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JDK源码阅读之ArrayList

分类: 文章 • 2024-09-03 23:08:16

JDK源码阅读之ArrayList

ArrayList简介

List 接口的大小可变数组的实现。实现了所有可选列表操作，并允许包括 null 在内的所有元素。除了实现 List 接口外，此类还提供一些方法来操作内部用来存储列表的数组的大小。（此类大致上等同于 Vector 类，除了此类是不同步的。）

从这句话中我们可以看出ArrayList的两个特点，1-大小可变，2-基于数组实现

size、isEmpty、get、set、iterator 和 listIterator 操作都以固定时间运行。add 操作以分摊的固定时间 运行，也就是说，添加 n 个元素需要 O(n) 时间。其他所有操作都以线性时间运行（大体上讲）。与用于 LinkedList 实现的常数因子相比，此实现的常数因子较低。

从这段话中我们读出的意思是：add方法与其他方法不一样，其实他也是这个类的核心方法。

每个 ArrayList 实例都有一个容量。该容量是指用来存储列表元素的数组的大小。它总是至少等于列表的大小。随着向 ArrayList 中不断添加元素，其容量也自动增长。并未指定增长策略的细节，因为这不只是添加元素会带来分摊固定时间开销那样简单。

从这里我们看出：ArrayList中有一个重要的变量：容量，他会贯穿这个类的核心
另外注意一点是：ArrayList不是线程安全的，而ArrayList替代的集合类Vector就是一个线程安全的类

ArrayList类图

JDK源码阅读之ArrayList
ArrayList 实现了List接口，RandomAccess接口–代表着可以随机访问，实现了Cloneable接口，可以实现复制，这里的复制不是浅复制是深拷贝。还实现了Serializable接口，实现序列化。继承了AbstractList接口。

ArrayList的重要方法简介

构造方法

public ArrayList(int initialCapacity) {
        if (initialCapacity > 0) {
            this.elementData = new Object[initialCapacity];
        } else if (initialCapacity == 0) {
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        } else {
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        }
    }

    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
        elementData = c.toArray();
        if ((size = elementData.length) != 0) {
            // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
            if (elementData.getClass() != Object[].class)
                elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
        } else {
            // replace with empty array.
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        }
    }

构造方法一共有三个，其中一个是默认的构造函数，这个函数会初始化一个空数组，添加元素后会扩容到默认的容量大小10！第二个构造函数是指定容量，还是初始化一个空的数组，但是添加元素的时候不会扩容到默认的容量大小。第三个构造函数的参数是一个集合，他会将集合中的元素以及大小记录。（注意：入宫容量为0，或者集合为空，那么处理方法是和第一个构造函数一致的）

精华方法

public void add(int index, E element) {
        rangeCheckForAdd(index);

        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                         size - index);
        elementData[index] = element;
        size++;
    }
    
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }

        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }
    
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }

private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

扩容的步骤可以概括为：

  1. 检验容量是否足够；minCapacity - elementData.length > 0，一旦需要的容量大于现有的容量，那么立即扩容。
  2. 扩充的容量是当前容量的1.5倍
  3. 检验容量是否足够满足需要的容量
    补充：这里的扩量的1.5倍没有使用乘法，而是使用左移运算 oldCapacity + (oldCapacity >> 1)。

重点方法

remove

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; // clear to let GC do its work

        return oldValue;
    }
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;
    }
private void fastRemove(int index) {
        modCount++;
        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
    }

从源码中我们看出arrayList的移除操作还是比较复杂的，首先是确定需要移除的元素的下标，然后将后面的元素一一的往前移动，将最后一个元素置为null，并且将大小改变。其实从底层的实现我们可以猜到删除元素这一个过程是怎样的。
另外他们都有一个共同点就是对modCount这个变量加1了。

clean

public void clear() {
        modCount++;

        // clear to let GC do its work
        for (int i = 0; i < size; i++)
            elementData[i] = null;

        size = 0;
    }

一个循环将所有的元素置为null

clone

public Object clone() {
        try {
            ArrayList<?> v = (ArrayList<?>) super.clone();
            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(e);
        }
    }

实现的是深拷贝，不是浅复制

一些简单的，不常用的就不复制粘贴了，阅读源码的时候会有不一样的感受。

补充

ArrayList也自己实现了两个迭代器和一个包装外壳SubList。

ArrayList的阅读感想

ArrayList和父类相比，最明显的特点是：父类是不可改变的集合，而ArrayList是大小可变的集合。和Vector类相比，最明显的特点是：Vector是线程安全的，ArrayList不是线程安全。所以ArrayList的核心就是怎么实现大小可变，也就是扩容的方法。

说明

本文是本人撰写，如果对于读者有什么启发或者帮助，那是我的荣幸。如果对于本文中有什么错误，或者意见，可以留言或者联系我：[email protected]

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