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  • ArrayList 源码

    总体介绍

    ArrayList实现了List接口,是顺序容器,即元素存放的数据与放进去的顺序相同,允许放入null元素,底层通过数组实现。除该类未实现同步外,其余跟Vector大致相同。每个ArrayList都有一个容量(capacity),表示底层数组的实际大小,容器内存储元素的个数不能多于当前容量。当向容器中添加元素时,如果容量不足,容器会自动增大底层数组的大小。前面已经提过,Java泛型只是编译器提供的语法糖,所以这里的数组是一个Object数组,以便能够容纳任何类型的对象。

    size(), isEmpty(), get(), set()方法均能在常数时间内完成,add()方法的时间开销跟插入位置有关,addAll()方法的时间开销跟添加元素的个数成正比。其余方法大都是线性时间。

    为追求效率,ArrayList没有实现同步(synchronized),如果需要多个线程并发访问,用户可以手动同步,也可使用Vector替代。

    方法剖析

    grow(int minCapacity)

    AarrayList核心的方法,能扩展数组大小的真正秘密。

    private void grow(int minCapacity) {
            // overflow-conscious code
            int oldCapacity = elementData.length;  //将扩充前的elementData大小给oldCapacity
            int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);//newCapacity就是1.5倍的oldCapacity
            if (newCapacity - minCapacity < 0)//这句话就是适应于elementData就空数组的时候,length=0,那么oldCapacity=0,newCapacity=0,所以这个判断成立,在这里就是真正的初始化elementData的大小了,就是为10.前面的工作都是准备工作。
                newCapacity = minCapacity;
            if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)//如果newCapacity超过了最大的容量限制,就调用hugeCapacity,也就是将能给的最大值给newCapacity
                newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
            // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        //新的容量大小已经确定好了,就copy数组,改变容量大小咯。
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
        }
    

    set()

    既然底层是一个数组ArrayListset()方法也就变得非常简单,直接对数组的指定位置赋值即可。

    public E set(int index, E element) {
        rangeCheck(index);//下标越界检查
        E oldValue = elementData(index);
        elementData[index] = element;//赋值到指定位置,复制的仅仅是引用
        return oldValue;
    }
    

    rangeCheck()

    private void rangeCheck(int index) {
        if (index >= size)
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }
    

    get()

    get()方法同样很简单,唯一要注意的是由于底层数组是Object[],得到元素后需要进行类型转换。

    public E get(int index) {
        rangeCheck(index);
        return (E) elementData[index];//注意类型转换
    }
    

    add() (四种)

    1. boolean add(E)

    /**
         * Appends the specified element to the end of this list.添加一个特定的元素到list的末尾。
         *
         * @param e element to be appended to this list
         * @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add})
         */
        public boolean add(E e) {    
        //确定内部容量是否够了,size是数组中数据的个数,因为要添加一个元素,所以size+1,先判断size+1的这个个数数组能否放得下,就在这个方法中去判断是否数组.length是否够用了。
            ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
         //在数据中正确的位置上放上元素e,并且size++
            elementData[size++] = e;
            return true;
        }ensureCapacityInternal()
    

    ensureCapacityInternal() 确定内部容量的方法

    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
            if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) { //看,判断初始化的elementData是不是空的数组,也就是没有长度
        //因为如果是空的话,minCapacity=size+1;其实就是等于1,空的数组没有长度就存放不了,所以就将minCapacity变成10,也就是默认大小,但是带这里,还没有真正的初始化这个elementData的大小。
                minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
            }
        //确认实际的容量,上面只是将minCapacity=10,这个方法就是真正的判断elementData是否够用
            ensureExplicitCapacity(minCapacity);
        }
    

    2. void add(int index, E element)

    public void add(int index, E element) {
            rangeCheckForAdd(index);//检查index也就是插入的位置是否合理。
    
    //跟上面的分析一样,具体看上面
            ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    //这个方法就是用来在插入元素之后,要将index之后的元素都往后移一位,
            System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                             size - index);
    //在目标位置上存放元素
            elementData[index] = element;
            size++;//size增加1
        }
    

    跟C++ 的vector不同,ArrayList没有push_back()方法,对应的方法是add(E e)ArrayList也没有insert()方法,对应的方法是add(int index, E e)。这两个方法都是向容器中添加新元素,这可能会导致capacity不足,因此在添加元素之前,都需要进行剩余空间检查,如果需要则自动扩容。扩容操作最终是通过grow()方法完成的。

    private void grow(int minCapacity) {
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);//原来的1.5倍
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);//扩展空间并复制
    }
    

    由于Java GC自动管理了内存,这里也就不需要考虑源数组释放的问题。

    空间的问题解决后,插入过程就显得非常简单。

    add(int index, E e)需要先对元素进行移动,然后完成插入操作,也就意味着该方法有着线性的时间复杂度。

    remove()

    remove()方法也有两个版本,一个是remove(int index)删除指定位置的元素,另一个是remove(Object o)删除第一个满足o.equals(elementData[index])的元素。删除操作是add()操作的逆过程,需要将删除点之后的元素向前移动一个位置。需要注意的是为了让GC起作用,必须显式的为最后一个位置赋null值。

    //删除指定位置的元素
    public E remove(int index) {
    	rangeCheck(index);//检查index的合理性
    
    	modCount++;//这个作用很多,比如用来检测快速失败的一种标志。
    	E oldValue = elementData(index);//通过索引直接找到该元素
    
    	int numMoved = size - index - 1;//计算要移动的位数。
    	if (numMoved > 0)
    //这个方法也已经解释过了,就是用来移动元素的。
    		System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
    //将--size上的位置赋值为null,让gc(垃圾回收机制)更快的回收它。
            elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
    //返回删除的元素。
            return oldValue;
        }
    
    //感觉这个不怎么要分析吧,都看得懂,就是通过元素来删除该元素,就依次遍历,如果有这个元素,就将该元素的索引传给fastRemobe(index),使用这个方法来删除该元素,
    //fastRemove(index)方法的内部跟remove(index)的实现几乎一样,这里最主要是知道arrayList可以存储null值
         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;
        }
    

    总结

    • arrayList可以存放null。
    • arrayList本质上就是一个elementData数组。
    • arrayList区别于数组的地方在于能够自动扩展大小,其中关键的方法就是gorw()方法。
    • arrayList中removeAll(collection c)和clear()的区别就是removeAll可以删除批量指定的元素,而clear是全是删除集合中的元素。
    • arrayList由于本质是数组,所以它在数据的查询方面会很快,而在插入删除这些方面,性能下降很多,有移动很多数据才能达到应有的效果
    • arrayList实现了RandomAccess,所以在遍历它的时候推荐使用for循环。
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