Java 集合（1）----- ArrayList 源码分析

ArrayList

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Java Collection系列博客分析了我们日常使用过程中常用集合的常用方法源码

在阅读源码过程中遇到了一个问题， System.arraycopy()到底是怎么拷贝的?深拷贝还是浅拷贝？ 根据实验的结果对基本数据类型是深拷贝，class对象是浅拷贝，根据网上各种博客加上个人的理解最后确认了System.arraycopy()就是浅拷贝，深拷贝是浅拷贝的递归
测试代码地址http://blog.csdn.net/chenqianleo/article/details/77480407

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ArrayList继承的类和接口

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>        implements List<E>, RandomAccess, ,Cloneable,1. RandomAccess,Cloneable,java.io.Serializable三个都是标识接口，标识接口内部没有任何东西，仅仅起到标识的作用2. List<E> ArrayList<E>中的大部分方法都是从List<E>接口继承过来的    List<E> -->Collection<E> -->Iterable<E>3. AbstractList<E> 一直往上看可以发现继承了Iterable接口    AbstractList<E> --> AbstractCollection<E> --> Collection<E> -->Iterable<E>

主要成员变量

private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; //空数组，在无参构造函数使用private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};  //空数组，在初始化容量指定为0时使用，和使用无参构造方法一个作用private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;  //初始数组大小transient Object[] elementData; //数据用数组保存private int size;  //当前数组存入数据大小，很重要protected transient int modCount = 0; //ArrayList结构性变化的次数

1.构造函数

    /**    * 无参构造函数    * 这个构造函数我们一般使用的比较多，在初始化时并没有建立数组，在add才会    */    public ArrayList() {            this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;    }    /**    * @Parm initialCapacity为指定数组容量大小    * 初始化时进行了数组大小的确定，一般我们知道数据量大小时可以这样使用，减小后面的数组扩容    */    public ArrayList(int initialCapacity) {        if (initialCapacity > 0) {            this.elementData = new Object[initialCapacity];        } else if (initialCapacity == 0) {            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;  //还是初始化为{}数组        } else {            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+                                               initialCapacity);        }    }    /**    * @Parm c 集合    * 集合中的内容全部填充到数组中    */    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {        elementData = c.toArray();        if ((size = elementData.length) != 0) {            // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652) （英文注释都是SDK自带的） 类型转换            if (elementData.getClass() != Object[].class)                elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);        } else {            // replace with empty array.            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;        }    }

2.主要方法

add(E e) –> 插入元素到数组末尾

把对象存储到动态数组中，每次存储前会进行ensureCapacityInternal（）（具体判断在ensureExplicitCapacity（））确保当前数组大小可以存储数据，当数组容量不够存储数据时进行扩容grow（），扩容的大小为指定大小和原大小1.5倍的最大值

下面的所以add方法原理都很简单，主要有下面几点

1.add前容量判断

2.中间index位置插入元素，index及其后面所以成员后移，要插入的元素直接从index位置连续插入

    public boolean add(E e) {        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!         //正常数组操作，size为已经存储的数据大小        elementData[size++] = e;        return true;    }      //确保数组容量，不满足时扩容    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {            //如何当前数组为空，选择传入参数minCapacity和DEFAULT_CAPACITY==10之间的最大值作为扩容目标            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);        }        ensureExplicitCapacity(minCapacity);    }    // //进行扩容    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {        modCount++; //扩容次数++        // overflow-conscious code        //大小判断，如果当前数组容量大于minCapacity什么都不做，否则进行扩容操作        if (minCapacity - elementData.length > 0)            grow(minCapacity);    }    //扩容操作    private void grow(int minCapacity) {        // overflow-conscious code        int oldCapacity = elementData.length;  //以前容量        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //新容量 = 以前容量 * 1.5        //在自动扩容1.5倍和指定扩容大小选最大的        if (newCapacity - minCapacity < 0)            newCapacity = minCapacity;        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)            //容量大小最大为Integer.MAX_VALUE            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:        //System.arraycopy()完成数据的拷贝，JNI实现;        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);    }

add(int index, E element) –> 插入元素到指定位置（不建议这样，当插入操作频繁建议使用LinkList）

    public void add(int index, E element) {        rangeCheckForAdd(index);  //插入位置边界检查        //容量判断，上面分析了        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!        //先把插入位置index及其后面的数据往后移动一位        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,                         size - index);        //再把数据放到index位置                         elementData[index] = element;        size++;    }    //确保要插入的位置在数组已有数据大小0-size之间，否则抛出异常    private void rangeCheckForAdd(int index) {        if (index > size || index < 0)            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));    }

addAll(Collection c) –> 集合c中的全部数据加到数组末尾

    public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {        //集合c转换成数组        Object[] a = c.toArray();        int numNew = a.length;        //确保当前容量可以增加集合c的大小        ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount        //把集合c转换的数组a加入到elementData数组的后面            System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);        //数据容量加上集合大小        size += numNew;        return numNew != 0;    }

addAll(int index, Collection c) –> 集合插入指定位置

    public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {        rangeCheckForAdd(index);        //插入位置边界检查        //集合转数据        Object[] a = c.toArray();        int numNew = a.length;        ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount        int numMoved = size - index;        if (numMoved > 0)            //index和后面的数据向后移动集合c大小各位置            System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,                             numMoved);        //集合转的数组从index依次插入        System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);        size += numNew;        return numNew != 0;    }

