数据结构 -- ArrayList

时间 2019-12-05

标签数据结构 arraylist 栏目 Java 繁體版

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构造器

ArrayList提供三个构造器
经过源码能够看出ArrayList的本质是数组 不管是那种类型的构造器，返回的elementData都是transient Object[] elementData
提出问题：既然返回的elementData都是transient 修饰的，那岂不是不序列化出去？一会给出答案
1 提供初始容量的
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);
    }
}

//2 无参构造器，默认容量10
public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

//3 提供初始数据构造器
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
    //List转换成数组  复制了原数据的一个副本而不仅是原数据的一个引用，可直接使用，不会影响原数据
    elementData = c.toArray();
    if ((size = elementData.length) != 0) {
        if (elementData.getClass() != Object[].class)
            //private int size;
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
    } else {
       // private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
}

writeObject readObject

由于ArrayList提供了读和写的方法，ArrayList在序列化的时候会调用writeObject，直接将size和element写入ObjectOutputStream；
反序列化时调用readObject，从ObjectInputStream获取size和element，再恢复到elementData。
为何不直接用elementData来序列化，而采用上诉的方式来实现序列化呢？缘由在于elementData是一个缓存数组，它一般会预留一些容量，等容量不足时再扩充容量，那么有些空间可能就没有实际存储元素，采用上面的方式来实现序列化时，就能够保证只序列化实际存储的那些元素，而不是整个数组，从而节省空间和时间。
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
    throws java.io.IOException{
    int expectedModCount = modCount;
    s.defaultWriteObject();
    s.writeInt(size);
    for (int i=0; i<size; i++) {
        s.writeObject(elementData[i]);
    }
    if (modCount != expectedModCount) {
        throw new ConcurrentModificationException();
    }
}

add(E e)

private int size;
  transient Object[] elementData; 
  private static final Object[];
  DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};  
  protected transient int modCount = 0;

 elementData 指一个数组，这个数组里面的数据就是，list里面add进来的数据
 public boolean add(E e) {
        //size指的是数组已使用长度
        //为何要+1 ，第一次调用add size=0，为了确保elementData[size++] = e够用，因此+1
        //该方法是void无返回的，主要是判断数组容量是否够用，够用不作操做，不够用扩容，而且都要modcount++;
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        // 1 size =0 elementData[0]=e   容量为1 ，在数组的第一个位置
        // 2 size =1 elementData[1]=e   容量为2 ，在数组的第二个位置
        // 该方法主要是对数组进行赋值 
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            // 若是是个空数组，给定默认长度10
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }

    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        //modCount指的是操做次数   第一次是1 ，第二次是2 
        modCount++;
        // 第一次 10-0>0  扩容   这里是由于第一次数组是[] ,给的minCapacity=10，10-0>0 因此第一次必然扩容
        // 第二次 2-10<0  不扩容  
        // 第三次 3-10 ......
        // 第十次 10-10=0 发现此次用完了，不够用了，要扩容了
        // minCapacity - elementData.length能够理解为，已经使用的数组容量比数组最大容量要大了，要不够用了，因此要扩容
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }

    private void grow(int minCapacity) {
        // 老数组容量为数组长度
        int oldCapacity = elementData.length;
        // 新数组容量是老数组容量的1.5倍
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        // 最小边界判断，通常不会进入
        // 通常来讲都是>0的，这里只是为了防止第一次的时候0-10<0的时候而写的判断
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;   10
        //  最大边界判断
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // 数组扩容，每次扩容原数组长度的1.5倍，这里是重点
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

add(int index，E elemet)

这个方法其实就是借助System.arraycopy方法进行复制后移，腾出空间放置元素
从这里就能够看出，数组插入不方便，由于下标相同的话，会向后移动数组
public void add(int index, E element) {
    //对下标index校验
    rangeCheckForAdd(index);
    //同add(E e)中的方法，肯定数组大小，不够扩容，增长modcount
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    // System.arraycopy下面具体讲
    //List<String>ss=new ArrayList<>();
    //ss.add(0,"111");
    //ss.add(1,"222");
    //ss.add(1,"333");
    //System.out.println(ss.toString());     [111, 333, 222]
    // 把elementData, index复制一份，放到elementData, index+1的地方， 再把element;放到 index的地方
    // 参考上面的例子就是，把"222"复制一份，放到第三个位置上，而后把333，放到第二个位置上，因此 [111, 333, 222]
    // 总结：1 add(int index,E elemet) 只有在下标相同的状况下，才会出现复制，向后移动的问题
    //      2 若是是顺序下标 0 1 2 这种的，不会向后移动，只是单纯的赋值
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                     size - index);
    elementData[index] = element;
    size++;
}


