ArrayList解析

ArrayList

属性

    // 默认长度
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    // 底层是以数组格式存储
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
	// 实际长度
	private int size;

构造方法

ArrayList中提供了三个构造方法：

1、无参构造

   /**
     * Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
     */
    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

此处注意其注释，说默认容量大小是10的空数组，其实这里只是给了一个空数组。在第一次添加元素的时候才将容量扩大为10的，如下：

    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }

注意calculateCapacity方法：

    private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);  // DEFAULT_CAPACITY==10
        }
        return minCapacity;
    }

2、自定义长度的构造方法：

    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);
        }
    }

以上两个构造函数可以看出，如果在创建结合实例时就知道容量大小，就直接给出需要的大小，性能更高。

3、参数为Collection的构造函数：

    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;
        }
    }

这个构造函数稍微复杂一点，逻辑大致是先将集合转化为数组，然后通过反射的机制进行数组复制 。

常用方法

以下我们通过我们惯用的“增删改查”的逻辑来看ArrayList的常用方法。

增

1、boolean add(E e)

    /**
     * Appends the specified element to the end of this list.
     *
     * @param e element to be appended to this list
     * @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add})
     */
    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

我们上面提到了，这个方法是像集合中添加元素的方法，返回值是boolean类型。

注意：这个方法添加的元素都是集合的最后一个。

以下来分析底层实现：

    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }

重点关注ensureExplicitCapacity方法中的grow方法：

    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);
    }

这个方法主要就是集合的扩容的底层方法。

注意，重点关注：

// 将集合扩充到原来的1.5倍。如果原来的容量是奇数n，则现扩充为n+(n-1)/2的长度。（这个也是与Vector的区别之一）。
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

如果扩充1.5倍后不够用，则扩充为传入的长度；

如果传入的长度大于2^31-1-8，则调用hugeCapacity方法：

    private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }

2、void add(int index, E element)

    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++;
    }

这个方法基本与上个方法类似（底层调用的是同一个方法），不同的是，它是将元素添加到对应的位置上，同时向右移动当前位于该位置的元素以及所有后续元素（将其索引加1）。

3、boolean addAll(Collection<? extends E> c)

   public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        Object[] a = c.toArray();
        int numNew = a.length;
        ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount
        System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
        size += numNew;
        return numNew != 0;
    }

这个方法也不用多说，基本上看命名和参数就知道有什么用途，底层也类似。

4、boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c)

    public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
        rangeCheckForAdd(index);
        Object[] a = c.toArray();
        int numNew = a.length;
        ensureCapacityInternal(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

我们将几个删除方法放在一起看看：

1、E remove(int index)

    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;
    }

2、boolean remove

    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
    }

以上两个方法我们可以看出，集合的删除，基本上就是数组的（复制）操作，核心方法是System.arraycopy。我们看看该方法：

    public static native void arraycopy(Object src,  int  srcPos,
                                        Object dest, int destPos,
                                        int length);

该方法是一个native方法，也即该方法与平台有关，非java语言实现。此处不做过多涉及。

3、boolean removeAll(Collection<?> c)

    public boolean removeAll(Collection<?> c) {
        Objects.requireNonNull(c);
        return batchRemove(c, false);
    }

    private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {
        final Object[] elementData = this.elementData;
        int r = 0, w = 0;
        boolean modified = false;
        try {
            for (; r < size; r++)
                if (c.contains(elementData[r]) == complement)
                    elementData[w++] = elementData[r];
        } finally {
            // Preserve behavioral compatibility with AbstractCollection,
            // even if c.contains() throws.
            if (r != size) {
                System.arraycopy(elementData, r,
                                 elementData, w,
                                 size - r);
                w += size - r;
            }
            if (w != size) {
                // clear to let GC do its work
                for (int i = w; i < size; i++)
                    elementData[i] = null;
                modCount += size - w;
                size = w;
                modified = true;
            }
        }
        return modified;
    }

4、void clear()

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

一目了然，清空数组。

改

1、E set(int index, E element)

    public E set(int index, E element) {
        rangeCheck(index);
        E oldValue = elementData(index);
        elementData[index] = element;
        return oldValue;
    }

注意：这个方法是将原有位置的元素进行替换，长度不变。

查

    public E get(int index) {
        rangeCheck(index);
        return elementData(index);
    }

其余方法

void sort(Comparator<? super E> c)

    public void sort(Comparator<? super E> c) {
        final int expectedModCount = modCount;
        Arrays.sort((E[]) elementData, 0, size, c);
        if (modCount != expectedModCount) {
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
        modCount++;
    }

集合排序。

本质

通过以上的一些分析，我们基本上可以得出一个结论，也就是ArrayList的底层是数组，对ArrayList的操作，基本都是对数组的操作，归咎到数组的复制，数组元素的移动等。我们对于这种底层的认识很重要。

拓展

关于ArrayList和Vector区别如下：

• ArrayList在内存不够时默认是扩展50% + 1个，Vector是默认扩展1倍。
• Vector提供indexOf(obj, start)接口，ArrayList没有。
• Vector属于线程安全级别的，但是大多数情况下不使用Vector，因为线程安全需要更大的系统开销。

阅读源码的一些感悟

1、在《高效能程序员的修炼》一书中看到这样一句话，任何文档都比不上看源码，所有的本源都可以在源码中找到；

2、人类的智慧真的强大，而且在不断进步。就比如几个修改：

1）初始化

2）容量扩展计算改为了位移运算

3、读源码一定要深入进去，触类旁通，多多思考，多多对比。