第二章 ArrayList源码解析
1、对于ArrayList须要掌握的七点内容java
- ArrayList的建立：即构造器
- 往ArrayList中添加对象：即add(E)方法
- 获取ArrayList中的单个对象：即get(int index)方法
- 删除ArrayList中的对象：即remove(E)方法
- 遍历ArrayList中的对象：即iterator，在实际中更经常使用的是加强型的for循环去作遍历
- 判断对象是否存在于ArrayList中：contain(E)
- ArrayList中对象的排序：主要取决于所采起的排序算法（之后讲）
2、源码分析算法
2.一、ArrayList的建立（常见的两种方式）数组
List<String> strList = new ArrayList<String>(); List<String> strList2 = new ArrayList<String>(2);
ArrayList源代码：安全
基本属性：网络
//对象数组：ArrayList的底层数据结构 private transient Object[] elementData; //elementData中已存放的元素的个数，注意：不是elementData的容量 private int size;
注意：数据结构
- transient关键字的做用：在采用Java默认的序列化机制的时候，被该关键字修饰的属性不会被序列化。
- ArrayList类实现了java.io.Serializable接口，即采用了Java默认的序列化机制
- 上面的elementData属性采用了transient来修饰，代表其不使用Java默认的序列化机制来实例化，可是该属性是ArrayList的底层数据结构，在网络传输中必定须要将其序列化，以后使用的时候还须要反序列化，那不采用Java默认的序列化机制，那采用什么呢？直接翻到源码的最下边有两个方法，发现ArrayList本身实现了序列化和反序列化的方法
View Code/** * Save the state of the <tt>ArrayList</tt> instance to a stream (that is, * serialize it). * * @serialData The length of the array backing the <tt>ArrayList</tt> * instance is emitted (int), followed by all of its elements * (each an <tt>Object</tt>) in the proper order. */ 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(); } } /** * 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 { // 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(); }
构造器：ide
/** * 建立一个容量为initialCapacity的空的（size==0）对象数组 */ public ArrayList(int initialCapacity) { super();//即父类protected AbstractList() {} if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity:" + initialCapacity); this.elementData = new Object[initialCapacity]; } /** * 默认初始化一个容量为10的对象数组 */ public ArrayList() { this(10);//即上边的public ArrayList(int initialCapacity){}构造器 }
在咱们执行new ArrayList<String>()时，会调用上边的无参构造器，创造一个容量为10的对象数组。源码分析
在咱们执行new ArrayList<String>(2)时，会调用上边的public ArrayList(int initialCapacity)，创造一个容量为2的对象数组。this
注意：spa
- 上边有参构造器的super()方法是ArrayList父类AbstractList的构造方法，这个构造方法以下，是一个空构造方法：
protected AbstractList() { }
- 在实际使用中，若是咱们能对所需的ArrayList的大小进行判断，有两个好处：
- 节省内存空间（eg.咱们只须要放置两个元素到数组，new ArrayList<String>(2)）
- 避免数组扩容（下边会讲）引发的效率降低（eg.咱们只须要放置大约37个元素到数组，new ArrayList<String>(40)）
2.二、往ArrayList中添加对象（常见的两个方法add(E)和addAll(Collection<? extends E> c)）
2.2.一、add(E)
strList2.add("hello");
ArrayList源代码：
/** * 向elementData中添加元素 */ public boolean add(E e) { ensureCapacity(size + 1);//确保对象数组elementData有足够的容量，能够将新加入的元素e加进去 elementData[size++] = e;//加入新元素e，size加1 return true; }
/** * 确保数组的容量足够存放新加入的元素，若不够，要扩容 */ public void ensureCapacity(int minCapacity) { modCount++; int oldCapacity = elementData.length;//获取数组大小（即数组的容量） //当数组满了，又有新元素加入的时候，执行扩容逻辑 if (minCapacity > oldCapacity) { Object oldData[] = elementData; int newCapacity = (oldCapacity * 3) / 2 + 1;//新容量为旧容量的1.5倍+1 if (newCapacity < minCapacity)//若是扩容后的新容量仍是没有传入的所需的最小容量大或等于（主要发生在addAll(Collection<? extends E> c)中） newCapacity = minCapacity;//新容量设为最小容量 elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);//复制新容量 } }
