Java Collection ArrayList

ArrayList是实现List接口的动态数组.实现了所有的list的操作,可以操作所有的元素,包括null值。除了实现List这个接口,ArrayList还提供方法去操作array的长度.这个特性被用来储存这个list.ArrayList和Vector差不多,除了它不是同步的.

在ArrayList中size, isEmpty, get, set, iterator, 和 listIterator这些操作是常数时间复杂度.add操作运行在常数的时间复杂度就是添加n个元素需要O(n)次数。所有的其它操作也是线性的时间复杂度.这个常量与LinkedList相比是低的。

每一个ArrayList实例都有一个capacity。这个capacity是这个array的长度用来储存这个list当中的元素。当ArrayList中被添加一个元素的时候,如果超过了限制capacity会自动增长的.

注意:这种List的实现不是synchronized的。如果多个线程访问一个ArrayList实现,并且至少其中一个线程改变这个线程的结构.它必须synchronized.(结构修改包含很多操作,比如说:添加或者删除一个或者多个元素,或者resize这个ArrayList中数组的大小.只是set其它一个元素的值不是改变它的结构)。一种典型的方法就是把这个ArrayList包装一下,可以使用Collections.synchronizedList方法来包装ArrayList。这是最好的方法在创建这个对象的时候,这样可以防止操作这个list会出现不同步的情况.

List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList(...));

下面我们来分析一下ArrayList中的继承关系与源码:

1、类结构

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

由上面我们可以看到:
1. ArrayList可以看出它是支持泛型的，它继承自AbstractList，实现了List、RandomAccess、Cloneable、Java.io.Serializable接口.
2. AbstractList提供了List接口的默认实现（个别方法为抽象方法）。
3. List接口定义了列表必须实现的方法。
4. RandomAccess是一个标记接口，接口内没有定义任何内容。
5. 实现了Cloneable接口的类，可以调用Object.clone方法返回该对象的浅拷贝。
6. 通过实现 java.io.Serializable 接口以启用其序列化功能。未实现此接口的类将无法使其任何状态序列化或反序列化。序列化接口没有方法或字段，仅用于标识可序列化的语义。

2、类属性

    /**     * 默认的初始化capacity.     */    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;    /**     * 共享的array的空实例用于ArrayList的空实例     */    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};    /**     * 这个array用来存储ArrayList的元素.     * ArrayList的capacity是这个array的长度.     * elementData == EMPTY_ELEMENTDATA将会暴露给当使用DEFAULT_CAPACITY且第一次添加元素的时候     */    private transient Object[] elementData;    /**     * 这个ArrayList的长度(包含的元素个数).     *     * @serial     */    private int size;    /** ArrayList实例被修改的次数 */    protected transient int modCount = 0;

3、add – 添加元素

上面我们只是粗浅的认识了一下ArrayList的类继承关系与内部属性，下面我们来看看其中的方法.其中最重要的就是add方法.这个方法是把添加的元素追加到list实例的end.下面是内部方法的调用图.先有一个大体的印象.

1) add

    public boolean add(E e) {        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!        elementData[size++] = e;        return true;    }

add，先确认这个方法这个list的capacity，然后再添加这个元素。
2) ensureCapacityInternal

    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {        // 如果这个数据是空数组就设置list最小的capactity        if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) {            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);        }        // 确定明显的capacity        ensureExplicitCapacity(minCapacity);    }

3) ensureExplicitCapacity

    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {        // 修改次数加1        modCount++;        // 如果最小的capacity比这个list最大储存长度还大扩容        if (minCapacity - elementData.length > 0)            grow(minCapacity);    }

4) grow

    private void grow(int minCapacity) {        // 数组之前的长度        int oldCapacity = elementData.length;        // 新长度为之前长度的1.5倍        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);        if (newCapacity - minCapacity < 0)            newCapacity = minCapacity;        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);        // 数组copy        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);    }

由上面我们可以看出ArrayList可以帮我们动态的扩容数组.但是如果我们知道我们需要添加数据的个数我们可以通过调用ArrayList的下面构造方法来指定list的储存能力.

    public ArrayList(int initialCapacity) {        super();        if (initialCapacity < 0)            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+                                               initialCapacity);        this.elementData = new Object[initialCapacity];    }

4、remove(int index) – 以下标删除元素(有返回值)

下面我们再来看一看remove方法.

    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;    }

这里还是用到了System.arraycopy()来进行元素删除.并且返回这个元素。

5、fastRemove – 以下标删除元素(无返回值)

我们可以看到这个方法是私有的.看这个方法，主要是为ArrayList的删除元素做准备.

    private void fastRemove(int index) {        modCount++;        int numMoved = size - index - 1;        if (numMoved > 0)            // 把数组index + 1的元素全部copy到index的位置(相当于删除index位置的元素)            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work    }

fastRemove方法和remove方法差不多，只是fastRemove方法没有返回值.而remove(int index)方法返回被删除的对象。

6、remove(Object o) – 删除list中的对象

    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;    }

这里删除ArrayList中的元素,是遍历删除(list允许对象重复).然后调用上面分析的fastRemove方法进行元素删除。

7、indexOf(Object) – 查看对象在list第一次出现的位置

    public int indexOf(Object o) {        if (o == null) {            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;    }

这个方法是遍历ArrayList，返回找到的第一个与这个对象equals的index.如果没有就返回-1.

当然这里并没有分析ArrayList的全部方法。只分析了其中几个比较关键的方法。抛专引玉，大家可以自行去看ArrayList的源码。