialCapacity < 0)  
                throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+  initialCapacity);  
            // 新建一个数组  
            this.elementData = new Object[initialCapacity];  
        }  
    
        // ArrayList无参构造函数。默认容量是10。  
        public ArrayList() {  
            this(10);  
        }  
    
        // 创建一个包含collection的ArrayList  
        public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
            elementData = c.toArray();  
            size = elementData.length;  
            if (elementData.getClass() != Object[].class)  
                elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);  
        }  
    
        // 将当前容量值设为实际元素个数  
        public void trimToSize() {  
            modCount++;  
            int oldCapacity = elementData.length;  
            if (size < oldCapacity) {  
                elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);  
            }  
        }  
    
        // 确定ArrarList的容量。  
        // 若ArrayList的容量不足以容纳当前的全部元素，设置 
        // 新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”  
        public void ensureCapacity(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++;  
            int oldCapacity = elementData.length;  
            // 若当前容量不足以容纳当前的元素个数，
            // 设置 新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”  
            if (minCapacity > oldCapacity) {  
                Object oldData[] = elementData;  
                int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;  
                //如果还不够，则直接将minCapacity设置为当前容量
                if (newCapacity < minCapacity)  
                    newCapacity = minCapacity;  
                elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);  
            }  
        }  
    
        // 添加元素e  
        public boolean add(E e) {  
            // 确定ArrayList的容量大小  
            ensureCapacity(size + 1);  // Increments modCount!!  
            // 添加e到ArrayList中  
            elementData[size++] = e;  
            return true;  
        }  
    
        // 返回ArrayList的实际大小  
        public int size() {  
            return size;  
        }  
    
        // ArrayList是否包含Object(o)  
        public boolean contains(Object o) {  
            return indexOf(o) >= 0;  
        }  
    
        //返回ArrayList是否为空  
        public boolean isEmpty() {  
            return size == 0;  
        }  
    
        // 正向查找，返回元素的索引值  
        public int indexOf(Object o) {  
            if (o == null) {  
                for (int i = 0; i < size; i++)  
                if (elementData[i]==null)  
                    return i;  
                } else {  
                    for (int i = 0; i < size; i++)  
                    if (o.equals(elementData[i]))  
                        return i;  
                }  
                return -1;  
            }  
    
    
        // 反向查找(从数组末尾向开始查找)，返回元素(o)的索引值  
        public int lastIndexOf(Object o) {  
            if (o == null) {  
                for (int i = size-1; i >= 0; i--)  
                if (elementData[i]==null)  
                    return i;  
            } else {  
                for (int i = size-1; i >= 0; i--)  
                if (o.equals(elementData[i]))  
                    return i;  
            }  
            return -1;  
        }  
    
        // 返回ArrayList的Object数组  
        public Object[] toArray() {  
            return Arrays.copyOf(elementData, size);  
        }  
    
        // 返回ArrayList元素组成的数组
        publicT[] toArray(T[] a) {  
            // 若数组a的大小 < ArrayList的元素个数；  
            // 则新建一个T[]数组，数组大小是“ArrayList的元素个数”，
            // 并将“ArrayList”全部拷贝到新数组中  
            if (a.length < size)  
                return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());  
    
            // 若数组a的大小 >= ArrayList的元素个数；  
            // 则将ArrayList的全部元素都拷贝到数组a中。  
            System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);  
            if (a.length > size)  
                a[size] = null;  
            return a;  
        }  
    
        // 获取index位置的元素值  
        public E get(int index) {  
            RangeCheck(index);  
    
            return (E) elementData[index];  
        }  
    
        // 设置index位置的值为element  
        public E set(int index, E element) {  
            RangeCheck(index);  
    
            E oldValue = (E) elementData[index];  
            elementData[index] = element;  
            return oldValue;  
        }  
    
        // 将e添加到ArrayList中  
        public boolean add(E e) {  
            ensureCapacity(size + 1);  // Increments modCount!!  
            elementData[size++] = e;  
            return true;  
        }  
    
        // 将e添加到ArrayList的指定位置  
        public void add(int index, E element) {  
            if (index > size || index < 0)  
                throw new IndexOutOfBoundsException(  
                "Index: "+index+", Size: "+size);  
    
            ensureCapacity(size+1);  // Increments modCount!!  
            System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,  
                 size - index);  
            elementData[index] = element;  
            size++;  
        }  
    
        // 删除ArrayList指定位置的元素  
        public E remove(int index) {  
            RangeCheck(index);  
    
            modCount++;  
            E oldValue = (E) 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;  
        }  
    
        // 删除ArrayList的指定元素  
        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;  
        }  
    
        // 快速删除第index个元素  
        private void fastRemove(int index) {  
            modCount++;  
            int numMoved = size - index - 1;  
            // 从"index+1"开始，用后面的元素替换前面的元素。  
            if (numMoved > 0)  
                System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,  
                                 numMoved);  
            // 将最后一个元素设为null  
            elementData[--size] = null; // Let gc do its work  
        }  
    
