jdk1.6的集合源码阅读之ArrayList
1. 简述
ArrayList其实就是动态数组，是Array的复杂版本，动态扩容和缩容，灵活的设置数组的大小，等等。java
其定义以下编程
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
ArrayList继承了AbstractList(这是一个抽象类，对一些基本的List操做进行了实现)，实现了List。数组
ArrayList实现了RandmoAccess接口，即提供了随机访问功能。安全
ArrayList 实现了Cloneable接口，即覆盖了函数clone()，能被克隆。多线程
ArrayList 实现java.io.Serializable接口，这意味着ArrayList支持序列化，能经过序列化去传输。app
和Vector不一样， ArrayList中的操做不是线程安全的 ！因此，建议在单线程中才使用ArrayList，而在多线程中能够选择Vector或者CopyOnWriteArrayList。dom
其继承结构以下图ide
蓝色线条：继承函数
绿色线条：接口实现测试
2.List接口
Iterable和Collection接口里面声明的方法咱们已经看过，如今看下List里面的方法：
List基础了Collection的全部方法，还本身声明了一些针对List操做的独有的方法
public interface List<E> extends Collection<E> {
int size();
boolean isEmpty();
boolean contains(Object o);
Iterator<E> iterator();
Object[] toArray();
<T> T[] toArray(T[] a);
boolean add(E e);
boolean remove(Object o);
boolean containsAll(Collection<?> c);
boolean addAll(Collection<? extends E> c);
boolean addAll( int index, Collection<? extends E> c);
boolean removeAll(Collection<?> c);
boolean retainAll(Collection<?> c);
void clear();
boolean equals(Object o);
int hashCode();
//上面是继承自Collection的方法，下面就是List本身独有的方法
E get( int index);
E set( int index, E element);
void add( int index, E element);
E remove( int index);
int indexOf(Object o);
int lastIndexOf(Object o);
ListIterator<E> listIterator();
ListIterator<E> listIterator( int index);
List<E> subList( int fromIndex, int toIndex);
}
而AbstractCollection实现了Collection的部分方法和AbstractList继承了该AbstractCollection和实现了List部分方法，两个的源码就再也不这儿分析了，主角是ArrayList。
3.ArrayList的底层存储
private transient Object[] elementData; private int size;
能够看出，底层存储是数组，仍是Object类型。elementData数组是使用transient修饰的，关于transient关键字的做用简单说就是java自带默认机制进行序列化的时候，被其修饰的属性不须要维持, 简单的理解就是：
java序列化的时候，带有transient 修饰的属性，不被序列化进去。
size是是用来记数的，表示容器的元素个数。为何不用elementData.length来表示容器的个数呢？
答：由于数组的大小刚开始默认分配是10，可是若是只存了5个对象，那么，后面几个为null，没有意义，因此须要使用size来记数，容器的元素到底有几个。这就是这个设计的目的。
4.ArrayList的构造方法
它有三个构造方法，分别针对不一样状况下的初始化状况，代码以下;
//按照指定的容量进行初始化
public ArrayList(int initialCapacity) {
super();//调用父类的构造函数，父类的构造函数自己没作什么事情
if (initialCapacity < 0) //检查所传入的参数的合法性
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
this.elementData = new Object[initialCapacity];
}
/**
//默认初始化容量为10
public ArrayList() {
this(10);
}
//将一个容器来初始化成本身的容器元素
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
size = elementData.length;
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
}
下面介绍其增删改查
5.增长方法
//增长指定的元素到容器，在末尾
public boolean add(E e) {
//检查容量
ensureCapacity(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
//在指定位置插入本身想增长的元素
public void add(int index, E element) {
//检查要插入的位置释放合法
if (index > size || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException(
"Index: "+index+", Size: "+size);
//确保容量
ensureCapacity(size+1); // Increments modCount!!
