《Java基础知识》Java ArrayList源码分析

前言

分析ArrayList 的源码为JDK8版本。

源码分析

我们先看看一个案例：

public class test2 {

    public static void main(String[] args) {
        int index = 10000000;
        ArrayList arrayList = new ArrayList();
        LinkedList linkedList = new LinkedList();
        long time0 =  System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < index ; i++) {
            arrayList.add(i);
        }
        long time1 =  System.currentTimeMillis();
        System.out.println(time1 - time0);
        long time2 =  System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < index ; i++) {
            linkedList.add(i);
        }
        long time3 =  System.currentTimeMillis();
        System.out.println(time3 - time2);
    }
}

运行结果：（多次运行结果之后发现不一定谁插入快）

第二种情况，给ArrayList 设置长度。

public class test2 {

    public static void main(String[] args) {
        int index = 10000000;
        ArrayList arrayList = new ArrayList(index);
        LinkedList linkedList = new LinkedList();
        long time0 =  System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < index ; i++) {
            arrayList.add(i);
        }
        long time1 =  System.currentTimeMillis();
        System.out.println(time1 - time0);
        long time2 =  System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < index ; i++) {
            linkedList.add(i);
        }
        long time3 =  System.currentTimeMillis();
        System.out.println(time3 - time2);
    }
}

运行结果：

无法得出结论谁插入快。

我们来看看为什么ArrayList 插入也这么快呢？ 先来看看ArrayList 的源码

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

先分析ArrayList 的对象定义，发现继承AbstractList，实现 List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable 四个接口。

AbstractList ： 抽象类，定义了list的公共抽象方法。

List<E>： 接口， 定义了一些list的公共接口。

RandomAccess：标记接口，表示实现该接口的子类支持角标访问，主要用于判断list 是否实现该接口来知道是否可以通过下标访问，做中间件非常常用。

Cloneable：标记接口，表示实现该接口的子类可以进行克隆：https://www.cnblogs.com/jssj/p/13767756.html

Serializable：标记接口，表示实现该接口的子类可以实现序列化和反序列化：https://www.cnblogs.com/jssj/p/11766027.html

接下来我们看看ArrayList的add方法的源码

public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // 判断list的长度够不够，不够就扩容
    elementData[size++] = e;           //elementData 是list真正存储数据的数组
    return true;
}

ok. 我们看看ArrayLIst是如何扩容的。

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

    private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {      // 这一步是判断ArrayList是在创建对象的时候是否传入指定长度。没有传入指定长度的.
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);          // 则返回默认创建数组的长度，为了后面可以直接扩容。
        }
        return minCapacity;
    }

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

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)        //判断当前数组的长度是否够用，不够用，调用grow方法扩容。
            grow(minCapacity);
    }

    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;                 //获取原长度
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);   //扩大1.5倍得到新长度。
        if (newCapacity - minCapacity < 0)                    //新获得的长度是否小于要出入的位置，如果小，则直接扩大到需要插入位置的大小。（不知道什么场景会进这里）
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)                 // 数组的长度不能超过Integer 的长度-8. 8 指的是数组本身也需要暂用的空间。
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);  // 复制数组。真正的复制逻辑是native本地方法。
    }

指定位置添加元素：

    public void add(int index, E element) {
        rangeCheckForAdd(index);         // 判断index是否有效

        ensureCapacityInternal(size + 1);  // 上面已经讲过原理。
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                         size - index);    // 从该位置复制一份后面的值，全部往后移。
        elementData[index] = element;      // 最后在当前位置修改元素值。
        size++;
    }

看看ArrayList 是如何删除的：

    public E remove(int index) {
        rangeCheck(index);    // 判断角标是否越界
        modCount++;           //操作计数器（用于迭代器迭代的时候如果这个list发送变化，能够及时感知到，提前报错，而不是获取错误数据）
        E oldValue = elementData(index);     

        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);              // 从删除位置开始到最后的值，全部向前移动。
        elementData[--size] = null;         // clear to let GC do its work  最后一位清空。 

        return oldValue;
    }

关于操作计数器(modCount)，再通过案例说明一下

public class test2 {

    public static void main(String[] args) {
        int index = 100;
        ArrayList arrayList = new ArrayList(index);
        for (int i = 0; i < index ; i++) {
            arrayList.add(i);
        }

        Iterator<Integer> iterator = arrayList.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            int a =  iterator.next();
            if(a == 3){
                arrayList.remove(a);      // list 删除了元素
            }
        }
    }
}

运行结果：

从案例中我们可以看到，迭代的过程中是不允许删除或者添加元素的，修改没有问题，要保证长度不变。

再来看一个案例

public class test2 {

    public static void main(String[] args) {
        long[] long1 = new long[]{1,2,3,5};
        List arrayList1 = Arrays.asList(long1);
        System.out.println(arrayList1.size());

        Long[] long2 = new Long[]{1l,2l,3l,5l};
        List arrayList2 = Arrays.asList(long2);
        System.out.println(arrayList2.size());
    }
}

运行结果：

我们要注意基本数据类型是不支持泛型化的。所以数组转list需要小心这种情况。

扩展知识，不可变集合

public class test2 {

    public static void main(String[] args) {
        //  不可变集合
        List list = Collections.unmodifiableList(Arrays.asList("2","5","7"));
        list.add("9");    // 该操作是不允许的
    }
}

运行结果：

总结

1. ArrayList 的底层数据结构使用的是数组。

2. ArrayList是通过创建1.5倍长度的数组来进行扩容的。

3. ArrayList被迭代的时候是不能改变原list的长度的。

4. 使用Arrays.asList 方法的时候需要注意数组是否为基本类型。