Java集合源码分析——ArrayList

Posted 2021-04-05 Java从入门到大神

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ArrayList在工作和日常面试中经常被使用或者提到。总的来说，工作中使用ArrayList主要是因为动态数组的方便性，面试中出现ArrayList经常是和LinkedList/Vector一起出现，分析这三种集合的异同。

ArrayList类图

其中：蓝色线条意味着继承，绿色线条意味着接口实现。

ArrayList定义

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

        我们首先需要明白并且牢记在内心的是，ArrayList本质上是一个数组，但是与Java中基础的数组所不同的是，它能够动态增长自己的容量。
        通过ArrayList的定义，可以知道ArrayList继承了AbstractList，同时实现了List,RandomAccess,Cloneable和java.io.Serializable接口。

        继承了AbstractList类，实现了List，意味着ArrayList是一个数组队列，提供了诸如增删改查、遍历等功能。
        实现了RandomAccess接口，意味着ArrayList提供了随机访问的功能。            RandomAccess接口在Java中是用来被List实现，用来提供快速访问功能的。在ArrayList中，即我们可以通过元素的序号快速获取元素对象。
        实现了Cloneable接口，意味着ArrayList实现了clone()函数，能被克隆。
        实现了java.io.Serializable接口，意味着ArrayList能够通过序列化进行传输。

ArrayList关键属性

private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
transient Object[] elementData;
private int size;

(1)ArrayList的默认容量为10；
(2)elementData是"Object类型的数组"，所有ArrayList元素都保存在elementData中。在ArrayList中，elementData是一个动态数组。需要注意的是，ArrayList通过构造函数ArrayList(int initialCapacity)定义初始量initialCapacity；
(3)size是动态数组的实际大小。

//ArrayList带容量的构造函数
public ArrayList(int initialCapacity) {
    if (initialCapacity > 0) {
    //新建一个容量为initialCapacity的数组
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
    } else if (initialCapacity == 0) {
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    } else {
        throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                           initialCapacity);
    }
}
//ArrayList默认构造函数，默认为空
public ArrayList() {

    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
// 构造一个包含指定元素的list
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
    elementData = c.toArray();
    if ((size = elementData.length) != 0) {
        if (elementData.getClass() != Object[].class)
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
    } else {
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
}

第一个构造方法使用提供的initialCapacity来初始化elementData数组的大小。
第二个构造方法默认数组为0。
第三个构造方法则将提供的集合转成数组返回给elementData（返回若不是Object[]将调用Arrays.copyOf方法将其转为Object[]）。

ArrayList主要方法源码剖析

增加

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

public void add(int index, E element) {
    //判断index是否越界，错误产生IndexOutOfBoundsException
    rangeCheckForAdd(index);
    //进行扩容检查
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    //对数组进行复制，将空出的Index位置出入element，并将index后的所有数据后移一个位置。
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                     size - index);
    //将index上的数据设置为element
    elementData[index] = element;
    //容量+1
    size++;
}

删除

public E remove(int index) {
    //边界检查
    rangeCheck(index);
        
    modCount++;
    //oldValue即要删除的元素
    E oldValue = elementData(index);
    //要复制的元素
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                         numMoved);
    //释放最后一个元素
    elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

    return oldValue;
}

public boolean remove(Object o) {
    //对o进行判断
    if (o == null) {
        for (int index = 0; index < size; index++)
            if (elementData[index] == null) {
                fastRemove(index);
                return true;
            }
    } else {
        for (int index = 0; index < size; index++)
            if (o.equals(elementData[index])) {
                fastRemove(index);
                return true;
            }
    }
    return false;
}

更新

public E set(int index, E element) {
    //数组扩容
    rangeCheck(index);
    //获取要更新的位置的数据
    E oldValue = elementData(index);
    //更新元素
    elementData[index] = element;
    return oldValue;
}

总结

1.ArrayList底层是通过数组来保存数据的。默认的容量是10.

2.JDK1.8中，ArrayList扩容使用位运算newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1) 

3.ArrayList实现java.io.Serializable的方式。当写入到输出流时，先写入“容量”，再依次写入“每一个元素”；当读出输入流时，先读取“容量”，再依次读取“每一个元素”。

—————END—————

       
         
         
       

        
          
          
        
 
         
           
             
             
           

            
              
              
            
 
             
 
              
 
               
 
               
 
               
 
               
 
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