深入浅出！带你重学Java—ArrayList

Posted 2021-07-26 Java-桃子

ArrayList 是 java Collection框架中比较常用的数据结构，其继承自 AbstractList，实现了 List 接口。底层基于数组实现容量大小动态变化。允许 null 的存在。同时还实现了 RandomAccess、Cloneable、Serializable 接口，所以ArrayList 是支持快速访问、复制、序列化的

这里其实有一个比较容易被问到的细节，ArrayList和LinkedList都实现了List，那么List是接口还是抽象类？（之前面试被问了好几次哭唧唧～），这个问题其实不难，就是一个细节问题，平时注意即可。

关于这块，我们从其特性入手进行分析会比较快容易掌握。

可变数组

初始化默认值
因为ArrayLIst是一个可变数组，所以一定会有一个初始默认值，

private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
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在JDK 1.8中ArrayList的初始化默认容量为10。

动态扩容
熟悉了默认值之后，我们需要知道其是如何扩容的，那么此时我们就需要了解其扩容函数是如何实现的，在JDK 1.8中扩容函数如夏代码块所示。

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);
}
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其扩容机制十分简单，拿到旧容量，在旧的容量的基础上进行为运算。oldCapacity + (oldCapacity >> 1)等价于 oldCapacity + (oldCapacity * 0.5)。然后进行2次判断最后完成扩容。

1）第一次判断是预防扩容之后依旧放不下数据，把最小能够放下数据的容量作为新的容量。

2）第二次判断如果新的容量大于了数组限制的最大容量之后，就把最大容量作为新的容量赋值。

创建方式

ArrayList提供了三种方式下进行构造初始化对象。

1）默认方式构建ArrayList

public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
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通过这种方式构建的ArrayList为默认状态下的ArrayList，也就是容量默认为0。

2）指定容量的方式构建

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);
}
}
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该方法能够创建指定容量的ArrayList数据，如果initialCapacity为0的时候也就是创建一个默认的ArrayList。

3）指定集合构建

public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
Object[] a = c.toArray();
if ((size = a.length) != 0) {
if (c.getClass() == ArrayList.class) {
elementData = a;
} else {
elementData = Arrays.copyOf(a, size, Object[].class);
}
} else {
// replace with empty array.
elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
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这个很好理解，就是把另外一个List塞到这里面来了。

例子

ArrayList arrayList1 = new ArrayList();
arrayList1.add(“A”);
ArrayList arrayList2 = new ArrayList(1);
arrayList2.add(“B”);
ArrayList arrayList3 = new ArrayList(arrayList1);
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上述就是正对三种不同方式所写的demo，其输出结果如下图所示。

很明显1和3是相同的，然后2和其他都不同。

fail-fast机制

fail-fast 机制，即快速失败机制，是java集合(Collection)中的一种错误检测机制。当在迭代集合的过程中该集合在结构上发生改变的时候，就有可能会发生fail-fast，即抛出 ConcurrentModificationException异常。通俗点来说在多线程情况下使用上述容器将有可能遇到一些问题。

在ArrayList中通过modCount变量控制，每一次操作modCount都会+1 or -1，这样就很容易理解为啥在多线程情况下会出现ConcurrentModificationException这个问题了。

protected transient int modCount = 0;
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添加和删除

public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
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这是我们最常用的新增API之一，不难发现，其实实现方式十分的简单：

1）确保容量正常合法（如果装不下了确保能自动扩容）。

2）追加数据。

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

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

}
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这就是对容量进行检测的函数，非常的直观，其中modCount在fail-fast那块已经讲过了，就不多叙述。

public void remove() {
// 如果已经删除完成，则抛出异常
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();

try {
  // 利用remove by index实现删除
    ArrayList.this.remove(lastRet);
    cursor = lastRet;
    lastRet = -1;
    expectedModCount = modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
    throw new ConcurrentModificationException();
}

}
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删除的逻辑主要是利用自己实现的remove index来实现，假如lastRet非法，直接抛出异常。

sublist

是ArrayList的一个内部类，主要是用于切割List，动态返回ArrayList的一部分（视图），其返回的是父集合的一部分视图，是视图、是视图、是视图。学过mysql的都知道视图的特征，无论改变那个集合，另一个都会随动。下面是一个简单的操作demo。

ArrayList arrayList1 = new ArrayList();
arrayList1.add(“A”);
arrayList1.add(“B”);
arrayList1.add(“C”);
System.out.println("arrayLis1 params : " + arrayList1.toString());
// 生成一个视图
List subList = arrayList1.subList(0, 1);
System.out.println("subList params : " + subList.toString());
// 更新视图A的参数
subList.set(0, “D”);
System.out.println("subList params : " + subList.toString());
// 输出原对象检查是否已经更改
System.out.println("update arrayLis1 params : " + arrayList1.toString());
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这个demo就能很好的帮我们理解了其作用。