JDK源码之 ArrayList

Posted 2021-04-21 程序员专栏

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了JDK源码之 ArrayList相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

作者丨乔二爷

来源丨乔二爷（hellozhouq）

00 前言

ArrayList 是我们日常开发中使用非常频繁的一个集合，今儿我们通过源码来看看它底层是怎么来实现的，了解了解它的优缺点和真正适合的场景。

01 内部的组成

 
   
   
 
  
    
    
  
 
    
    //默认容量 
   


  
    
    
  
 
    
    privatestaticfinalint DEFAULT_CAPACITY = 10; 
   


  
    
    
   
    
    
 
   
  
    
    
  
 
    
    // 用于空实例的共享空数组实例。在初始化时，你传进去的初始化大小为0，那么就用这个来做的处理。 
   


  
    
    
  
 
    
    privatestaticfinalObject[] EMPTY_ELEMENTDATA = {}; 
   


  
    
    
   
    
    
 
   
  
    
    
  
 
    
    //共享的空数组实例，用于默认大小的空实例，默认构造器使用的。 
   


  
    
    
  
 
    
    privatestaticfinalObject[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; 
   


  
    
    
   
    
    
 
   
  
    
    
  
 
    
    // 用来存储元素的数组 
   


  
    
    
  
 
    
    transientObject[] elementData; 
   


  
    
    
   
    
    
 
   
  
    
    
  
 
    
    //数组的大小 
   


  
    
    
  
 
    
    privateint size;

02 构造函数

先来看ArrayList 的构造函数。

如果我们直接 new ArrayList() 使用默认的构造函数来创建它，那么它会直接使用一个空的 Object []，初始大小是0，它有一个默认的初始化大小参数 DEFAULT_CAPACITY 是 10，当添加第一个元素时，这个空数据的大小才是10，我们也可以认为它给我们创建的默认的数据大小就是10 。

平常我们一般在使用 ArrayList 的时候，会使用另外一个构造函数，可以带初始容量进去的。一般来说是可以预估出来数据的大小，比如几十个，一百个，那么我们在初始化的时候就把这个数字带进去，避免数据容量太小在后续插入数据的时候进行频繁的扩容，创建新的数组。

扩容这块放在后面说，先看它里面比较核心的几个方法。

03 add() 方法

add() 方法很简单，先去校验需不需要扩容，然后把数据的 size 位置设置为元素，最后返回true；举个例子，比如我现在有这么一段代码需要往数据中插入3个元素：

 
   
   
 
  
    
    
  
 
    
    List<String> list = newArrayList<>(); 
   


  
    
    
  
 
    
    list.add("张三")； 
   


  
    
    
  
 
    
    list.add("李四")； 
   


  
    
    
  
 
    
    list.add("王二")；

最开始 elementData = []，是一个空的数组，size = 0，当 list.add("张三") 时，elementData[0] = "张三"，size++ 后，size 的值就为 1 。

然后 list.add("李四")，elementData[1] = "李四"，当size++ 后，size 的值为 2，此时 elementData 的数据就是 ["张三"，"李四"] 。

依次类推，当 list.add("王二") ，elementData[2] = "王二"，添加了王二这个数据后，elementData = ["张三"，"李四"，"王二"] ，size = 3。

04 set() 方法

如果你现在进行 set(3,"麻子") ，首先先进行 rangeCheck（index），检查给的索引是否越界，此时数组的个数是3，但是索引下标还是2，没有索引为 3的这个位置，就会判定为越界。

如果是 set(1,"麻子") 是没问题的，E oldValue = elementData(index) 这段代码会先把索引为 1 这个位置的数据 “李四” 取出来，那么 oldValue = “李四”；

然后把 elementData[1] = “麻子”，此时 elementData = ["张三"，“麻子”，“王二”]，最后把 oldValue 的数据 “李四” 返回。

05 add(index,element) 方法

比如我们现在要在下标为 1 的位置添加“光头强”这条数据

 
   
   
 
  
    
    
  
 
    
     list.add(1,"光头强");

首先 rangeCheckForAdd(1) 会对传进来的 index 为 1 进行是否越界的处理。接下来执行 ensureCapacityInternal(size + 1) 操作，是做数组扩容的，后面说。

然后来到了比较重要的代码，对数组的数据进行移动

 
   
   
 
  
    
    
  
 
    
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index);

此时的index = 1 ，size = 3 , 我们来转化一下：

 
   
   
 
  
    
    
  
 
    
    System.arraycopy(elementData, 1, elementData, 2, 2);

那么这段代码表示的意思就是说：elementData 这个数组，从第1位开始（第二个元素）拷贝，拷贝2个元素，把他们拷贝到 elementData 这个数组（还是原来的这个数组）从第2位开始（第三个元素）。

然后 elementData[index] = element ，把 elementData[1] 设置成 “光头强”，最后 elementData 的数据就是 ["张三"，"光头强"，"麻子"，"王二"]。

最后再 size++ 后，size的值为 4。

06 get() 方法

get() 方法应该是这里面最简单的了，首先先校验index 是否越界，然后直接调用 elementData(index) 方法，这个方法就是调用数组的取值。

由于 elementData[index] 是直接通过数组直接定位这个元素，然后直接获取这个元素的，这个也是ArrayList 性能最好的一个操作，优点。

07 remove(index) 方法

remove() 方法首先还是会校验索引是否越界，然后取出索引位置的数据，然后根据删除位置来计算需要移动元素的数量，如果移动需要移动元素的数量大于0 ，则使用 System.arraycopy 进行元素的移动，然后再把最后一个元素设置为 null，最终返回删除的元素。

例如我们要删除 index = 1 的元素，remove(1)，当前数组的长度 size 是 4 ， oldValue = elementData(1) = "光头强"。

numMoved = size - index - 1，numMoved = 4 - 1 -1 = 2，相当于要把后面的 “麻子”，“王二” 都要往前面移动一位。

接下来是 System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, numMoved) ，转换过来则为 System.arraycopy(elementData, 2, elementData, 1, 2)。

意思是说把 elementData 数组中，从 index = 2 的位置开始的元素，一共有 2 个，拷贝到 elementData （还是原来的数组），从 index = 1 开始，进行拷贝。

 
   
   
 
  
    
    
  
 
    
    拷贝前的 elementData = ["张三"，"光头强"，"麻子"，"王二"] 
   


  
    
    
  
 
    
    拷贝后的 elementData = ["张三"，"麻子"，"王二"，"王二"]