        // 删除元素  
        public boolean remove(Object o) {  
            if (o == null) {  
                for (int index = 0; index < size; index++)  
                if (elementData[index] == null) {  
                    fastRemove(index);  
                return true;  
                }  
            } else {  
                // 便利ArrayList，找到“元素o”，则删除，并返回true。  
                for (int index = 0; index < size; index++)  
                if (o.equals(elementData[index])) {  
                    fastRemove(index);  
                return true;  
                }  
            }  
            return false;  
        }  
    
        // 清空ArrayList，将全部的元素设为null  
        public void clear() {  
            modCount++;  
    
            for (int i = 0; i < size; i++)  
                elementData[i] = null;  
    
            size = 0;  
        }  
    
        // 将集合c追加到ArrayList中  
        public boolean addAll(Collection c) {  
            Object[] a = c.toArray();  
            int numNew = a.length;  
            ensureCapacity(size + numNew);  // Increments modCount  
            System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);  
            size += numNew;  
            return numNew != 0;  
        }  
    
        // 从index位置开始，将集合c添加到ArrayList  
        public boolean addAll(int index, Collection c) {  
            if (index > size || index < 0)  
                throw new IndexOutOfBoundsException(  
                "Index: " + index + ", Size: " + size);  
    
            Object[] a = c.toArray();  
            int numNew = a.length;  
            ensureCapacity(size + numNew);  // Increments modCount  
    
            int numMoved = size - index;  
            if (numMoved > 0)  
                System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,  
                     numMoved);  
    
            System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);  
            size += numNew;  
            return numNew != 0;  
        }  
    
        // 删除fromIndex到toIndex之间的全部元素。  
        protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {  
        modCount++;  
        int numMoved = size - toIndex;  
            System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,  
                             numMoved);  
    
        // Let gc do its work  
        int newSize = size - (toIndex-fromIndex);  
        while (size != newSize)  
            elementData[--size] = null;  
        }  
    
        private void RangeCheck(int index) {  
        if (index >= size)  
            throw new IndexOutOfBoundsException(  
            "Index: "+index+", Size: "+size);  
        }  
    
        // 克隆函数  
        public Object clone() {  
            try {  
                ArrayListv = (ArrayList) super.clone();  
                // 将当前ArrayList的全部元素拷贝到v中  
                v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);  
                v.modCount = 0;  
                return v;  
            } catch (CloneNotSupportedException e) {  
                // this shouldn't happen, since we are Cloneable  
                throw new InternalError();  
            }  
        }  
    
        // java.io.Serializable的写入函数  
        // 将ArrayList的“容量，所有的元素值”都写入到输出流中  
        private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)  
            throws java.io.IOException{  
        // Write out element count, and any hidden stuff  
        int expectedModCount = modCount;  
        s.defaultWriteObject();  
    
            // 写入“数组的容量”  
            s.writeInt(elementData.length);  
    
        // 写入“数组的每一个元素”  
        for (int i=0; i<size; i++)  
                s.writeObject(elementData[i]);  
    
        if (modCount != expectedModCount) {  
                throw new ConcurrentModificationException();  
            }  
    
        }  
    
        // java.io.Serializable的读取函数：根据写入方式读出  
        // 先将ArrayList的“容量”读出，然后将“所有的元素值”读出  
        private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)  
            throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {  
            // Read in size, and any hidden stuff  
            s.defaultReadObject();  
    
            // 从输入流中读取ArrayList的“容量”  
            int arrayLength = s.readInt();  
            Object[] a = elementData = new Object[arrayLength];  
    
            // 从输入流中将“所有的元素值”读出  
            for (int i=0; i<size; i++)  
                a[i] = s.readObject();  
        }  
    }

总结：  
1、ArrayList无参构造方法构造的ArrayList的容量默认为10。  
2、添加元素的时候需要判断容量是否够大，也就是调用ensureCapacity方法，当容量不够的时候开辟新的容量空间，并调用Arrays.copyof()方法把老数组的元素拷贝到新的数组里面。  
![这里写图片描述][70 1]  
3、ArrayList是线程不安全的，多线程使用需要谨慎。  
4、ArrayList基于数组实现，可以通过下标索引直接查找到指定位置的元素，因此查找效率高，但每次插入或删除元素，就要大量地移动元素，插入删除元素的效率低。  
5、在查找给定元素索引值等的方法中，源码都将该元素的值分为null和不为null两种情况处理，ArrayList中允许元素为null。

[Java_ArrayList_]: https://my.oschina.net/90888/blog/1625416
[ArrayList_JDK1.6]: http://www.cnblogs.com/hzmark/archive/2012/12/20/ArrayList.html
[Java_ArrayList]: https://www.cnblogs.com/zhangyinhua/p/7687377.html#_label0
[Java_ArrayList 1]: http://www.importnew.com/19867.html
[70]: /images/20220525/3bc1557cdfab49949f94071210307f15.png
[70 1]: /images/20220525/6f394be9c95e4bdca2ec6ce97b24570b.png