JDK源码走读（3）：容器之ArrayList

本章分析List系列中的ArrayList，有些与PriorityQueue类似，比如底层同样采取数组存储元素，也涉及到扩容操作等；也有不同之处，比如PriorityQueue不允许存入的元素为null，而ArrayList允许将null元素存放其中。

一、 类实现/继承体系结构

为了对整个List实现/继承体系有个全貌，先将体系结构图画出来：

二、 关键数据成员

（1）存储结构

transient Object[]elementData; // non-private to simplify nested class access;

以数组作为底层存储结构，存放ArrayList链表中的元素

数组elementData的默认初始化大小(DEFAULT_CAPACITY)是10。

（2）数组存放的元素个数

private int size;

三、 构造函数

ArrayList提供了多种形式的构造函数，在此不一一列举，就参数来说，主要包括，数组链表(elementData)初始化大小（initialCapacity）值、其他集合

这里要讲下以下几个构造函数：

publicArrayList (Collection<? extends E> c)：利用另一个集合初始化ArrayList，要求就是负责初始化集合中的元素类型是E或者是E的子类。

四、 一些链表操作

(1)  void trimToSize()：将ArrayList的存储空间压缩到size大小，将空闲空间还给系统

做法就是Arrays.copyOf(elementData, size)新生成一个数组，赋值给elementData；

(2)  void sort(Comparator<? super E> c)：对链表进行排序，调用了Arrays.sort接口

Arrays.sort((E[])elementData, 0, size, c);

这里有一点，因为ArrayList接口都不是线程安全的，在一个线程操作链表时，并不能防止其他线程也在操作链表，有可能在排序时，其他线程已经修改了链表，修改有可能导致排序结果不准确，所以，这时就需要抛出异常：

public void sort(Comparator<?super E> c) {    final int expectedModCount = modCount;    Arrays.sort((E[]) elementData, 0, size, c);    if (modCount != expectedModCount) {            throw newConcurrentModificationException();        }        modCount++;    }

五、 增

(1)  boolean addAll(Collection<? extends E> c)：将容器c中元素添加到ArrayList的末尾

首先检查容量capacity，然后执行拷贝

        Object[] a = c.toArray();        int numNew = a.length;        ensureCapacityInternal(size +numNew);  // Increments modCount        System.arraycopy(a, 0, elementData,size, numNew);        size += numNew; 

System.arraycopy参数含义：

第一个参数：数据来源数组；

第二个参数：数据来源数组的起始拷贝索引index；

第三个参数：数据目标数组；

第四个参数：数据目标数组起始拷贝索引index；

第五个参数：拷贝元素的个数；

(2)  boolean addAll(int index, Collection<?extends E> c)：将容器c中元素添加到ArrayList中，添加的起始位置是在index处

如果index不是数组末尾，就涉及到两次拷贝：

if (size - index > 0)    System.arraycopy(elementData,index, elementData, index+numNew, numMoved);                              System.arraycopy(a,0, elementData, index, numNew);

六、 删

(1)  E remove(int index)：删除位于index位置的元素

不可避免的，会将数组elementData 在index之后元素前移一个位置，复杂度O(n)

System.arraycopy(elementData,index+1, elementData, index, numMoved);

(2)  boolean removeAll(Collection<?> c)：删除ArrayList中的集合c中的元素，即求交集

这里使用了一个叫做batchRemove的私有函数：

    private booleanbatchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {        final Object[] elementData =this.elementData;        int r = 0, w = 0;        boolean modified = false;        try {            for (; r < size; r++)                if (c.contains(elementData[r])== complement)                    elementData[w++] =elementData[r];        } finally {            // Preserve behavioralcompatibility with AbstractCollection,            // even if c.contains() throws.            if (r != size) {                System.arraycopy(elementData,r,                                 elementData,w,                                 size - r);                w += size - r;            }            if (w != size) {                // clear to let GC do its work                for (int i = w; i < size;i++)                    elementData[i] = null;                modCount += size - w;                size = w;                modified = true;            }        }        return modified;    }

七、 改

八、 查

peek()：返回队列queue中index=0的元素，queue[0]；如果为空，则返回null。

contains(Object o)：public booleancontains(Object o) {        return indexOf(o) != -1;}

九、 遍历

ArrayList实现了内部类Itr：

private class Itrimplements Iterator<E>

ArrayList还实现了内部类ListItr，其继承自Itr，并实现了接口ListIterator：

private class ListItrextends Itr implements ListIterator<E>

而接口ListIterator继承自Iterator接口：interface ListIterator<E>extends Iterator<E>

所以，可以通过两种迭代器遍历ArrayList，分别对应到Itr和ListItr：

Iterator<String>iter = names.iterator();ListIterator<String>iter = names.listIterator()/names.listIterator(1);

 Itr就是通用的迭代器，提供hasNext和next接口：

public Iterator<E> iterator() {        return new Itr();}

ListIterator针对ArrayList，除了提供hasNext和next接口，还提供遍历的起始点index，并且还可以逆序遍历：

   public ListIterator<E> listIterator()/listIterator(index) {        return new ListItr(0)/ListItr(index);   }   ListIterator<String> iter = names.listIterator(3);   while (iter.hasPrevious()) {      System.out.println(iter.previous());   }

十、 子链表subList

ArrayList实现了List<E>subList(int fromIndex, int toIndex)

List<E>subList(int fromIndex, int toIndex)接口即返回一个新生成的子链表subList对象。