面试必备：ArrayList源码解析（JDK8）

Posted 2021-01-12 lihonglin2016

面试必备：ArrayList源码解析（JDK8）

 

https://blog.csdn.net/zxt0601/article/details/77281231

概述很久没有写博客了，准确的说17年以来写博客的频率降低到一个不忍直视的水平。这个真不怪我，给大家解释一下。 一是自从做了leader，整天各种事，开会，过需求，无限循环。心很累，时间也被无线压榨 二 我本身也在学习一些其他的技术，比如ReactNative，也看了半天的kotlin，撸了几个groovy脚本、gradle插件。 三 是打算找工作了。又要开始复习数据结构和算法。
得，脑海中有很多躺了无数天的，甚至半成稿的博客，比如组件化、Rxjava一些使用注意点，都被我搁置delay了。 这眼瞧着，很久没写了，写点啥吧。
正巧最近在看jdk的Collection集合源码，这种单个类的源码解析，写起来还算比较方便。 关键代码处加上注释，核心处做个总结，就可以成文，拿出来和大家讨论分享。 且网上绝大多数都是JDK7甚至之前的源码解析文章。咱们也要与时俱进。 这似乎是我回归博客的一个不错选择。
那下面就跟我一起撸起ArrayList的源码吧。
本文将从几个常用方法下手，来阅读ArrayList的源码。 按照从构造方法->常用API（增、删、改、查）的顺序来阅读源码，并会讲解阅读方法中涉及的一些变量的意义。了解ArrayList的特点、适用场景。
如果本文中有不正确的结论、说法，请大家提出和我讨论，共同进步，谢谢。
概要概括的说，ArrayList 是一个动态数组，它是线程不安全的，允许元素为null。 其底层数据结构依然是数组，它实现了List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable接口，其中RandomAccess代表了其拥有随机快速访问的能力，ArrayList可以以O(1)的时间复杂度去根据下标访问元素。
因其底层数据结构是数组，所以可想而知，它是占据一块连续的内存空间（容量就是数组的length），所以它也有数组的缺点，空间效率不高。
由于数组的内存连续，可以根据下标以O1的时间读写(改查)元素，因此时间效率很高。
当集合中的元素超出这个容量，便会进行扩容操作。扩容操作也是ArrayList 的一个性能消耗比较大的地方，所以若我们可以提前预知数据的规模，应该通过public ArrayList(int initialCapacity) {}构造方法，指定集合的大小，去构建ArrayList实例，以减少扩容次数，提高效率。
或者在需要扩容的时候，手动调用public void ensureCapacity(int minCapacity) {}方法扩容。 不过该方法是ArrayList的API，不是List接口里的，所以使用时需要强转: ((ArrayList)list).ensureCapacity(30);
当每次修改结构时，增加导致扩容，或者删，都会修改modCount。
构造方法    //默认构造函数里的空数组    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    //存储集合元素的底层实现：真正存放元素的数组    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access    //当前元素数量    private int size;
    //默认构造方法    public ArrayList() {        //默认构造方法只是简单的将 空数组赋值给了elementData        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;    }
    //空数组    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};    //带初始容量的构造方法    public ArrayList(int initialCapacity) {        //如果初始容量大于0，则新建一个长度为initialCapacity的Object数组.        //注意这里并没有修改size(对比第三个构造函数)        if (initialCapacity > 0) {            this.elementData = new Object[initialCapacity];        } else if (initialCapacity == 0) {//如果容量为0，直接将EMPTY_ELEMENTDATA赋值给elementData            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;        } else {//容量小于0，直接抛出异常            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+                                               initialCapacity);        }    }
    //利用别的集合类来构建ArrayList的构造函数    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {        //直接利用Collection.toArray()方法得到一个对象数组，并赋值给elementData         elementData = c.toArray();        //因为size代表的是集合元素数量，所以通过别的集合来构造ArrayList时，要给size赋值        if ((size = elementData.length) != 0) {            // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)            if (elementData.getClass() != Object[].class)//这里是当c.toArray出错，没有返回Object[]时，利用Arrays.copyOf 来复制集合c中的元素到elementData数组中                elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);        } else {            //如果集合c元素数量为0，则将空数组EMPTY_ELEMENTDATA赋值给elementData             // replace with empty array.            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;        }    }123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445小结一下，构造函数走完之后，会构建出数组elementData和数量size。
这里大家要注意一下Collection.toArray()这个方法，在Collection子类各大集合的源码中，高频使用了这个方法去获得某Collection的所有元素。
关于方法：Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class)，就是根据class的类型来决定是new 还是反射去构造一个泛型数组，同时利用native函数，批量赋值元素至新数组中。 如下：
    public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) {        @SuppressWarnings("unchecked")        //根据class的类型来决定是new 还是反射去构造一个泛型数组        T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class)            ? (T[]) new Object[newLength]            : (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength);        //利用native函数，批量赋值元素至新数组中。        System.arraycopy(original, 0, copy, 0,                         Math.min(original.length, newLength));        return copy;    }1234567891011值得注意的是，System.arraycopy也是一个很高频的函数，大家要留意一下。
    public static native void arraycopy(Object src,  int  srcPos,                                        Object dest, int destPos,                                        int length);123常用API1 增每次 add之前，都会判断add后的容量，是否需要扩容。
public boolean add(E e) {    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!    elementData[size++] = e;//在数组末尾追加一个元素，并修改size    return true;}    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;//默认扩容容量 10    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {        //利用 == 可以判断数组是否是用默认构造函数初始化的        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);        }
        ensureExplicitCapacity(minCapacity);    }

