ArrayList原理解析

简介

ArrayList就是动态数组，用MSDN中的说法，就是Array的复杂版本，它提供了动态的增长和减小元素，实现了ICollection和IList接口，灵活的设置数组的大小等好处

有图有码

图为手工画的，有点丑见谅 _！

1. 初始化集合ArrayList list = new ArrayList();
   由于使用无参构造时候集合容器为空，因此无任何空位。
2. 第一次添加元素 add("a") 第一次添加元素时候，检测容器为空，根据默认容量10进行初始化容器。而后将元素放置到第一个空位中。 初始化容器：
   增长一个元素：
3. 第十一次添加元素 add("k") 第十一次添加元素，发现元素超出容量，因此进行一次扩容，扩容后的大小为原容量加原容量的二分之一，即为15；而后将元素放置到第是一个空位中。
   增长容量：
   增长一个元素：
4. 移除期中一个元素 remove(3) 移除第三个元素，将数组从第四个元素到最后一个元素放置到第三个元素开始到最后，而后将数组的最后一位元素设为null。 

源码分析

构造方法

//无参构造方法，初始化elementData为{} private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; //元素数组 transient Object[] elementData; //集合大小 private int size; //默认容量 private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; public ArrayList() { this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA; }

//指定容量大小的构造方法 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); } }

//带有初始化数据的构造 public ArrayList(Collection<? extends E> c) { elementData = c.toArray(); if ((size = elementData.length) != 0) { // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652) // 由于c.toArray返回的不必定为Object[] // 如Object[] objs = new String[]{""}; // objs[0]=new Object();//java.lang.ArrayStoreException: java.lang.Object //经测试 在1.8被修复了^_^ if (elementData.getClass() != Object[].class) elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); } else { // replace with empty array. this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; } }

方法及源码

• add

//增长一个元素 public boolean add(E e) { //确保有空余的容量，不然则增长容量 ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! elementData[size++] = e; return true; }

//指定位置插入一个元素 public void add(int index, E element) { //检测下标是否越界，不然 throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index)); rangeCheckForAdd(index); ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! //拷贝数组，为新元素腾出一个空位 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); elementData[index] = element; size++; }

//确保有空余的容量，不然则增长容量 private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { //若是集合为空，则取默认和当前size+1较大的值 if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); } ensureExplicitCapacity(minCapacity); } //判断当前容量是否够用 private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { modCount++; // overflow-conscious code if (minCapacity - elementData.length > 0) //增长容量 grow(minCapacity); } //增长容量 private void grow(int minCapacity) { // overflow-conscious code int oldCapacity = elementData.length; //新容量=原来大小+原来大小/2，也就是说扩容原来大小的一半。 //备注： x>>1=x/2 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //若是新容量还不够用，设容量为所需容量 if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity; //如过所需容量大于最大容量Integer.MAX_VALUE - 8,则设置超大容量 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); } //设置超大容量，capacity=Integer.MAX_VALUE=2147483647 private static int hugeCapacity(int minCapacity) { if (minCapacity < 0) // overflow throw new OutOfMemoryError(); return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE; }

• remove

//首先根据对象循环对比，找出第一个相等的对象的下标 //而后经过fastRemove方法进行快速移除 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; }

//根据下标进行移除，返回被移除的元素 public E remove(int index) { //检查下标是否越界 rangeCheck(index); modCount++; E oldValue = elementData(index); //计算出要拷贝的对象个数 int numMoved = size - index - 1; //移除的原理就是将指定下标的后面元素所有向前移动一步，将末端元素设为null if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work return oldValue; }

//快速移除方法 private void fastRemove(int index) { modCount++; int numMoved = size - index - 1; //移除的原理就是将指定下标的后面元素所有向前移动一步，将末端元素设为null if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work }

• get

public E get(int index) { //检测下标是否越界 rangeCheck(index); return elementData(index); }

• set

//修改某个下标的元素 public E set(int index, E element) { //检测下标是否越界 rangeCheck(index); //获取老的元素 E oldValue = elementData(index); //赋值新的元素 elementData[index] = element; return oldValue; }

• clear

//清楚集合，循环元素，将每一个元素设置为null public void clear() { modCount++; // clear to let GC do its work for (int i = 0; i < size; i++) elementData[i] = null; size = 0; }

总结

经过源码分析，ArrayList集合就是经过System.arraycopy方法将普通数组Object[]包装为一个动态数组，实现数组的增删改查。

• 优势
  一、修改元素和经过下标查询元素效率高
  二、集合是有顺序的
• 缺点
  一、删除元素效率低，由于要经过拷贝数组来实现
  二、大量新增效率低，由于大量新增的时候要不断进行扩容和数组的拷贝
  三、清除集合效率低，由于清除功能是经过循环数组进行清除的
  四、移除元素后，容量有大量剩余，须要手动调用trimToSize进行清理

其余

一、使用时候若是知道预期容量，建议设定容量，避免不断扩容影响效率。
二、建议改进清除操做，避免使用循环进行清除。

参考

• 百度百科 http://baike.baidu.com/link?url=Ff4TnTpO2FNkD2y4Z0VuM_caPtYUkV74O4f-rFnXB_kvu-KA8FlttknMy481CwO2XcN1nfhZHqk7UAnBKVMOgki5rB3WlfLvxZHuJktz8gu
• 由ArrayList构造函数源码引出的问题 http://www.cnblogs.com/zhizhizhiyuan/p/3662371.html

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