在上述代码的扩容结束后，调用了Arrays.copyOf(elementData, newCapacity)方法，这个方法中：对于咱们这里而言，先建立了一个新的容量为newCapacity的对象数组，而后使用System.arraycopy()方法将旧的对象数组复制到新的对象数组中去了。
注意：
- modCount变量用于在遍历集合（iterator()）时，检测是否发生了add、remove操做。
2.2.二、addAll(Collection<? extends E> c)
使用方式：
List<String> strList = new ArrayList<String>(); strList.add("jigang"); strList.add("nana"); strList.add("nana2"); List<String> strList2 = new ArrayList<String>(2); strList2.addAll(strList);
源代码：
/** * 将c所有加入elementData */ public boolean addAll(Collection<? extends E> c) { Object[] a = c.toArray();//将c集合转化为对象数组a int numNew = a.length;//获取a对象数组的容量 ensureCapacity(size + numNew);//确保对象数组elementData有足够的容量，能够将新加入的a对象数组加进去 System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);//将对象数组a拷贝到elementData中去 size += numNew;//从新设置elementData中已加入的元素的个数 return numNew != 0;//若加入的是空集合则返回false }
注意:
- 从上述代码能够看出，若加入的c是空集合，则返回false
- ensureCapacity(size + numNew);这个方法在上边讲
- System.arraycopy()方法定义以下：
public static native void arraycopy(Object src, int srcPos, Object dest, int destPos, int length);
将数组src从下标为srcPos开始拷贝，一直拷贝length个元素到dest数组中，在dest数组中从destPos开始加入先的srcPos数组元素。
除了以上两种经常使用的add方法外，还有以下两种：
2.2.三、add(int index, E element)
/** * 在特定位置（只能是已有元素的数组的特定位置）index插入元素E */ public void add(int index, E element) { //检查index是否在已有的数组中 if (index > size || index < 0) throw new IndexOutOfBoundsException("Index:"+index+",Size:"+size); ensureCapacity(size + 1);//确保对象数组elementData有足够的容量，能够将新加入的元素e加进去 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index+1, size-index);//将index及其后边的全部的元素整块后移，空出index位置 elementData[index] = element;//插入元素 size++;//已有数组元素个数+1 }
注意：
- index<=size才行，并非index<elementData.length
2.2.四、set(int index, E element)
/** * 更换特定位置index上的元素为element，返回该位置上的旧值 */ public E set(int index, E element) { RangeCheck(index);//检查索引范围 E oldValue = (E) elementData[index];//旧值 elementData[index] = element;//该位置替换为新值 return oldValue;//返回旧值 }
2.三、获取ArrayList中的单个对象（get(int index)）
实现方式：
ArrayList<String> strList2 = new ArrayList<String>(2); strList2.add("hello"); strList2.add("nana"); strList2.add("nana2"); System.out.println(strList2.get(0));
源代码：
/** * 按照索引查询对象E */ public E get(int index) { RangeCheck(index);//检查索引范围 return (E) elementData[index];//返回元素，并将Object转型为E }
/** * 检查索引index是否超出size-1 */ private void RangeCheck(int index) { if (index >= size) throw new IndexOutOfBoundsException("Index:"+index+",Size:"+size); }
注：这里对index进行了索引检查，是为了将异常内容写的详细一些而且将检查的内容缩小（index<0||index>=size，注意这里的size是已存储元素的个数）；
事实上不检查也能够，由于对于数组而言，若是index不知足要求（index<0||index>=length，注意这里的length是数组的容量）,都会直接抛出数组越界异常，而假设数组的length为10，当前的size是2，你去计算array[9]，这时候得出是null，这也是上边get为何减少检查范围的缘由。
2.四、删除ArrayList中的对象
2.4.一、remove(Object o)
使用方式：
strList2.remove("hello");
源代码：
