Java集合-ArrayList源码解析-JDK1.8

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ArrayList简介
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ArrayList 是一个数组队列，相当于 动态数组。与Java中的数组相比，它的容量能动态增长。它继承于AbstractList，实现了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable这些接口。

1. AbstractList、List提供了添加、删除、修改、遍历等功能。
2. RandmoAccess提供了随机访问功能
3. Cloneable提供了可以被克隆的功能
4. Serializable提供了序列化的功能
5. 和Vector不同，ArrayList中的操作不是线程安全的！所以，建议在单线程中才使用ArrayList，而在多线程中可以选择Vector或CopyOnWriteArrayList。

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ArrayList的属性
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/** * 数组默认的大小 */ private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; /** * 使用数组大小为0时的默认缓冲区 */ private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {}; /** * 使用ArrayList(int initialCapacity)构造方法时且initialCapacity为0时缓冲区 */ private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; /** * 真实存储arraylist元素的数组缓冲区 */ transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access /** * List的实际大小 */ private int size; /** * 数组可分配的最大大小 */ private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8; /** * 特别注意这个是继承自AbstractList的属性，用来记录List被修改的次数 */ protected transient int modCount = 0;

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ArrayList的构造方法
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/** * 无参构造方法，初始化elementData */ public ArrayList() { this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA; } /** * 根据参数构建具有初始大小的构造方法 */ 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); } } /** * 创建一个包含collection的ArrayList */ 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; } }

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ArrayList的方法
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接下来我们就以ArrayList的几个比较经典的方法来看一下它是如何设计的。

首先是添加方法，添加的方法一共有3个：

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/** * 添加元素 */ public boolean add(E e) { //计算数组最新的容量，以及判断是否需要扩容 ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! elementData[size++] = e; return true; } /** * 指定索引添加元素 */ public void add(int index, E element) { //判断索引是否越界 rangeCheckForAdd(index); //计算数组最新的容量，以及判断是否需要扩容 ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! //调用系统底层的复制方法 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); elementData[index] = element; //List长度+1 size++; } /** * 添加一个集合 */ 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; }

仔细观察上方三个添加的方法，它们都调用了ensureCapacityInternal方法，这个方法的参数是执行当前添加操作所需要的数组容量。它会根据传递的参数来计算数组是否需要扩容，如果需要扩容则完成扩容操作。
不同之处在于，上方的两个方法添加的只有一个元素，所以传的size+1，而addAll因为是添加的一个集合所以传的参数是size+集合的长度。

接着看这个方法的实现：

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/** * 计算数组最新的容量 * @param minCapacity */ private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { //如果创建ArrayList时指定大小为0 if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { //如果本次添加的大小比初始容量10大的话则不使用默认的容量10，直接使用本次添加的大小作为初始容量 minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); } ensureExplicitCapacity(minCapacity); } /** * 记录修改次数，调用扩容方法 * @param minCapacity */ private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { modCount++; // overflow-conscious code if (minCapacity - elementData.length > 0) //扩容 grow(minCapacity); } /** * 扩容 */ private void grow(int minCapacity) { // 获取原来的数组长度 int oldCapacity = elementData.length; //新容量设置为老容量的1.5倍 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //如果新容量还不够存放本次需要添加的大小，则直接扩容到本次添加的大小 if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity; //如果新容量超出数组最大容量 if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // 调用Arrays的复制方法更新数据缓冲池 elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } //判断容量是否溢出 private static int hugeCapacity(int minCapacity) { if (minCapacity < 0) // overflow throw new OutOfMemoryError(); return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE; }

以上就是ArrayList动态扩容的实现方式了，这里注意一下扩容是通过新建一个数组来替换原先的数组来进行的：

1	elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);

接下来看删除操作：

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/** * 遍历数组，找出需要删除的元素的索引，并调用删除方法 */ public boolean remove(Object o) { if (o == null) { for (int index = 0; index < size; index++) if (elementData[index] == null) { //具体删除方法 fastRemove(index); return true; } } else { for (int index = 0; index < size; index++) if (o.equals(elementData[index])) { fastRemove(index); return true; } } return false; } /** * 删除指定索引的元素 * */ public E remove(int index) { //判断是否越界 rangeCheck(index); //记录修改次数 modCount++; E oldValue = elementData(index); //计算需要移动的位置 int numMoved = size - index - 1; if (numMoved > 0) //使用系统底层方法移动数组，将需要删除的元素放到数组最后 System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); //数组长度减一，删除数组最后一个位置的元素 elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work return oldValue; } /* * 删除指定元素 */ 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 }

需要注意的是删除一个元素也是通过底层的方法实现的。

接着看get和set相对就比较简单了。

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public E get(int index) { //判断索引是否越界 rangeCheck(index); return elementData(index); } /** * 判断索引是否越界 */ private void rangeCheck(int index) { if (index >= size) throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index)); } public E set(int index, E element) { //判断索引是否越界 rangeCheck(index); //获取此索引原先的值 E oldValue = elementData(index); elementData[index] = element; return oldValue; }

看了ArrayList的增删改查方法相信你已经明白了为什么一直有人告诉你ArrayList查询修改效率高而添加和删除效率低了。

ArrayList的序列化方式同样是比较有意思的，一开始看到ArrayList实现了Serializable我们就知道它是可以序列化的，但是实际存储的数组elementData却是transient，观看下方代码你就可以找到答案：

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/** * 将List写入s，注意先写容量，然后在写数据 * @param s * @throws java.io.IOException */ private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOException{ // Write out element count, and any hidden stuff int expectedModCount = modCount; s.defaultWriteObject(); // 首先写数组容量 s.writeInt(size); // 遍历写数组中的元素 for (int i=0; i<size; i++) { s.writeObject(elementData[i]); } if (modCount != expectedModCount) { throw new ConcurrentModificationException(); } } /** * 读取s中的List */ private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) throws java.io.IOException, ClassNotFoundException { elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; // Read in size, and any hidden stuff s.defaultReadObject(); // 首先读数组容量 s.readInt(); // ignored if (size > 0) { // be like clone(), allocate array based upon size not capacity ensureCapacityInternal(size); Object[] a = elementData; // Read in all elements in the proper order. for (int i=0; i<size; i++) { a[i] = s.readObject(); } } }

鉴于篇幅有限，本篇文章仅列出上方部分代码，ArrayList完整源码解析请看：https://github.com/shiyujun/syj-study-demo！！！