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {    modCount++;//如果确定要扩容，会修改modCount 
    // overflow-conscious code    if (minCapacity - elementData.length > 0)        grow(minCapacity);}
//需要扩容的话，默认扩容一半private void grow(int minCapacity) {    // overflow-conscious code    int oldCapacity = elementData.length;    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);//默认扩容一半    if (newCapacity - minCapacity < 0)//如果还不够 ，那么就用 能容纳的最小的数量。（add后的容量）        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);//拷贝，扩容，构建一个新数组，}123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536
public void add(int index, E element) {    rangeCheckForAdd(index);//越界判断 如果越界抛异常
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,                     size - index); //将index开始的数据 向后移动一位    elementData[index] = element;    size++;}12345678910public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {    Object[] a = c.toArray();    int numNew = a.length;    ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount //确认是否需要扩容    System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);// 复制数组完成复制    size += numNew;    return numNew != 0;}12345678public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {    rangeCheckForAdd(index);//越界判断
    Object[] a = c.toArray();    int numNew = a.length;    ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount //确认是否需要扩容
    int numMoved = size - index;    if (numMoved > 0)        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,                         numMoved);//移动（复制)数组
    System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);//复制数组完成批量赋值    size += numNew;    return numNew != 0;}12345678910111213141516总结： add、addAll。 先判断是否越界，是否需要扩容。 如果扩容， 就复制数组。 然后设置对应下标元素值。
值得注意的是： 1 如果需要扩容的话，默认扩容一半。如果扩容一半不够，就用目标的size作为扩容后的容量。 2 在扩容成功后，会修改modCount
2 删public E remove(int index) {    rangeCheck(index);//判断是否越界    modCount++;//修改modeCount 因为结构改变了    E oldValue = elementData(index);//读出要删除的值    int numMoved = size - index - 1;    if (numMoved > 0)        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,                         numMoved);//用复制 覆盖数组数据    elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work  //置空原尾部数据 不再强引用， 可以GC掉    return oldValue;}    //根据下标从数组取值 并强转    E elementData(int index) {        return (E) elementData[index];    }
//删除该元素在数组中第一次出现的位置上的数据。 如果有该元素返回true，如果false。public boolean remove(Object o) {    if (o == null) {        for (int index = 0; index < size; index++)            if (elementData[index] == null) {                fastRemove(index);//根据index删除元素                return true;            }    } else {        for (int index = 0; index < size; index++)            if (o.equals(elementData[index])) {                fastRemove(index);                return true;            }    }    return false;}//不会越界 不用判断 ，也不需要取出该元素。private void fastRemove(int index) {    modCount++;//修改modCount    int numMoved = size - index - 1;//计算要移动的元素数量    if (numMoved > 0)        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,                         numMoved);//以复制覆盖元素 完成删除    elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work  //置空 不再强引用}
//批量删除public boolean removeAll(Collection<?> c) {    Objects.requireNonNull(c);//判空    return batchRemove(c, false);}//批量移动private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {    final Object[] elementData = this.elementData;    int r = 0, w = 0;//w 代表批量删除后 数组还剩多少元素    boolean modified = false;    try {        //高效的保存两个集合公有元素的算法        for (; r < size; r++)            if (c.contains(elementData[r]) == complement) // 如果 c里不包含当前下标元素，                 elementData[w++] = elementData[r];//则保留    } finally {        // Preserve behavioral compatibility with AbstractCollection,        // even if c.contains() throws.        if (r != size) { //出现异常会导致 r !=size , 则将出现异常处后面的数据全部复制覆盖到数组里。            System.arraycopy(elementData, r,                             elementData, w,                             size - r);            w += size - r;//修改 w数量        }        if (w != size) {//置空数组后面的元素            // clear to let GC do its work            for (int i = w; i < size; i++)                elementData[i] = null;            modCount += size - w;//修改modCount            size = w;// 修改size            modified = true;        }    }    return modified;}123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778从这里我们也可以看出，当用来作为删除元素的集合里的元素多余被删除集合时，也没事，只会删除它们共同拥有的元素。