/** * 从前向后移除第一个出现的元素o */ public boolean remove(Object o) { if (o == null) {//移除对象数组elementData中的第一个null for (int index = 0; index < size; index++) if (elementData[index] == null) { fastRemove(index); return true; } } else {//移除对象数组elementData中的第一个o for (int index = 0; index < size; index++) if (o.equals(elementData[index])) { fastRemove(index); return true; } } return false; } /* * 删除单个位置的元素，是ArrayList的私有方法 */ private void fastRemove(int index) { modCount++; int numMoved = size - index - 1; if (numMoved > 0)//删除的不是最后一个元素 System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index,numMoved);//删除的元素到最后的元素整块前移 elementData[--size] = null; //将最后一个元素设为null，在下次gc的时候就会回收掉了 }
2.4.二、remove(int index)
使用方式：
strList2.remove(0);
源代码：
/** * 删除指定索引index下的元素，返回被删除的元素 */ public E remove(int index) { RangeCheck(index);//检查索引范围 E oldValue = (E) elementData[index];//被删除的元素 fastRemove(index); return oldValue; }
注意：
- remove(Object o)须要遍历数组，remove(int index)不须要，只须要判断索引符合范围便可，因此，一般：后者效率更高。
2.五、判断对象是否存在于ArrayList中（contains(E)）
源代码：
/** * 判断动态数组是否包含元素o */ public boolean contains(Object o) { return indexOf(o) >= 0; } /** * 返回第一个出现的元素o的索引位置 */ public int indexOf(Object o) { if (o == null) {//返回第一个null的索引 for (int i = 0; i < size; i++) if (elementData[i] == null) return i; } else {//返回第一个o的索引 for (int i = 0; i < size; i++) if (o.equals(elementData[i])) return i; } return -1;//若不包含，返回-1 } /** * 返回最后一个出现的元素o的索引位置 */ 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; }
注意：
- indexOf(Object o)返回第一个出现的元素o的索引；lastIndexOf(Object o)返回最后一个o的索引
2.六、遍历ArrayList中的对象（iterator()）
使用方式：
List<String> strList = new ArrayList<String>(); strList.add("jigang"); strList.add("nana"); strList.add("nana2"); Iterator<String> it = strList.iterator(); while (it.hasNext()) { System.out.println(it.next()); }
源代码：iterator()方法是在AbstractList中实现的，该方法返回AbstractList的一个内部类Itr对象
public Iterator<E> iterator() { return new Itr();//返回一个内部类对象 }
Itr：
private class Itr implements Iterator<E> { int cursor = 0;//标记位：标记遍历到哪个元素 int expectedModCount = modCount;//标记位：用于判断是否在遍历的过程当中，是否发生了add、remove操做 //检测对象数组是否还有元素 public boolean hasNext() { return cursor != size();//若是cursor==size，说明已经遍历完了，上一次遍历的是最后一个元素 } //获取元素 public E next() { checkForComodification();//检测在遍历的过程当中，是否发生了add、remove操做 try { E next = get(cursor++); return next; } catch (IndexOutOfBoundsException e) {//捕获get(cursor++)方法的IndexOutOfBoundsException checkForComodification(); throw new NoSuchElementException(); } } //检测在遍历的过程当中，是否发生了add、remove等操做 final void checkForComodification() { if (modCount != expectedModCount)//发生了add、remove操做,这个咱们能够查看add等的源代码，发现会出现modCount++ throw new ConcurrentModificationException(); } }
遍历的整个流程结合"使用方式"与"Itr的注释"来看。注：上述的Itr我去掉了一个此时用不到的方法和属性。
3、总结
- ArrayList基于数组方式实现，无容量的限制（会扩容）
- 添加元素时可能要扩容（因此最好预判一下），删除元素时不会减小容量（若但愿减小容量，trimToSize()），删除元素时，将删除掉的位置元素置为null，下次gc就会回收这些元素所占的内存空间。
- 线程不安全
- add(int index, E element)：添加元素到数组中指定位置的时候，须要将该位置及其后边全部的元素都整块向后复制一位
- get(int index)：获取指定位置上的元素时，能够经过索引直接获取（O(1)）
- remove(Object o)须要遍历数组
- remove(int index)不须要遍历数组，只需判断index是否符合条件便可，效率比remove(Object o)高
- contains(E)须要遍历数组
作以上总结，主要是为了与后边的LinkedList做比较。
elementData