ArrayList 源码分析
1. 结构
??首先我们需要对 ArrayList 有一个大致的了解就从结构来看看吧.
1. 继承
??该类继承自 AbstractList 这个比较好说
2. 实现
这个类实现的接口比较多，具体如下：
- 首先这个类是一个 List 自然有 List 接口
- 然后由于这个类需要进行随机访问，所谓随机访问就是用下标任一访问，所以实现了RandomAccess
然后就是两个集合框架肯定会实现的两个接口 Cloneable, Serializable 前面这个好说序列化一会我们具体再说说
3. 主要字段
// 默认大小为10
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
// 空数组
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 默认的空数组 这个是在传入无参的是构造函数会调用的待会再 add 方法中会看到
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 用来存放 ArrayList 中的元素 注意他的修饰符是一个 transient 也就是不会自动序列化
transient Object[] elementData;
// 大小
private int size;4. 主要方法
下面的方法后面标有数字的就是表示重载方法
- ctor-3
- get
- set
- add-2
- remove-2
- clear
- addAll
- write/readObject
- fast-fail 机制
- subList
- iterator
- forEach
- sort
- removeIf
2. 构造方法分析
1. 无参的构造方法
?? 里面只有一个操作就是把 elementData 设置为 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 这个空数组。
// 无参的构造函数，传入一个空数组 这时候会创建一个大小为10的数组，具体操作在 add 中
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}2. 传入数组大小的构造
?? 这个就是 new 一个数组，如果数组大小为0就 赋值为 EMPTY_ELEMENTDATA
// 按传入的参数创建新的底层数组
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);
}
}3. 传入 Collection 接口
?? 在这个方法里面主要就是把这个 Collection 转成一个数组，然后把这个数组 copy 一下，如果这个接口的 size 为0 和上面那个方法一样传入 EMPTY_ELEMENTDATA
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
if ((size = elementData.length) != 0) {
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
// 上面的注释的意思是说 jdk 有一个 bug 具体来说就是一个 Object 类型的数组不一定能够存放 Object类型的对象，有可能抛异常
// 主要是因为 Object 类型的数组可能指向的是他的子类的数组，存 Object 类型的东西会报错
if (elementData.getClass() != Object[].class)
// 这个操作是首先new 了新的数组，然后再调用 System.arraycopy 拷贝值。也就是产生新的数组
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// 传入的是空的就直接使用空数组初始化
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
?? 但是注意一点这里有一个 jdk 的 bug 也就是一个 Object 类型的数组不一定能够存放 Object类型的对象，有可能抛异常，主要是因为 Object 类型的数组可能指向的是他的子类的数组，存 Object 类型的东西会报错。 为了测试这个 bug 写了几行代码测试一下。这个测试是通不过的，就是存在上面的原因。
?? 一个典型的例子就是 我们创建一个 string 类型的 list 然后调用 toArray 方法发现返回的是一个 string[] 这时候自然就不能随便存放元素了。
class A{
}
class B extends A {
}
public class JDKBug {
@Test
public void test1() {
B[] arrB = new B[10];
A[] arrA = arrB;
arrA[0]=new A();
}
}3. 修改方法分析
1. Set 方法
?? 这个方法也很简单 ，首先进行范围判断，然后就是直接更新下标即可。
// 也没啥好说的就是，设置新值返回老值
public E set(int index, E element) {
rangeCheck(index);
E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
return oldValue;
}2. Add(E e) 方法
??这个方法首先调用了 ensureCapacityInternal() 这个方法里面就判断了当前的 elementData 是否等于 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 如果是的话，就把数组的大小设置为 10 然后进行扩容操作,这里刚好解释了为什么采用无参构造的List 的大小是 10 ，这里扩容操作调用的方法是 ensureExplicitCapacity 里面就干了一件事如果用户指定的大小 大于当前长度就扩容，扩容的方法采用了 Arrays.copy 方法，这个方法实现原理是 new 出一个新的数组，然后调用 System.arraycopy 拷贝数组，最后返回新的数组。
public boolean add(E e) {
// 当调用了无参构造，设置大小为10
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount
elementData[size++] = e;
return true;
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
// 如果当前数组是默认空数组就设置为 10和 size+1中的最小值
// 这也就是说为什么说无参构造 new 的数组大小是 10
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// 若用户指定的最小容量 > 最小扩充容量，则以用户指定的为准，否则还是 10
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
// 1.5倍增长
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);
}3. Add(int index, E e) 方法
?? 这个方法比较简单和上面基本一样，然后只是最后放元素的时候的操作不一样，他是采用了 System.arraycopy 从自己向自己拷贝，目的就在于覆盖元素。 注意一个规律这里面只要涉及下标的操作的很多不是自己手写 for 循环而是采用类似的拷贝覆盖的方法。算是一个小技巧。
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount
// 覆盖
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}4. remove(int index)
??同理这里面还是用了拷贝覆盖的技巧。 但是有一点注意的就是不用的节点需要手动的触发 gc ，这也是在 Efftive Java 中作者举的一个例子。
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
int numMoved = size - index - 1;
//覆盖
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
return oldValue;
}5. remove(E e)
?? 这个方法操作很显然会判断 e 是不是 null 如果是 null 的话直接采用 == 比较，否则的话就直接调用 equals 方法然后执行拷贝覆盖。
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementData[index] == null) {
// 覆盖
fastRemove(index);
return true;
}
} else {
for (int index = 0; index < size; index++)
// 调用 equals 方法
if (o.equals(elementData[index])) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}6. clear()
?? 这个方法就干了一件事，把数组中的引用全都设置为 null 以便 gc 。而不是仅仅把 size 设置为 0 。
// gc 所有节点
public void clear() {
modCount++;
// clear to let GC do its work
for (int i = 0; i < size; i++)
elementData[i] = null;
size = 0;
}7. addAll(Collection e)
?? 这个没啥好说的就是，采用转数组然后 copy
// 一个套路 只要涉及到 Collection接口的方法都是把这个接口转成一个数组然后对数组操作
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount
System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}4. 访问方法分析
1. get
?? 直接访问数组下标。
// 没啥好说的直接去找数组下标
public E get(int index) {
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}
2. subList
?? 这个方法的实现比较有意思，他不是直接截取一个新的 List 返回，而是在这个类的内部还有一个 subList 的内部类，然后这个类就记录了 subList 的开始结束下标，然后返回的是这个 subList 对象。你可能会想返回的 subList 他不是 List 不会有问题吗，这里这个 subList 是继承的 AbstractList 所以还是正确的。
public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {
subListRangeCheck(fromIndex, toIndex, size);
return new SubList(this, 0, fromIndex, toIndex);
}
// subList 返回的是一个位置标记实例，就是在原来的数组上放了一些标志，没有修改或者拷贝新的空间
private class SubList extends AbstractList<E> implements RandomAccess {
private final AbstractList<E> parent;
private final int parentOffset;
private final int offset;
int size;
// other functions .....
