深入理解ArrayList
来源:互联网 发布:淘宝天天特价首页 编辑:程序博客网 时间:2024/06/08 06:06
1.ArrayList介绍
List有序地。ArrayList是实现了List的接口的动态数组。底层的是实现是数组,插入和移除元素的效率较慢
2.源码分析
1)成员变量
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {}; private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; transient Object[] elementData; private int size
DEFAULT_CAPACITY :默认集合的大小,即ArrayList的初始化大小为10
EMPTY_ELEMENTDATA:这是一个空的数组
DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA:大小为10的数组
elementData:集合实际操作进行增删改的数组
transient关键字:关闭序列化
size:记集合中的元素
2)构造函数
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); } }public ArrayList() { this.elementData = DEFAULTCAPACITY_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) if (elementData.getClass() != Object[].class) elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); } else { // replace with empty array. this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; }}
有三个构造函数
默认构造函数:提供一个指定容量为10的空列表
ArrayList(int initialCapacity):构造一个具有指定初始容量的空列表。并对初始化的大小进行检查,<0,抛出异常,=0,则为空列表
ArrayList(Collection< ? extends E> c):构造一个包含指定 collection 的元素的列表,直接用一个集合初始化另外一个集合。分析一下里面的代码,里面还是有挺多的知识点的。
将c转化为数组赋值给elementData
如果c不为空 1.调用toArray()方法将集合转化为数组 2)如果两个类型不一样(elementData.getClass和object.class)则通过Arrays.copyOf方法将类型进行转化,在方法中指定了类型
如果c为空 则elementData为一个空集合
3)add操作
ArrayList共有add(E e)、add(int index, E element)、addAll(Collection< ? extends E> c)、addAll(int index, Collection< ? extends E> c)四个王集合中添加元素的方法。所有的增加的方法都需要调用ensureCapacity方法进行扩容操作,并且在增加元素以后都会进行size++,元素计数值加1
add(E e)源码:
public boolean add(E e) { ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! elementData[size++] = e; return true; }
进行扩容,并将指定的元素添加到列表的末尾
add(int index, E element)源码:
public void add(int index, E element) { rangeCheckForAdd(index); ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); elementData[index] = element; size++; }
rangeCheckForAdd(index):会对加入位置的index进行检查,保证其不越界
接着进行扩容
在集合中间添加进元素需要进行数组拷贝,将index后面(包括index)的数组向后移动,空出index的位置,index前面的元素不发生变化。这里使用 System.arraycopy()的自我复制。对index位置的元素进行赋值,size++,因为添加元素(后面介绍的删除元素)都需要进行数组的拷贝,使得ArrayList相对于LinkedList的增删效率相比较低。
addAll(Collection< ? extends E> c)源码:
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; }
首先将集合转化为数组,和之前的构造函数原理类似,因为其底层的实现是数组
numNew为传入集合的大小,进行扩容操作调用复制方法,最后增加size
addAll(int index, Collection< ? extends E> c)源码:
addAll(Collection< ? extends E> c)
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) { rangeCheckForAdd(index); Object[] a = c.toArray(); int numNew = a.length; ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount int numMoved = size - index; if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew, numMoved); System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew); size += numNew; return numNew != 0; }
实现方式和上面的类似,只不过比上边多了数组的移动,并且是调用了两次System.arraycopy(),因为它不是从数组末尾插进的。首先是进行index的检查,凡是遇到随机插入元素必须对index进行检查。首先计算出需要扩容的大小进行扩容,在进行第一次的数组复制,将index后面numMoved个元素向后移动到末尾,空出加入集合的大小,第二次数组复制,将空出的位置用集合填了。完毕了
4)set方法
其实从结果看类似于插入操作,不过一般我们用它是用于修改集合中的元素
set(int index, E element)源码:
public E set(int index, E element) { rangeCheck(index); E oldValue = elementData(index); elementData[index] = element; return oldValue; }
这个实现很简单,就是将指定位置的元素替换并返回旧值
5)remove方法:
共有remove(int index)、remove(Object o)、removeRange(int fromIndex, int toIndex)、removeAll()四个方法。实现思路和添加差不多,只不过删除不需要扩容,它实现的基本操作是将集合元素数量size删除以后进行修改,以及将数组置空