clear(） –> 清空数据

    public void clear() {        modCount++;  //扩容次数加加        // clear to let GC do its work        for (int i = 0; i < size; i++)            elementData[i] = null; //变量不在使用时让他==null,触发gc        size = 0;    }

size() –> 得到当前存入数据数量
isEmpty() –> 当前是否存入数据

    public int size() {        return size; //直接返回size    }    public boolean isEmpty() {        return size == 0; //还是通过size判断    }

clone() –> 得到一份浅拷贝

    public Object clone() {        try {            ArrayList<?> v = (ArrayList<?>) super.clone();            //浅拷贝            v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);            v.modCount = 0;            return v;        } catch (CloneNotSupportedException e) {            // this shouldn't happen, since we are Cloneable            throw new InternalError(e);        }    }

toArray() –> 集合转数组

    public Object[] toArray() {        //仍然是使用浅拷贝的Arrays.copyOf方法        return Arrays.copyOf(elementData, size);    }

remove(int index) –> 移除index位置的元素

    public E remove(int index) {        rangeCheck(index); //index边界检查        modCount++;         //return (E) elementData[index] 得到index位置数据        E oldValue = elementData(index);        int numMoved = size - index - 1;        //index后面元素向前移动一位        if (numMoved > 0)            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,                             numMoved);        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work        //返回index位置的数据        return oldValue;    }

remove(Object o) –> 删除第一次出现的指定元素从这个列表,如果它存在

    public boolean remove(Object o) {        //从数组0位置开始查找，针对null和其他元素的比较方法不一样        if (o == null) { //==            for (int index = 0; index < size; index++)                if (elementData[index] == null) {                    fastRemove(index); //移除数据                    return true;                }        } else {             for (int index = 0; index < size; index++)                if (o.equals(elementData[index])) {  // equal                    fastRemove(index);                    return true;                }        }        return false;    }    private void fastRemove(int index) {        modCount++;        int numMoved = size - index - 1;        //index后面前移一位覆盖了index原来数据        if (numMoved > 0)            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,                             numMoved);        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work    }    

indexOf(Object 0) –> 回第一次出现的指定元素的索引列表,或-1如果该列表不包含的元素。

    public int indexOf(Object o) {        if (o == null) {            //循环判断进行比较，如果找到返回i            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;    }

lastIndexOf(Object o) – > 返回最后出现的指定元素的索引列表,或1如果该列表不包含的元素。

    public int lastIndexOf(Object o) {        if (o == null) {            //和上面一样，不过这个数组从size-1到0进行遍历            for (int i = size-1; i >= 0; i--)                if (elementData[i]==null)                    return i;        } else {            for (int i = size-1; i >= 0; i--)                if (o.equals(elementData[i]))                    return i;        }        return -1;    }

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下面简单分析一下ArrayList中的Iterator，从ArrayList的listIterator()方法作为入口进行分析

    public ListIterator<E> listIterator() {        return new ListItr(0);  //接下来主要分析ListItr内部类    }

private class ListItr extends Itr implements ListIterator

• Itr 实现了也是ArrayList的一个内部类，实现了主要的几个部分
• ListIterator是一个外部接口

Itr类，只分析常用的hasNext()和next()方法

    private class Itr implements Iterator<E> {        int cursor;       // index of next element to return，很重要的        int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such        //这个大家都很熟悉吧，判断下个元素是否存在，原理很简单        //当前的索引cursor是否等于数组存储的数据大小size        public boolean hasNext() {            return cursor != size;        }        @SuppressWarnings("unchecked")        public E next() {            checkForComodification();            //当前的cursor索引不可以大于等于size，为什么等于？因为后面使用cursor前cursor要加1            int i = cursor;            if (i >= size)                throw new NoSuchElementException();            Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;            if (i >= elementData.length)                throw new ConcurrentModificationException();            cursor = i + 1; //cursor加加，代表下一个元素索引            return (E) elementData[lastRet = i]; //返回元素        }        //删除上次遍历的cursor索引所在的元素        public void remove() {            if (lastRet < 0)                throw new IllegalStateException();            checkForComodification();            //删除cursor所在数据            try {                ArrayList.this.remove(lastRet);                cursor = lastRet;                //----->删除后设为-1，所以不能连续删除<----//                lastRet = -1;                 expectedModCount = modCount;            } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {                throw new ConcurrentModificationException();            }        }    }

ListItr，最重要的成员变量是继承Itr的cursor

private class ListItr extends Itr implements ListIterator<E> {        ListItr(int index) {            super();            cursor = index;        }        //判断当前cursor所以是否前一个        public boolean hasPrevious() {            return cursor != 0;        }        //返回前一个元素        public E previous() {            checkForComodification();            int i = cursor - 1;            if (i < 0)                throw new NoSuchElementException();            Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;            if (i >= elementData.length)                throw new ConcurrentModificationException();            cursor = i;            return (E) elementData[lastRet = i];        }    }

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最后，Vector暂时不打算分析了，Vector中大部分方法用synchronized修饰，动态数组的原理和ArrayList相似，下一篇打算分析HashSet

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