ArrayList源码剖析

ArrayList源码剖析

本文参考自：http://blog.csdn.net/ns_code/article/details/35568011

ArrayList简介

1. ArrayList是基于数组实现的，是一个动态数组，其容量能自动增长，类似于C语言中的动态申请内存，动态增长内存。
2. ArrayList不是线程安全的，只能用在单线程环境下，多线程环境下可以考虑用Collections.synchronizedList(List l)函数返回一个线程安全的ArrayList类，也可以使用concurrent并发包下的CopyOnWriteArrayList类。
3. ArrayList实现了Serializable接口，因此它支持序列化，能够通过序列化传输，实现了RandomAccess接口，支持快速随机访问，实际上就是通过下标序号进行快速访问，实现了Cloneable接口，能被克隆。
4. 由于是数组结构，所以ArrayList具有增删慢，查找快的特点。

构造方法

1. 无参构造方法 public ArrayList()： 内部数组初始化容量为10；
2. 指定初始容量的构造方法 public ArrayList(int initialCapacity)：内部数组初始化容量为指定的容量；
3. 指定一个Collection的构造方法 public ArrayList(Collection

// ArrayList带初始容量大小的构造函数。    public ArrayList(int initialCapacity) {        super();        if (initialCapacity < 0)            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+                                               initialCapacity);        // 新建一个数组        this.elementData = new Object[initialCapacity];    }    // ArrayList无参构造函数。默认容量是10。    public ArrayList() {        this(10);    }    // 创建一个包含collection的ArrayList    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {        elementData = c.toArray();        size = elementData.length;        if (elementData.getClass() != Object[].class)            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);    }  

添加元素

1. add(E e)：将指定的元素添加到此列表的尾部。

// 添加元素e    public boolean add(E e) {        // 确定ArrayList的容量大小        ensureCapacity(size + 1);  // Increments modCount!!        // 添加e到ArrayList中        elementData[size++] = e;        return true;    } 

1. add(int index, E element)：将指定的元素插入此列表中的指定位置。

public void add(int index, E element) {    //判断索引位置是否正确    if (index > size || index < 0)        throw new IndexOutOfBoundsException(        "Index: "+index+", Size: "+size);    //扩容检测    ensureCapacity(size+1);      /*     * 对源数组进行复制处理（位移），从index + 1到size-index。     * 主要目的就是空出index位置供数据插入，     * 即向右移动当前位于该位置的元素以及所有后续元素。      */    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,             size - index);    //在指定位置赋值    elementData[index] = element;    size++; }

1. addAll(Collection

public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {    // 将集合C转换成数组    Object[] a = c.toArray();    int numNew = a.length;    // 扩容处理，大小为size + numNew    ensureCapacity(size + numNew); // Increments modCount    System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);    size += numNew;    return numNew != 0;}

1. addAll(int index, Collection

public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {    //判断位置是否正确    if (index > size || index < 0)        throw new IndexOutOfBoundsException("Index: " + index + ", Size: "                + size);    //转换成数组    Object[] a = c.toArray();    int numNew = a.length;    //ArrayList容器扩容处理    ensureCapacity(size + numNew); // Increments modCount    //ArrayList容器数组向右移动的位置    int numMoved = size - index;    //如果移动位置大于0，则将ArrayList容器的数据向右移动numMoved个位置，确保增加的数据能够增加    if (numMoved > 0)        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,                numMoved);    //添加数组    System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);    //容器容量变大    size += numNew;       return numNew != 0;}

删除元素

1. remove(int index)：移除此列表中指定位置上的元素。

public E remove(int index) {    //位置验证    RangeCheck(index);    modCount++;    //需要删除的元素    E oldValue = (E) elementData[index];       //向左移的位数    int numMoved = size - index - 1;    //若需要移动，则想左移动numMoved位    if (numMoved > 0)        System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index,                numMoved);    //置空最后一个元素    elementData[--size] = null; // Let gc do its work    return oldValue;}

1. remove(Object o)：移除此列表中首次出现的指定元素（如果存在）。

public boolean remove(Object o) {    //因为ArrayList中允许存在null，所以需要进行null判断    if (o == null) {        for (int index = 0; index < size; index++)            if (elementData[index] == null) {                //移除这个位置的元素                fastRemove(index);                return true;            }    } else {        for (int index = 0; index < size; index++)            if (o.equals(elementData[index])) {                fastRemove(index);                return true;            }    }    return false;}

1. removeRange(int fromIndex, int toIndex)：移除列表中索引在 fromIndex（包括）和 toIndex（不包括）之间的所有元素。
2. removeAll()：是继承自AbstractCollection的方法，ArrayList本身并没有提供实现。

修改元素

1. set(int index, E element)：用指定的元素替代此列表中指定位置上的元素

public E set(int index, E element) {    //检测插入的位置是否越界    RangeCheck(index);    E oldValue = (E) elementData[index];    //替代    elementData[index] = element;    return oldValue;}

查找元素

1. ArrayList提供了get(int index)用读取ArrayList中的元素。由于ArrayList是动态数组，所以我们完全可以根据下标来获取ArrayList中的元素，而且速度还比较快，故ArrayList长于随机访问。

扩容

1. 在上面的新增方法的源码中我们发现每个方法中都存在这个方法：ensureCapacity()，该方法就是ArrayList的扩容方法。

public void ensureCapacity(int minCapacity) {    //修改计时器    modCount++;    //ArrayList容量大小    int oldCapacity = elementData.length;    /*     * 若当前需要的长度大于当前数组的长度时，进行扩容操作     */    if (minCapacity > oldCapacity) {        Object oldData[] = elementData;        //计算新的容量大小，为当前容量的1.5倍        int newCapacity = (oldCapacity * 3) / 2 + 1;        if (newCapacity < minCapacity)            newCapacity = minCapacity;        //数组拷贝，生成新的数组        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);    }}

重要总结

1. 注意其三个不同的构造方法。无参构造方法构造的ArrayList的容量默认为10，带有Collection参数的构造方法，将Collection转化为数组赋给ArrayList的实现数组elementData。
2. 注意扩充容量的方法ensureCapacity。ArrayList在每次增加元素（可能是1个，也可能是一组）时，都要调用该方法来确保足够的容量。当容量不足以容纳当前的元素个数时，就设置新的容量为旧的容量的1.5倍加1，如果设置后的新容量还不够，则直接新容量设置为传入的参数（也就是所需的容量），而后用Arrays.copyof()方法将元素拷贝到新的数组（详见下面的第3点）。从中可以看出，当容量不够时，每次增加元素，都要将原来的元素拷贝到一个新的数组中，非常之耗时。因此，当能够大概确认需要存储的数据量的时候，一定要指定初始容量；
3. ArrayList的实现中大量地调用了Arrays.copyof()和System.arraycopy()方法。其实，Arrays.copyof()方法底层也是发调用了System.arraycopy()方法。 System.arraycopy()方法方法被标记了native，调用了系统的C/C++代码，在JDK中是看不到的，但在openJDK中可以看到其源码。该函数实际上最终调用了c语言的memmove()函数，因此它可以保证同一个数组内元素的正确复制和移动，比一般的复制方法的实现效率要高很多，很适合用来批量处理数组。Java强烈推荐在复制大量数组元素时用System.arraycopy()方法，以取得更高的效率。
4. ArrayList基于数组实现，可以通过下标索引直接查找到指定位置的元素，因此查找效率高，但每次插入或删除元素，就要大量地移动元素，插入删除元素的效率低。