008 Java集合浅析3

在前面的几节里，本教程从整体架构上去把握了JDK中的集合框架，并简单分析了其中Collection组的顶级接口，知道Collection接口的常见直接子接口有List、Set和Queue，并就这三个子接口的独有特性进行了简单地分析和比较。

本篇教程将会对实际编程中使用最频繁、最简单地ArrayList进行讲解，我先给出一个该类的类层次结构图。

从上面的结构图可以看出，集合框架的主题架构其实是以类为主体的，而不是接口。如果知道类、抽象类和接口之间的区别与联系，就能明白这里引入抽象类的原因。简单地说，如果不引入抽象类，每个具有Collection接口属性的类别都必须自己去实现该接口中的10多个方法，通过让类别直接继承自AbstractCollection这个抽象类，去除了重复代码。

首先，我们来看一下AbstractCollection这个抽象类的部分源码，如下：

public abstract class AbstractCollection<E> implements Collection<E> {

public boolean isEmpty() {

return size() == 0;

}

public boolean add(E e) {

throw new UnsupportedOperationException();

}

}

此抽象类就是Collection接口的实现，并实际实现了其中的某些方法，而且作为一个抽象类是不能直接用来实例化对象。

其次，再看看AbstractList这个抽象类的部分源码，如下：

public abstract class AbstractList<E> extends AbstractCollection<E> implements List<E> {

public boolean add(E e) {

add(size(), e);

return true;

}

}

此抽象类继承了AbstractCollection抽象类，并且实现了List接口，这就使得此类同时具备了普通Collection和特定的List类型集合的属性。注意：此类的subList方法返回的List<E>类型是两个内部类中的一个，要么是RandomAccessSubList<E>，要么是SubList<E>。

最后，我们再来仔细看看ArrayList的源码，部分源码如下：

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>

implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

{

private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

private transient Object[] elementData;

}

这个ArrayList作为一个非抽象方法，已经实现了抽象父类和父接口中的所有方法。整体来说，并没有太多新的方法和特性加入，但其中值得关注的点不少，现在我们就来一一剖析。

第一个不寻常的地方在于ArrayList实现了Serializable接口，但是该类的重要成员elementData却使用transient修饰符。transient修饰符的作用正是让被其修饰的变量不参与正常的序列化中，那么ArrayList是如何实现Serializable的呢？秘密藏在该类的两个方法：

private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)

throws java.io.IOException{

}

private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)

throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {

}

我们知道对于实现了Serializable接口的类，我们可以直接使用ObjectOutputStream和ObjectInputStream进行对象的序列化和反序列化。当我们的类中包含有这两个方法时，ObjectOutputStream的writeObject方法就会调用类中的writeObject方法。注意：如果的看得够仔细，你会发现writeObject方法是私有的，同时该方法在Object中并不存在，那么ObjectOutputStream作为外部类是如何找到writeObject方法并调用成功的呢？如果你知道Java的反射机制的话，我相信你可能已经猜到了，此处正是使用的反射机制。这里之所以如何操作是为了效率，毕竟只需要序列化elementData中size大小的变量，而不是capacity大小的变量。

第二个不寻常的地方在于ArrayList类的clone()方法，从类的定义中可以看到该类实现了Cloneable接口，根据Cloneable接口的语义，ArrayList类实现了自己的clone()方法，我们看一下源码：

public Object clone() {

try {

@SuppressWarnings("unchecked")

ArrayList<E> v = (ArrayList<E>) 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();

}

}

源码面前无秘密，可以看到方法中对于保存ArrayList内部数据的数组变量elementData是做了复制的，但是并没有针对数组变量本身再进行递归复制，所以在注释中写明了此方法是一个浅复制。

第三个不寻常的地方在于ArrayList类中含有一个名为modCount的变量，名字其实是modifyCount的缩写，表示ArrayList对象被修改的次数。而且这个modCount记录的只是修改size变量的次数，对于ArrayList对象中变量的替换是不会改变modCount的值。那么ArrayList类为什么要辛苦地去维护这个modCount变量值呢？如果你写过遍历ArrayList集合的同时去删除集合中某些元素的代码，并且你不是使用的迭代器方式的话，那么你一定遇到过ConcurrentModificationException异常。背后的原理就在于remove方法会修改modCount的值，而整个foreach循环过程不允许modCount值发生改变。

第四点来看一下ArrayList的内存数组增长机制，ArrayList模拟可动态增长的数组，其采用的内存增长机制也是很多笔试和面试题喜欢设计的话题，我们直接来看一下源码：

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);

}

从源码可以出到，通常情况下就是一个50%的增长幅度，但也可以直接设定具体增长的目标值。同时，某些JVM实际可分配的最大数组大小并不能达到Integer.MAX_VALUE，而是Integer.MAX_VALUE - 8。

关于ArrayList<E>还有比较多的知识点，限于篇幅就不一一讲解了，像其中迭代器模式的实现，内部类的使用等就暂时先跳过啦，以后以机会再专门讲解。最后提一下ArrayList<E>实现的RandomAccess这个接口，它是一个标记接口，本身不包含任何成员，用来标记某些集合类具有随机访问性，从而在应用泛型算法可以考虑利用该特点来提高算法性能。

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