Java基础—ArrayList源码浅析

注：以下源码均为JDK8的源码

一、　核心属性

　　基本属性如下：

　　

　　核心的属性其实是红框中的两个：

　　

　　//从注释也容易看出，一个是集合元素，一个是集合长度（注意是逻辑长度，即元素的个数，而非数组长度）

　　其中：transient指明序列化时请忽略。

 二、构造器

 　　一共有3个构造器：

　　

　　　　1.构造指定容量的ArrayList

　　　　

　　　　2.默认构造器

　　　　

　　　　//可以看到，默认初始容量为10（基本属性中的DEFAULT_CAPACITY）

　　　　而 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA是一个空数组，所有默认构造器初始化的都指向它，目的是为了防止我们创建过多的无用的List

　　　　如果创建ArrayList时用的是无参构造器，则第一次插入时会进行一次扩容并且扩到默认数组大小10

　　　　3.使用collection参数的构造器

　　　　

　　　　//接收一个集合进行构造，按照迭代器返回的顺序排列

　　更多容器初始化的介绍，参考是清浅池塘知乎专栏：https://zhuanlan.zhihu.com/p/27873515

三、添加元素

　　一共有5个（包含2个重载方法）

　　

　　　//由于是基于数组进行实现的，我们只要抓住它的特点，就能读懂总体的思路

　　　1.set(int,E)，使用新元素，替代指定位置旧元素

　　　　

　　　　//比较容易读懂的一个方法：检查下标->取得旧元素->替代->返回新元素

　　　　2.add(E)/add(int,E)，包含两个重载方法：在末尾添加元素与在指定位置添加元素

　　　

　　　//先检查容量是否需要扩容（扩容算法不在这里展开），再在结尾添加元素（size+1）

　　　

　　　　//同样的，涉及下标的都先检查下标，之后检查是否需要扩容，之后，由于是数组，先右移Index+1的元素，再添加

　　　　3.addAll()，两个addAll方法，与上面类似，一个为在末尾添加，一个在指定位置添加，顺序均为迭代器返回的顺序，这里就不展开：

/**
     * Appends all of the elements in the specified collection to the end of
     * this list, in the order that they are returned by the
     * specified collection's Iterator.  The behavior of this operation is
     * undefined if the specified collection is modified while the operation
     * is in progress.  (This implies that the behavior of this call is
     * undefined if the specified collection is this list, and this
     * list is nonempty.)
     *
     * @param c collection containing elements to be added to this list
     * @return <tt>true</tt> if this list changed as a result of the call
     * @throws NullPointerException if the specified collection is null
     */
    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;
    }

    /**
     * Inserts all of the elements in the specified collection into this
     * list, starting at the specified position.  Shifts the element
     * currently at that position (if any) and any subsequent elements to
     * the right (increases their indices).  The new elements will appear
     * in the list in the order that they are returned by the
     * specified collection's iterator.
     *
     * @param index index at which to insert the first element from the
     *              specified collection
     * @param c collection containing elements to be added to this list
     * @return <tt>true</tt> if this list changed as a result of the call
     * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
     * @throws NullPointerException if the specified collection is null
     */
    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;
    }

四、获取元素

　　一个我们常见的get方法：

　　

　　//比较简单的下标检查，获取元素

五、删除元素

　　3个基本的删除方法：

　　

　　1.remove(int)/remove(Object)，两个重载方法，分别是按照下标和按照元素删除：

　　

　　

　　//范围检查->修改次数modCount加1->得到将要删除的元素，被删除元素后的元素向前进一位，末尾元素置空。

　　关于modCount:

　ArrayList也采用了快速失败的机制，通过记录modCount参数来实现。在面对并发的修改时，迭代器很快就会完全失败，而不是冒着在将来某个不确定时间发生任意不确定行为的风险。　

在使用迭代器遍历的时候，如果使用ArrayList中的remove(int index) remove(Object o) remove(int fromIndex ,int toIndex) add等方法的时候都会修改modCount，在迭代的时候需要保持单线程的唯一操作，如果期间进行了插入或者删除，就会被迭代器检查获知，从而出现运行时异常

　　

　　

　　//先检查要删除的元素在不在，存在则删除返回true，不存在返回false

　　2.removeRange(int,int)，按照范围删除，实际是将elementData从toIndex位置开始的元素向前移动到fromIndex，然后将toIndex位置之后的元素全部置空顺便修改size。这里就不展开频率使用不高的范围删除方法了：

/**
     * Removes from this list all of the elements whose index is between
     * {@code fromIndex}, inclusive, and {@code toIndex}, exclusive.
     * Shifts any succeeding elements to the left (reduces their index).
     * This call shortens the list by {@code (toIndex - fromIndex)} elements.
     * (If {@code toIndex==fromIndex}, this operation has no effect.)
     *
     * @throws IndexOutOfBoundsException if {@code fromIndex} or
     *         {@code toIndex} is out of range
     *         ({@code fromIndex < 0 ||
     *          fromIndex >= size() ||
     *          toIndex > size() ||
     *          toIndex < fromIndex})
     */
    protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
        modCount++;
        int numMoved = size - toIndex;
        System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,
                         numMoved);

        // clear to let GC do its work
        int newSize = size - (toIndex-fromIndex);
        for (int i = newSize; i < size; i++) {
            elementData[i] = null;
        }
        size = newSize;
    }

清空元素也比较容易看懂：

　　

　　//元素置Null与size置0

　　在ArrayList中，底层数组存/取元素效率非常的高(get/set)，时间复杂度是O(1)，而查找，插入和删除元素效率不高，时间复杂度为O(n)。

并且由源码也知道，频繁地插入删除会导致底层数组地复制，这个应当由 LinkedList来弥补它地补足了。