小结： 1 删除操作一定会修改modCount，且可能涉及到数组的复制，相对低效。 2 批量删除中，涉及高效的保存两个集合公有元素的算法，可以留意一下。
3 改不会修改modCount，相对增删是高效的操作。
public E set(int index, E element) {    rangeCheck(index);//越界检查    E oldValue = elementData(index); //取出元素     elementData[index] = element;//覆盖元素    return oldValue;//返回元素}1234564 查不会修改modCount，相对增删是高效的操作。
public E get(int index) {    rangeCheck(index);//越界检查    return elementData(index); //下标取数据}E elementData(int index) {    return (E) elementData[index];}12345675 清空，clear会修改modCount。
public void clear() {    modCount++;//修改modCount    // clear to let GC do its work    for (int i = 0; i < size; i++)  //将所有元素置null        elementData[i] = null;
    size = 0; //修改size }123456786 包含 contain//普通的for循环寻找值，只不过会根据目标对象是否为null分别循环查找。public boolean contains(Object o) {    return indexOf(o) >= 0;}//普通的for循环寻找值，只不过会根据目标对象是否为null分别循环查找。public int indexOf(Object o) {    if (o == null) {        for (int i = 0; i < size; i++)            if (elementData[i]==null)                return i;    } else {        for (int i = 0; i < size; i++)            if (o.equals(elementData[i]))                return i;    }    return -1;}12345678910111213141516177 判空 isEmpty()public boolean isEmpty() {    return size == 0;}1238 迭代器 Iterator.public Iterator<E> iterator() {    return new Itr();}/** * An optimized version of AbstractList.Itr */private class Itr implements Iterator<E> {    int cursor;       // index of next element to return //默认是0    int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such  //上一次返回的元素 (删除的标志位)    int expectedModCount = modCount; //用于判断集合是否修改过结构的 标志
    public boolean hasNext() {        return cursor != size;//游标是否移动至尾部    }
    @SuppressWarnings("unchecked")    public E next() {        checkForComodification();        int i = cursor;        if (i >= size)//判断是否越界            throw new NoSuchElementException();        Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;        if (i >= elementData.length)//再次判断是否越界，在 我们这里的操作时，有异步线程修改了List            throw new ConcurrentModificationException();        cursor = i + 1;//游标+1        return (E) elementData[lastRet = i];//返回元素 ，并设置上一次返回的元素的下标    }
    public void remove() {//remove 掉 上一次next的元素        if (lastRet < 0)//先判断是否next过            throw new IllegalStateException();        checkForComodification();//判断是否修改过
        try {            ArrayList.this.remove(lastRet);//删除元素 remove方法内会修改 modCount 所以后面要更新Iterator里的这个标志值            cursor = lastRet; //要删除的游标            lastRet = -1; //不能重复删除 所以修改删除的标志位            expectedModCount = modCount;//更新 判断集合是否修改的标志，        } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {            throw new ConcurrentModificationException();        }    }//判断是否修改过了List的结构，如果有修改，抛出异常    final void checkForComodification() {        if (modCount != expectedModCount)            throw new ConcurrentModificationException();    }}123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748总结增删改查中， 增导致扩容，则会修改modCount，删一定会修改。 改和查一定不会修改modCount。扩容操作会导致数组复制，批量删除会导致 找出两个集合的交集，以及数组复制操作，因此，增、删都相对低效。 而 改、查都是很高效的操作。因此，结合特点，在使用中，以android中最常用的展示列表为例，列表滑动时需要展示每一个Item（element）的数组，所以 查 操作是最高频的。相对来说，增操作 只有在列表加载更多时才会用到 ，而且是在列表尾部插入，所以也不需要移动数据的操作。而删操作则更低频。 故选用ArrayList作为保存数据的结构。在面试中还有可能会问到和Vector的区别，我大致看了一下Vector的源码，内部也是数组做的，区别在于Vector在API上都加了synchronized所以它是线程安全的，以及Vector扩容时，是翻倍size，而ArrayList是扩容50%。--------------------- 作者：张旭童 来源：CSDN 原文：https://blog.csdn.net/zxt0601/article/details/77281231?utm_source=copy 版权声明：本文为博主原创文章，转载请附上博文链接！