Java集合--ArrayList

概述

ArrayList 是一个数组集合，容量可以动态增加，而且提供了随机访问的功能，在平时工做中用的很频繁，经过源代码研究一下内部的实现机制。

继承关系

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

ArrayList 继承自 AbstractList 实现了 List，RandomAccess，Cloneable 接口。

RandomAccess 是一个空的接口，做用是告诉 Java 若是某个类实现这个接口，那么该类提供了随机访问的功能。尽可能用 for(int i = 0; i < size; i++) 来遍历而不要用 Iterator 迭代器来遍历。反过来，若是List是Sequence List，则最好用迭代器来进行迭代。

实现了 Cloneable，即可以被克隆。

内部结构

/**
 * Default initial capacity.
 */
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

/**
 * Shared empty array instance used for empty instances.
 */
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

/**
 * Shared empty array instance used for default sized empty instances. We
 * distinguish this from EMPTY_ELEMENTDATA to know how much to inflate when
 * first element is added.
 */
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

/**
 * The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.
 * The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. Any
 * empty ArrayList with elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
 * will be expanded to DEFAULT_CAPACITY when the first element is added.
 */
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

/**
 * The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
 *
 * @serial
 */
private int size;

先纵览一下定义的全局变量，经过注释能够看出来 Object[] elementData 这个就是 ArrayList 的真面目了。而且在加入第一个元素的时候，容量会扩大到 DEFAULT_CAPACITY。

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);
    }
}

public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
    elementData = c.toArray();
    if ((size = elementData.length) != 0) {
        // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
        if (elementData.getClass() != Object[].class)
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
    } else {
        // replace with empty array.
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
}

提供了3个构造方法。

无参的构造方法，只是将 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 赋值为 elementData，也就是将 elementData 初始化为一个空的数组对象。

接收一个 initialCapacity 的构造方法，直接新建一个指定长度大小的数组对象。

接收一个 Collection 子类的构造方法，调用 toArray 方法来初始化。

add 方法

public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }

    ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;

    // overflow-conscious code
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        grow(minCapacity);
}

private void grow(int minCapacity) {
    // overflow-conscious code
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    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);
}

add 方法 首先调用了一个 ensureCapacityInternal 方法，从名字就能够看出来是检查容量大小的，而后直接将 add 的元素放到数组的指定位置（elementData[size++] = e）。

再看下 ensureCapacityInternal 这个方法，初次调用 add 方法传入的参数是1，也就是这里的 minCapacity 就是1，在第一个判断以后 minCapcity 变成了DEFAULT_CAPACITY 也就是10，而后进入 ensureExplicitCapacity 方法，判断是否最小的容量已经超过数组的长度，若是超过的话那么调用 grow 方法扩容，也就是当数组内部已经被所有写满以后才会进行扩容。

grow方法

新容量大小等于 oldCapacity + (oldCapacity >> 1)。

第一次进这个方法的时候 minCapacity 已经被初始化为 10，oldCapacity 右移1位 结果为 5，第一次扩容以后新的容量大小为 15。当 add 第16个元素的时候会再次进行扩容，15 右移一位结果为 7，新的容量大小为 15+7=22，以此类推。

扩容的阀值在 java 的各个版本会有所不一样，因此在网上能够看到一些其余的版本，在 1.6 的时候这个方法是下面这个样子的

public void ensureCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;
    int oldCapacity = elementData.length;
    if (minCapacity > oldCapacity) {
        Object oldData[] = elementData;
        int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;
        if (newCapacity < minCapacity)
            newCapacity = minCapacity;
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }
}

addAll

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;
}

addAll 方法调用 System.arraycopy 复制数据。

get / set

public E get(int index) {
    rangeCheck(index);

    return elementData(index);
}

public E set(int index, E element) {
    rangeCheck(index);

    E oldValue = elementData(index);
    elementData[index] = element;
    return oldValue;
}

get set 方法直接经过数组下标来取得元素。

总结

ArrayList 内部经过一个 Object[] 数组保存数据，初始化的时候默认容量为10，数组元素填满以后开始扩容，经过oldCapacity + (oldCapacity >> 1);来肯定新的数组大小。

ArrayList经过数组下标来读取数据，随机访问效率高。