//将数组的index机器之后的元素拷贝到index+1的位置极其之后
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;
size++; //容量加1
}
//增长一个集合的元素到ArrayList里面去
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacity(size + numNew); // Increments modCount
//将该内容拷贝容器的数组的后面
System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
// 在指定的位置加入一个集合的元素
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
if (index > size || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException(
"Index: " + index + ", Size: " + size);
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacity(size + numNew); // Increments modCount
int numMoved = size - index;
if (numMoved > 0)
//先将该容器的index后面的元素拷贝到index+newNew以后，由于要留出位置拷贝要加入的内容
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
numMoved);
将c集合容器的内容拷贝到容器的index极其以后
System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
//容器元素个数增长
size += numNew;
return numNew != 0;
}
6.数组扩容
其实在每次增长以前，都进行检查了，不够就扩容
检查并扩容的方法以下：
//数组容量检查，不够就进行扩容
//参数为容器最小须要的容量（长度）
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
//取得当前数组的长度
int oldCapacity = elementData.length;
若是容器须要的长度大于数组的总容量（长度）
if (minCapacity > oldCapacity) {
Object oldData[] = elementData;
//则数组的长度变为当前数组长度的1.5倍+1
int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;
if (newCapacity < minCapacity)
//若是新的数组长度仍是小于其容器须要的最小容量，则数组长度则直接等于容器的须要的容量
newCapacity = minCapacity;
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
//建立这个扩容后的长度的数组，没有值的默认为null
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
}
7.删除
//根据元素的位置删除元素
public E remove(int index) {
//检查位置的范围
RangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = (E) elementData[index];
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
//将index后面的元素拷贝到index上面，长度为后面的该移动的元素个数
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
//将最后一位数组元素置为null，这样垃圾回收机制就能够回收了（作的很好），而后将size大小减一
elementData[--size] = null; // Let gc do its work
//返回老的元素
return oldValue;
}
//删除指定的元素
public boolean remove(Object o) {
//若是元素为null
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;
}
//能够看出这个私有方法，只能它本身使用，根据位置，快速删除
private void fastRemove(int index) {
modCount++;
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; // Let gc do its work
}
private void RangeCheck(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(
"Index: "+index+", Size: "+size);
}
//清空容量里面的元素，并将大小置为0
public void clear() {
modCount++;
// Let gc do its work
for (int i = 0; i < size; i++)
elementData[i] = null;
size = 0;
}
总结：能够看出指定元素删除和根据位置删除方法比，速度要快不少，由于少了查找位置的循环。若是知道位置的话，咱们应该尽可能选择根据元素的位置删除。
8.缩容
咱们知道，在添加元素的时候，咱们有可能会扩容，可是我删除元素的时候，却没有缩容，虽然咱们将数组对应位置置为null，其引用的对象会被gc回收，可是数组容量会愈来愈大了（这个操做类库里面只提供，本身基本没有调用，应用程序应该 谨慎调用）。
//将数组的容量大小变为实际的容器的元素个数那么大
public void trimToSize() {
modCount++;
int oldCapacity = elementData.length;
if (size < oldCapacity) {
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
}
}
9.更新容器元素
//将指定位置的元素更改成指定的元素，并返回老的元素
public E set(int index, E element) {
RangeCheck(index);
E oldValue = (E) elementData[index];
elementData[index] = element;
return oldValue;
}
10.查找容器元素
//获取指定位置的容器元素
public E get(int index) {
RangeCheck(index);
return (E) elementData[index];
}
小结：增长和删除的时候，咱们发现代码写的不少，并且用到了System.arraycopy来移动元素，效率极低，而查找和更新的时候，直接使用下标，很是简单，效率极高。
11.其他的容器操做
11.1 查找元素是否在容器中
//判断容器是否包含元素
public boolean contains(Object o) {
//若是位置返回为正，则包含
return indexOf(o) >= 0;
}
//查看元素在容器中位置序号
public int indexOf(Object o) {
if (o == null) {
for (int i = 0; i < size; i++)
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = 0; i < size; i++)
if (o.equals(elementData[i]))//注意这儿是使用Object里面的equal方法，因此是判断两个对象的引用是否是同一个对象。
return i;
}
return -1;
}
//返回元素在容器中最后一次的位置
public int lastIndexOf(Object o) {
if (o == null) {
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}
(o.equals(elementData[i]))
//注意这儿是使用Object里面的equal方法，因此是判断两个对象的引用是否是同一个对象。若是不是为-1
因此在下面有一个例子来讲明
一个Recipe类
package it_cast.day01;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
public class Recipe {
private String name;
private String key;
private List<Recipe> childrenDepend;
private Integer order;
//private Recipe mRecipe;
public List<Recipe> getChildrenDepend() {
return childrenDepend;
}
public void setChildrenDepend(List<Recipe> childrenDepend) {
this.childrenDepend = childrenDepend;
}
public Recipe() {
super();
// TODO Auto-generated constructor stub
}
public Recipe(String name, String key) {
super();
this.name = name;
this.key = key;
}
public Integer getOrder() {
return order;
}