}5. 其他功能方法
1. write/readObject
??前面在介绍数据域的时候我就有标注 elementData 是一个 transition 的变量也就是在自动序列化的时候会忽略这个字段。
?? 然后我们又在源码中找到到了 write/readObject 方法，这两个方法是用来序列化 elementData 中的每一个元素，也就是手动的对这个字段进行序列化和反序列化。这不是多此一举吗？
?? 既然要将ArrayList的字段序列化（即将elementData序列化），那为什么又要用transient修饰elementData呢？
?? 回想ArrayList的自动扩容机制，elementData数组相当于容器，当容器不足时就会再扩充容量，但是容器的容量往往都是大于或者等于ArrayList所存元素的个数。
?? 比如，现在实际有了8个元素，那么elementData数组的容量可能是8x1.5=12，如果直接序列化elementData数组，那么就会浪费4个元素的空间，特别是当元素个数非常多时，这种浪费是非常不合算的。
?? 所以ArrayList的设计者将elementData设计为transient，然后在writeObject方法中手动将其序列化，并且只序列化了实际存储的那些元素，而不是整个数组。
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
throws java.io.IOException{
// Write out element count, and any hidden stuff
int expectedModCount = modCount;
s.defaultWriteObject();
// Write out size as capacity for behavioural compatibility with clone()
s.writeInt(size);
// Write out all elements in the proper order.
for (int i=0; i<size; i++) {
s.writeObject(elementData[i]);
}
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}2. fast-fail
?? 所谓的 fast-fail 就是在我们进行 iterator 遍历的时候不允许调用 Collection 接口的方法进行对容器修改，否则就会抛异常。这个实现的机制是在 iterator 中维护了两个变量，分别是 modCount 和 expectedModCount 由于 Collection 接口的方法在每次修改操作的时候都会对 modCount++ 所以如果在 iterator 中检测到他们不相等的时候就抛异常。
private class Itr implements Iterator<E> {
int cursor; // index of next element to return
int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
int expectedModCount = modCount;
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
}3. forEach
?? 这个是一个函数式编程的方法，看看他的参数 forEach(Consumer<? super E> action) 很有意思里面接受是一个函数式的接口，我们里面回调了 Consumer 的 accept 所以我们只需要传入一个函数接口就能对每一个元素处理。
@Override
public void forEach(Consumer<? super E> action) {
Objects.requireNonNull(action);
final int expectedModCount = modCount;
@SuppressWarnings("unchecked")
final E[] elementData = (E[]) this.elementData;
final int size = this.size;
for (int i=0; modCount == expectedModCount && i < size; i++) {
//回调
action.accept(elementData[i]);
}
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}写了一段测试代码，但是这个方法不常用，主要是 Collection 是可以自己生成 Stream 对象，然后调用上面的方法即可。这里提一下。
public class ArrayListTest {
@Test
public void foreach() {
ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(2);
list.add(1);
list.add(4);
list.add(6);
list.forEach(System.out::print); //打印每一次元素。
}
}4. sort
底层调用了 Arrays.sort 方法没什么好说的。
public void sort(Comparator<? super E> c) {
final int expectedModCount = modCount;
Arrays.sort((E[]) elementData, 0, size, c);
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
modCount++;
}5. removeIf
?? 这个和 forEach 差不多，就是回调写好了。
6. Vector
以上基本是把 ArrayList 的重要的方法和属性介绍完了，我们已经比较清楚他底层的实现和数据结构了。然后提到 ArrayList 自然也少不了一个比较古老的容器 Vector 这个容器真的和 ArrayList 太像了。因为你会发现他们连继承和实现的接口都是一样的。但是也会有一些不同的地方，下面分条介绍一下。
在
Vector中基本所有的方法都是synchronized的方法，所以说他是线程安全的ArrayList构造方法不一样，在属性中没有两个比较特殊的常量，所以说他的构造方法直接初始化一个容量为 10 的数组。然后他有四个构造方法。
遍历的接口不一样。他还是有
iterator的但是他以前的遍历的方法是Enumeration接口，通过elements获取Enumeration然后使用hasMoreElements和nextElement获取元素。缺少一些函数式编程的方法。