Java集合之ArrayList

柔光的暖阳◎ 2021-08-13 15:18 479阅读 0赞

### ArrayList ###

*  1. 简介
 *  2. 继承体系
 *  3. 深入源码
 *   *  3.1 属性
     *  3.2 构造方法
     *   *  3.2.1 ArrayList()
         *  3.2.2 ArrayList(int initialCapacity)
         *  3.2.3 ArrayList(Collection<? extends E> c)
     *  3.3 添加元素
     *   *  3.3.1 add(E e)
         *  3.3.2 add(int index, E element)
         *  3.3.3 addAll(Collection<? extends E> c)
     *  3.4 获取元素
     *   *  3.4.1 get(int index)
     *  3.5 删除元素
     *   *  3.5.1 remove(int index)
         *  3.5.2 remove(Object o)

# 1. 简介 #

>        `ArrayList`是一种以数组实现的`List`，与数组相比，它具有动态扩展的能力，因此也可称之为动态数组。

# 2. 继承体系 #

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dhbmdfemhhb18_size_16_color_FFFFFF_t_70]

*  `ArrayList`实现了`List`接口，提供了基础的添加、删除、遍历等操作。
 *  `ArrayList`实现了`RandomAccess`，提供了随机访问的能力。
 *  `ArrayList`实现了`Cloneable`，可以被克隆。
 *  `ArrayList`实现了`Serializable`，可以被序列化。

// 观察 RandomAccess 接口的代码，可以发现其接口内没有任何成员，其作用仅仅起到一个标识。
    // 标识我们可以通过数组下标访问元素，而链表便没有这样的性质，只能通过遍历去访问指定元素
    public interface RandomAccess { 
    
    }

# 3. 深入源码 #

## 3.1 属性 ##

// 序列化ID
    	private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
    
        /** * 数组默认容量 */
        private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    
        /** * 空数组 * new ArrayList(0)时使用 */
        private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = { };
    
        /** * 空数组，new ArrayList()时使用，添加第一个元素的时候会重新初始为默认容量大小 */
        private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = { };
    
        /** * 保存要存储元素的数组 */
        transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
    
        /** * 数组中存储的元素个数 */
        private int size;

## 3.2 构造方法 ##

### 3.2.1 ArrayList() ###

public ArrayList() { 
    		// DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 
    		// 数组是在添加第一个元素的时候会扩容到默认大小10
            this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    	}

### 3.2.2 ArrayList(int initialCapacity) ###

public ArrayList(int initialCapacity) { 
        	 // 如果传入的初始容量大于0，就新建一个指定长度的数组存储元素
            if (initialCapacity > 0) { 
                this.elementData = new Object[initialCapacity];
            } else if (initialCapacity == 0) { 
            	// 如果传入的初始容量等于0，使用空数组EMPTY_ELEMENTDATA
                this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
            } else { 
                throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                                   initialCapacity);
            }
        }

`EMPTY_ELEMENTDATA` 和 `DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA` 都代表空数组，不同的是 `DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA` 会在第一次添加元素时，将容量初始化为 10 。

### 3.2.3 ArrayList(Collection<? extends E> c) ###

public ArrayList(Collection<? extends E> c) { 
        	// 将 Collection 转为数组
            elementData = c.toArray();
            if ((size = elementData.length) != 0) { 
                // 如果c.toArray()返回的是不是Object[]类型，重新拷贝成Object[].class类型
                if (elementData.getClass() != Object[].class)
                    elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
            } else { 
                // 如果c的空集合，则初始化为空数组EMPTY_ELEMENTDATA
                this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
            }
        }

## 3.3 添加元素 ##

### 3.3.1 add(E e) ###

>        添加元素到末尾，平均时间复杂度为O(1)。

public boolean add(E e) { 
        	// 检查是否需要扩容
            ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
            // 把元素插入到最后一位
            elementData[size++] = e;
            return true;
        }
    
    	private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { 
        	// 如果是空数组DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA,
        	// 则选择一个最大的值在默认值和minCapacity 保证当前数组可以装得下所有元素。
        	if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { 
           	 minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        	}
    
        	ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    	}
    
    	private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { 
    		// 修改 modCount 的值，快速失败策略
            modCount++;
    
            // 如果要存储元素的个数大于数组的长度，则扩容
            if (minCapacity - elementData.length > 0)
                grow(minCapacity);
        }
    
    	private void grow(int minCapacity) { 
       	 	// overflow-conscious code
        	int oldCapacity = elementData.length;
        	
    	    // 新容量为旧容量的1.5倍
       		 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
       		 
        	// 如果新容量发现比需要的容量还小，则以需要的容量为准
       		if (newCapacity - minCapacity < 0)
          		  newCapacity = minCapacity;
          		  
        	// 如果新容量已经超过最大容量了，则使用最大容量
       		 if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
         		   newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
         		   
      		 // 将旧数组中的元素都拷贝到新数组中
       		 elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    	}

### 3.3.2 add(int index, E element) ###

public void add(int index, E element) { 
        	// 检查是否越界
            rangeCheckForAdd(index);
    
    		// 检查是否需要扩容
            ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
            // 将 index 后面的元素向后移动一位
            System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                             size - index);
            // 在 index 位置插入元素 
            elementData[index] = element;
            // 元素个数+1
            size++;
        }
        
        private void rangeCheckForAdd(int index) { 
            if (index > size || index < 0)
                throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
        }

### 3.3.3 addAll(Collection<? extends E> c) ###

>        将集合c中所有元素添加到当前ArrayList中

public boolean addAll(Collection<? extends E> c) { 
    		// 将集合转为数组
            Object[] a = c.toArray();
            int numNew = a.length;
            // 检查是否需要扩容
            ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount
            // 将c中元素全部拷贝到数组的最后
            System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
            size += numNew;
            return numNew != 0;
        }

## 3.4 获取元素 ##

### 3.4.1 get(int index) ###

public E get(int index) { 
        	// 检查是否越界
            rangeCheck(index);
    		// 返回 index 位置元素
            return elementData(index);
        }
        
    	E elementData(int index) { 
            return (E) elementData[index];
        }

## 3.5 删除元素 ##

### 3.5.1 remove(int index) ###

public E remove(int index) { 
    		// 越界检查
            rangeCheck(index);
    
            modCount++;
            // 返回 index 位置元素
            E oldValue = elementData(index);
    
            int numMoved = size - index - 1;
            // 如果不是最后一个元素，则将 index 后面的元素向前移动一个位置
            if (numMoved > 0)
                System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                                 numMoved);
            // 置为 null，方便 GC 
            elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
    
            return oldValue;
        }

### 3.5.2 remove(Object o) ###

public boolean remove(Object o) { 
            if (o == null) { 
            	// 遍历整个数组，找到元素第一次出现的位置，并将其快速删除
                for (int index = 0; index < size; index++)
                    if (elementData[index] == null) { 
                        fastRemove(index);
                        return true;
                    }
            } else { 
            	// 遍历整个数组，找到元素第一次出现的位置，并将其快速删除
                for (int index = 0; index < size; index++)
                    if (o.equals(elementData[index])) { 
                        fastRemove(index);
                        return true;
                    }
            }
            return false;
        }
        
        private void fastRemove(int index) { 
        	// 没有越界检查
            modCount++;
    
            int numMoved = size - index - 1;
    
    		// 如果不是最后一个元素，则 index 后的元素向前移动一个位置
            if (numMoved > 0)
                System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                                 numMoved);
            elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
        }

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