java源码研究--ArrayList实现

Posted 2021-01-18 Xinxin_Brian

java.util.ArrayList是十分常用的容器之一，本文针对其常用方法，对其进行简单的研究。
ArrayList常见方法如下，主要还是增删改查：

首先，看一下ArrayList中如何保存数据的：

transient Object[] elementData;

所以，所有的数据都是保存在数组里的。当然，数组都有个大小：

若ArrayList使用无参构造函数实例化:

ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();

那么，内部数组的大小默认就是10：

1 public ArrayList() {
2     this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA; //空数组
3 }
4 
5 //刚实例化完，其实数组为空数组，在往arrayList添加数组时才会扩充容量(默认大小为10)，扩充过程继续往后看。
6 private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; 
7 private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; //默认最小容量为10

 

 

下面，研究一下add(E element)方法：

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

　　其中，ensureCapacityInternal函数用来确保数组大小足够使用（至少为size+1），该函数如下：

 1 private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
 2     if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { //若为空数组(实例化完成后)，进入此分支
 3         minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); //minCapacity = Math.max(10, 1);
 4     }
 5 
 6     ensureExplicitCapacity(minCapacity); //ensureExplicitCapacity(10);
 7 }
 8 
 9 private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
10     modCount++;
11 
12     // overflow-conscious code
13     if (minCapacity - elementData.length > 0) //10-0>0
14         grow(minCapacity); //grow(10); 这就是首次实例化之后的扩充容量了;
15 }
16 
17 private void grow(int minCapacity) {
18     // overflow-conscious code
19     int oldCapacity = elementData.length; 
20     int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //newCapacity 扩充为1.5倍
21     if (newCapacity - minCapacity < 0)
22         newCapacity = minCapacity;
23     if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
24         newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
25     // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
26     elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); //首次插数据，将容量扩充为10；之后容量不够时，数组容量按照1.5倍扩充。
27 }

可见，在首次插数据时，容量首先将数组容量扩充为10，再执行elementData[size++]=e;
在数组满了，继续插数据时，会先将容量扩充为1.5倍(10+10*1/2)，再继续插数据；
当数组又满了，再继续扩充为1.5倍(15+15*1/2)......

因此，在明知数据量很大的情况下，初始化时应该指定合适大小的容量，避免arrayList反复扩充容量：

例如：若数组总容量为8000，可以这样实例化：

ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>(10000);

带参构造函数如下：

public ArrayList(int initialCapacity) {
	if (initialCapacity > 0) {
		this.elementData = new Object[initialCapacity];
	}
	.....
}

　　

下面研究一下add(int index, E element)

public void add(int index, E element) {
	rangeCheckForAdd(index);

	ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
	System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
					 size - index);
	elementData[index] = element;
	size++;
}

这个函数是将新元素插入到数组的指定位置(index)，从上面的源码来看，实现过程是先将原先index位置及置换的元素向后移1位，然后再将新元素放在位置index。

　　

继续研究一下remove函数的实现

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

	modCount++;
	E oldValue = elementData(index);

	int numMoved = size - index - 1;
	if (numMoved > 0)
		System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
						 numMoved);
	elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

	return oldValue;
}

所以，类似的实现原理：将index+1位置及之后的元素先前移动1位，再把最后一个元素清掉。

 

了解了ArrayList实现原理，才能更好的选择合适的容器，以及以正确的方式使用，以获取高效率。

后面将介绍另外一个List接口容器：LinkedList