private void rangeCheckForAdd(int index) {
       // 塞入的下标不能大于当前已经使用的长度
       // 好比当前是个空数组 size=0
       // list.add(1,"111")  1>0 异常
       // 因此要按照顺序来插入  
       if (index > size || index < 0){
          throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
       }
}

System.arraycopy

public static native void arraycopy(Object src,  int  srcPos,
                                    Object dest, int destPos,
                                    int length);

src表示源数组，srcPos表示源数组要复制的起始位置，desc表示目标数组，destPos标识目标数组的起始位置，length表示要复制的长度java

从src的srcpos位置，复制length个数据，而后放置到 dest的destPos的位置上数组

int arr1[] = {1,2,3,4,5};
        int arr2[] = {11,22,33,44,55};
        System.arraycopy(arr1,0,arr2,2,2);
        System.out.println(Arrays.toString(arr2)); [11, 22, 1, 2, 55]
        从 arr1 的0处复制2个  int temp[]={1,2};   int arr2[]={11,22,temp,55};

浅拷贝仍是深拷贝---浅拷贝缓存

public static void main(String[] args) {
    User[] user1 = {new User(20, "lhx"), new User(21, "wyj")};
    User[] user2 = new User[2];
    System.arraycopy(user1, 0, user2, 0, user1.length);
    // 复制以后，判断里面的User用的是不是同一个，发现相同，浅拷贝
    System.out.println(user1[0] == user2[0] ? "浅拷贝" : "深拷贝");
    // 修改user2的名字
    user2[1].setName("sjh");
    //看看user1里面的内容是否改掉，发现被同时修改
    System.out.println(user1[1].getName());
    System.out.println(user2[1].getName());
}

另外clone也能实现复制，参考博客 https://blog.csdn.net/u014727260/article/details/55003402this

E remove(int index)

public E remove(int index) {
    //下标判断，传入的下标是否越界
    rangeCheck(index);

    // 每次操做都要modCount++
    modCount++;
    // 去除要删除的元素
    E oldValue = elementData(index);

    //
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        // 删除的原理：删除一个元素以后，要把以后的元素向前移动
        // 从当前删除元素的后一个元素起，复制numMoved个长度，放到被删除的index的位置上
        // [1,2,3,4,5] 
        // 删除index=1的 numMoved = 5-1-1=3  后面的向前移动 [3,4,5]
        // 删除index=2的 numMoved = 5-2-1=2  后面的向前移动 [4,5]
        // 删除index=3的 numMoved = 5-3-1=1  后面的向前移动 [5]
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,numMoved);
        //而且把数组最后一个元素置为null
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
        return oldValue;
}

private void rangeCheck(int index) {
  //删除的下标不能大于当前数组已用长度  
  if (index >= size)
        throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}

E get(int index)

get方法就简单不少了，显示下标判断，而后直接从数组中取出下标位置的值spa

public E get(int index) {
    rangeCheck(index);
    return elementData(index);
}

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

E elementData(int index) {
    return (E) elementData[index];
}

总结

1 集合的本质是数组，经过构造器的返回就能够看出 transient Object[] elementData.net

2 每次对数组进行操做，get除外，都进行了modCount++操做blog

3 add（E e）方法，每次调用，先判断容量是否够用，不够扩容，大小为原来的1.5倍，而后对数组赋值ci

add（int index，E e）方法，每次调用，先判断下标是否越界，容量是否够用（不够扩容），最重要的是，作了下标相同时，后移的处理，这是经过数组复制 System.arraycopy实现的，若下标不相同，直接赋值element

4 remove方法能够当作是add（int index，E e）的相反方法，把删除元素以后的全部元素，所有向前移动rem

5 比较3 和 4 数组的插入和删除操做比较耗能，由于它要把下标后移或者前移