remove(int index)源码:
public E remove(int index) { rangeCheck(index); modCount++; E oldValue = elementData(index); int numMoved = size - index - 1; if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work return oldValue; }
删除指定位置上的元素,首先是检查index,modCount记录修改,增加一次。
取出index位置上的旧值后将index后面的元素向前移动,并将最后一个元素置为null,让垃圾收集器进行回收内存,最后返回旧值。这里有应用到泛型
remove(Object o)源码:
public boolean remove(Object o) { if (o == null) { for (int index = 0; index < size; index++) if (elementData[index] == null) { fastRemove(index); return true; } } else { for (int index = 0; index < size; index++) if (o.equals(elementData[index])) { fastRemove(index); return true; } } return false; }
删除指定的元素o,因为ArrayList中可以插入null,所以这里需要进行讨论,如果是null的话,使用==进行比较就可以了,找到相等的时候,删除index位置上的元素,如果不为null,则用equals进行比较。这里删除元素都调用的是fastRemove方法
fastRemove(int index)源码:
private void fastRemove(int index) { modCount++; int numMoved = size - index - 1; if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work }
实现思路和remove(int index)一样,这里不多说
removeRange(int fromIndex, int toIndex)源码:
protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) { modCount++; int numMoved = size - toIndex; System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex, numMoved); // clear to let GC do its work int newSize = size - (toIndex-fromIndex); for (int i = newSize; i < size; i++) { elementData[i] = null; } size = newSize; }
这个方法是将指定范围[fromIndex,toIndex)的元素删除
首先计算出需要向前移动的距离,进行数组移动。重新计算size的大小,使用for循环将后面的元素置为null让垃圾回收器回收。
removeAll(Collection < ? > c)源码:
public boolean removeAll(Collection<?> c) { Objects.requireNonNull(c); return batchRemove(c, false); }
调用批量删除方法
6)get方法
通过索引获得元素。ArrayList的查找效率较高,如果一个操作中是以查找操作为主的话建议使用ArrayList
get(int index)源码
public E get(int index) { rangeCheck(index); return elementData(index); }
很简单没什么可说的,集合是泛型的,所以返回类型为E根据实际类型来确定
2)扩容操作:
因为集合默认大小为10,当在集合中添加的元素超过10时,容器必须进行扩容
我们在上面add方法实现中调用的ensureCapacity(int minCapacity)方法,minCapacity传入的值是集合中元素的大小。ensureCapacity方法还会调用其它方法来实现,最终实现操作的是ensureExplicitCapacity这个方法
扩容操作源码:
public void ensureCapacity(int minCapacity) { int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) // any size if not default element table ? 0 // larger than default for default empty table. It's already // supposed to be at default size. : DEFAULT_CAPACITY; if (minCapacity > minExpand) { ensureExplicitCapacity(minCapacity); } } private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); } ensureExplicitCapacity(minCapacity); } private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { modCount++; // overflow-conscious code if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity); }
首先进行判断,实际集合的大小是不是等于10,(一般都是等于10的),如果需要进行扩容,即实际集合的大小大于10,才会调用ensureExplicitCapacity(minCapacity),在这个方法里,if判断肯定成立,然后调用ensureExplicitCapacity(int minCapacity),计算出需要扩容的大小,调用grow进行扩容,所以扩容的实现是由grow方法来完成的
grow源码:
private void grow(int minCapacity) { // overflow-conscious code int oldCapacity = elementData.length; 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); }
扩容并不是你需要增加几个元素,>>1相当于除以2,所以扩容是将数组变为原来的1.5倍,然后在和实际需要扩容的大小进行比较。总之扩容实现还是很巧妙的,1.5倍是最好的倍数,如果一次性扩容太小,需要多次对数组进行重新分配对象,对性能消耗比较严重。
最后进行数组的复制,重新生成新数组
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