ArrayList源码、实现源码

た入场券 2023-07-05 13:21 8阅读 0赞

### 属性： ###

//用于序列化的id
    private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
    
    //默认构造方法的容量
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    
    //空数组，构造方法中参数为0时使用--->new ArrayList(0)
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    
    //空数组，默认构造方法使用--->new ArrayList()
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    
    //临时存放元素的数组，使用transient修饰，不会被序列化
    transient Object[] elementData; 
    
    //元素实际个数
    private int size;
    
    //数组能分配的最大内存，超出会OutOfMemoryError
    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

### 构造方法： ###

//构造方法一，传入容量
    public ArrayList(int initialCapacity) {
            if (initialCapacity > 0) {
                this.elementData = new Object[initialCapacity];
            } else if (initialCapacity == 0) {
                //添加元素时会扩容
                this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
            } else {
                throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                                   initialCapacity);
            }
        }
    
    
    //构造方法二，不传入初始容量
    public ArrayList() {
            //当添加第一个元素时，扩容到默认大小10
            this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
        }
    
       
    //构造方法三，传入一个集合，将其转化为ArrayList
    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
            //集合转数组
            elementData = c.toArray();
            
            if ((size = elementData.length) != 0) {
                // 检查c.toArray()返回的是不是Object[]类型，如果不是，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;
            }
        }

### **ArrayList的**add(E e)方法**：** ###

大致思路：  首先判断是否需要扩容，先需要计算该集合的容量，如果这个集合是空集合的话，给定默认的容量为10，如果不是空集合的话再进行扩容，新容量的大小为原容量的1.5倍。如果新容量的大小小于需要容量，则以需要容量为准。如果新容量的大小大于最大容量，则以最大容量为准，最终实现数组的拷贝。

** **

public boolean add(E e) {
        // 检查是否需要扩容
        ensureCapacityInternal(size + 1);
        // 把元素插入到最后一位
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }
    
    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }
    
    //计算容量
    private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        // 如果是空数组DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA，就初始化为默认大小10
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        return minCapacity;
    }
    
    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;
    
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            // 扩容
            grow(minCapacity);
    }
    
    private void grow(int minCapacity) {
        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);
        // 以新容量拷贝出来一个新数组
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

### **add(int index, E element)方法** ###

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);  
            //将index及其后的元素向后移动一位，空出index的位置
            System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                             size - index);
         //空出的位置存放加入的元素
            elementData[index] = element;
         //数量加一
            size++;
        }

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

public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
            //集合转为数组
            Object[] a = c.toArray();
        
            int numNew = a.length;
            //检查扩容
            ensureCapacityInternal(size + numNew);  
            System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
            size += numNew;
            return numNew != 0;
        }

### get(int index)方法 ###

public E get(int index) {
        // 检查是否越界
        rangeCheck(index);
        // 返回数组index位置的元素
        return elementData(index);
    }
    
    private void rangeCheck(int index) {
        if (index >= size)
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }
    
    E elementData(int index) {
        return (E) elementData[index];
    }

### remove(int index)方法 ###

public E remove(int index) {
        // 检查是否越界
        rangeCheck(index);
    
        modCount++;
        // 获取index位置的元素
        E oldValue = elementData(index);
    
        // 如果index不是最后一位，则将index之后的元素往前挪一位
        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
    
        // 将最后一个元素删除，帮助GC
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
    
        // 返回旧值
        return oldValue;
    }

### 总结 ###

（1）ArrayList内部使用数组存储元素，当数组长度不够时进行扩容，每次加一半的空间，ArrayList不会进行缩容；

（2）ArrayList支持随机访问，通过索引访问元素极快，时间复杂度为O(1)；

（3）ArrayList支持求并集，调用addAll(Collection<? extends E> c)方法即可；

（4）ArrayList支持求交集，调用retainAll(Collection<? extends E> c)方法即可；

（5）ArrayList支持求单向差集，调用removeAll(Collection<? extends E> c)方法即可；

（6）ArrayList有两种迭代器，支持向前向后遍历。

（7）ArrayList底层基于数组，所以除了迭代器，也可以使用循环遍历。

（8）ArrayList查询快，增删慢，线程不安全。

ArrayList查询快的原因是因为底层是数组，只需要获取数组下标即可获得元素，对于增删慢的原因是因为ArrayList是需要移动元素，导致增删慢。