public void setOrder(Integer order) {
this.order = order;
}
public Recipe(String name, String key,
Integer order) {
super();
this.name = name;
this.key = key;
this.order = order;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public String getKey() {
return key;
}
public void setKey(String key) {
this.key = key;
}
//@Override
/*public String toString() {
return "Recipe [name=" + name + ", key=" + key + "]";
}*/
}
应用测试类
public class LinklistTestDemo2 {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
List <Recipe> a=new ArrayList<Recipe>();
Recipe rec=new Recipe("keepalive服务","A");
Recipe rec1=new Recipe("keepalive服务","B");
Recipe rec2=new Recipe("keepalive服务","C");
Recipe rec3=new Recipe("keepalive服务","D");
Recipe rec4=new Recipe("keepalive服务","E");
Recipe rec5=new Recipe("keepalive服务","E");
a.add(rec);
a.add(rec1);
a.add(rec2);
a.add(rec3);
a.add(rec4);
for(Recipe re:a){
System.out.println("the app is："+re.getKey());
System.out.println(a.indexOf(re));
}
System.out.println(a.indexOf(rec5));
}
}
打印结果
the app is：A 0 the app is：B 1 the app is：C 2 the app is：D 3 the app is：E 4 -1
注意：因为rec5不是数组里面引用的对象，只是值相等，因此找不到很正常，这儿编写程序的人必定要注意了。
11.2 ArrayList转为数组
public Object[] toArray() {
return Arrays.copyOf(elementData, size);
}
public <T> T[] toArray(T[] a) {
if (a.length < size)
// Make a new array of a's runtime type, but my contents:
return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());
System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
if (a.length > size)
a[size] = null;
return a;
}
11.3克隆
public Object clone() {
try {
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();
}
}
11.4序列化
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
throws java.io.IOException{
// Write out element count, and any hidden stuff
int expectedModCount = modCount;
s.defaultWriteObject();
// Write out array length
s.writeInt(elementData.length);
// Write out all elements in the proper order.
for (int i=0; i<size; i++)
s.writeObject(elementData[i]);
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
// Read in size, and any hidden stuff
s.defaultReadObject();
// Read in array length and allocate array
int arrayLength = s.readInt();
Object[] a = elementData = new Object[arrayLength];
// Read in all elements in the proper order.
for (int i=0; i<size; i++)
a[i] = s.readObject();
}
打完收工，基本的差很少了
-------------------------------------------------------------------------------
后来看到好像有一个叫作FastArrayList的，刚开始还觉得比ArrayList要快不少，可是有篇文章说两个测试效率差很少。
http://blog.csdn.net/feng27156/article/details/8504763
------------------------------------如下更新于2019年6月8号-------------------------
如今复习这块知识以后，又有新的理解。
以前ArrayList的底层存储里面，使用了transient关键字，存储这个数组，以下：
private transient Object[] elementData;
当时在前面解释了，可是当时并无真正的理解，因此当时也就是随便解释了一下，其实任何事物背后必有道理。咱们应该认真思考一下，为何这个数组修饰符上面必定要加transient关键字呢？
1. transient 关键字的做用是java对象在序列化的时候，被该关键字修饰的变量，不进行默认的序列化。
那咱们要思考，其实ArrayList这个实现了Serializable接口，表示能够进行对象的序列化，可是不想对底层数组序列化，并且本身重写了序列化和反序列化方法，以下：
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
throws java.io.IOException{
// Write out element count, and any hidden stuff
int expectedModCount = modCount;
//调用默认的序列化的方法，将没有transient 关键字的字段给序列化了
s.defaultWriteObject();
// Write out size as capacity for behavioural compatibility with clone()
s.writeInt(size);
// Write out all elements in the proper order.
//序列化数组里面的内容，由于这个内容被关键字transient修饰了，只能手动序列化了
for (int i=0; i<size; i++) {
s.writeObject(elementData[i]);
}
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
/**
* Reconstitute the <tt>ArrayList</tt> instance from a stream (that is,
* deserialize it).
*/
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
// Read in size, and any hidden stuff
s.defaultReadObject();
// Read in capacity
s.readInt(); // ignored
if (size > 0) {
// be like clone(), allocate array based upon size not capacity
int capacity = calculateCapacity(elementData, size);
SharedSecrets.getJavaOISAccess().checkArray(s, Object[].class, capacity);
ensureCapacityInternal(size);
Object[] a = elementData;
// Read in all elements in the proper order.
for (int i=0; i<size; i++) {
a[i] = s.readObject();
}
}
}
能够看获得本身序列化里面，只序列化了，其真正存放的大小，而不是整个底层数组的内容，由于底层数组的大小通常都比实际的大小大不少，这些值，通常没有值的时候，默认的是null, 没有必要进行序列化。这个才是主要目的。
若是对象方法里面自动写了writeObject和readObject的话，那么对象序列化的时候，会调用这两个方法进行序列化，而不是默认的，能够在这两个里面调用defaultWriteObject和defaultReadObject进行默认的序列化。
这个能够参考：java编程思想的序列化的章节
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