Java_集合体系之ArrayList详解、源码及示例

来源：互联网发布：京东域名买谁的编辑：程序博客网时间：2024/05/02 00:30

一：ArrayList结构图

这里写图片描述

简单说明：

1、上图中虚线且无依赖字样、说明是直接实现的接口

2、虚线但是有依赖字样、说明此类依赖与接口、但不是直接实现接口

3、实线是继承关系、类继承类、接口继承接口

二：ArrayList类简介：

        1、ArrayList是内部是以动态数组的形式来存储数据的、知道数组的可能会疑惑：数组不是定长的吗？这里的动态数组不是意味着去改变原有内部生成的数组的长度、而是保留原有数组的引用、将其指向新生成的数组对象、这样会造成数组的长度可变的假象。        2、ArrayList具有数组所具有的特性、通过索引支持随机访问、所以通过随机访问ArrayList中的元素效率非常高、但是执行插入、删除时效率比较地下、具体原因后面有分析。        3、ArrayList实现了AbstractList抽象类、List接口、所以其更具有了AbstractList和List的功能、前面我们知道AbstractList内部已经实现了获取Iterator和ListIterator的方法、所以ArrayList只需关心对数组操作的方法的实现。        4、ArrayList实现了RandomAccess接口、此接口只有声明、没有方法体、表示ArrayList支持随机访问。        5、ArrayList实现了Cloneable接口、此接口只有声明、没有方法体、表示ArrayList支持克隆。        6、ArrayList实现了Serializable接口、此接口只有声明、没有方法体、表示ArrayList支持序列化、即可以将ArrayList以流的形式通过ObjectInputStream/ObjectOutputStream来写/读。

三：ArrayList API

// Collection中定义的APIboolean             add(E object)boolean             addAll(Collection<? extends E> collection)void                clear()boolean             contains(Object object)boolean             containsAll(Collection<?> collection)boolean             equals(Object object)int                 hashCode()boolean             isEmpty()Iterator<E>         iterator()boolean             remove(Object object)boolean             removeAll(Collection<?> collection)boolean             retainAll(Collection<?> collection)int                 size()<T> T[]             toArray(T[] array)Object[]            toArray()// AbstractList中定义的APIvoid                add(int location, E object)boolean             addAll(int location, Collection<? extends E> collection)E                   get(int location)int                 indexOf(Object object)int                 lastIndexOf(Object object)ListIterator<E>     listIterator(int location)ListIterator<E>     listIterator()E                   remove(int location)E                   set(int location, E object)List<E>             subList(int start, int end)// ArrayList新增的APIObject               clone()void                 ensureCapacity(int minimumCapacity)void                 trimToSize()void                 removeRange(int fromIndex, int toIndex)

总结：相对与AbstractCollection而言、多实现了List中新增的通过索引操作元素的方法。

四：ArrayList源码分析

package com.chy.collection.core;import java.util.Arrays;import java.util.ConcurrentModificationException;import java.util.RandomAccess;public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {    private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;    /** 保存ArrayList中元素的数组*/    private transient Object[] elementData;    /** 保存ArrayList中元素的数组的容量、即数组的size*/    private int size;    /** 使用指定的大小创建ArrayList*/    public ArrayList(int initialCapacity) {        super();        if (initialCapacity < 0)            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity);        this.elementData = new Object[initialCapacity];    }    /** 使用默认的大小创建ArrayList*/    public ArrayList() {        this(10);    }    /**     * 使用指定的Collection构造ArrayList、构造之后的ArrayList中包含Collection中的元素、     * 这些元素的排序方式是按照ArrayList的Iterator返回他们时候的顺序排序的     */    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {        elementData = c.toArray();        size = elementData.length;        // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)        if (elementData.getClass() != Object[].class)            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);    }    /**     * 将此 ArrayList 实例的容量调整为列表的当前大小     */    public void trimToSize() {        //此集合总共被修改的次数        modCount++;        int oldCapacity = elementData.length;        if (size < oldCapacity) {                elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);        }    }    /**     * 确保此ArrayList的最小容量能容纳下参数minCapacity指定的容量、     * 1、minCapacity大于原来容量、则将原来的容量增加(oldCapacity * 3)/2 + 1;     * 2、若minCapacity仍然大于增加后的容量、则使用minCapacity作为ArrayList容量     * 3、若minCapacity不大于增加后的容量、则使用增加后的容量。     */    public void ensureCapacity(int minCapacity) {        modCount++;        int oldCapacity = elementData.length;        if (minCapacity > oldCapacity) {            Object oldData[] = elementData;            int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;                if (newCapacity < minCapacity)                    newCapacity = minCapacity;                // minCapacity is usually close to size, so this is a win:                elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);        }    }    /** 返回此列表中的元素的个数*/    public int size() {        return size;    }    /** 如果此列表中没有元素，则返回 true*/    public boolean isEmpty() {        return size == 0;    }    /**  如果此列表中包含指定的元素，则返回 true。*/    public boolean contains(Object o) {        return indexOf(o) >= 0;    }    /** 返回指定对象在ArrayList中存放的第一个位置索引、注意空值的处理和Object.equals(? extends Object o)的返回值、不存在的话返回-1*/    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;    }    /** 返回指定对象在ArrayList中存放最后一个位置的索引、注意空值的处理和Object.equals(? extends Object o)的返回值、不存在的话返回-1*/    public int lastIndexOf(Object o) {        if (o == null) {            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;    }    /** 返回一个当前集合的浅clone对象*/    public Object clone() {        try {            ArrayList<E> v = (ArrayList<E>) super.clone();            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();        }    }    /** 将当前ArrayList转换成Object数组、注意操作使用此方法转换后的数组有可能抛异常*/    public Object[] toArray() {        return Arrays.copyOf(elementData, size);    }    /**      * 将当前ArrayList转换成与传入的T类型相同的数组、当传入的a的length小于ArrayList的size的时候、方法内部会生成一个新的T[]返回     *  如果传入的T[]的length大于ArrayList的size、则T[]从下标size开始到最后的元素都自动用null填充。      */    public <T> T[] toArray(T[] a) {        if (a.length < size)            // Make a new array of a's runtime type, but my contents:            return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());        System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);        if (a.length > size)            a[size] = null;        return a;    }    // Positional Access Operations    /** 获取ArrayList中索引为index位置的元素*/    public E get(int index) {        RangeCheck(index);        return (E) elementData[index];    }    /** 将ArrayList的索引为index处的元素使用指定的E元素替换、返回被替换的原来的元素值*/    public E set(int index, E element) {        RangeCheck(index);        E oldValue = (E) elementData[index];        elementData[index] = element;        return oldValue;    }    /** 将指定元素E添加到ArrayList的结尾处*/    public boolean add(E e) {        //确保ArrayList的容量能够添加新的的元素        ensureCapacity(size + 1);  // Increments modCount!!        elementData[size++] = e;        return true;    }    /** 将指定元素添加到指定的索引处 、     *  注意：     *  1、如果指定的index大于Object[] 的size或者小于0、则抛IndexOutOfBoundException     *  2、检测Object[]是否需要扩容     *  3、 将从index开始到最后的元素后移一个位置、     *  4、将新添加的元素添加到index去。     */    public void add(int index, E element) {        if (index > size || index < 0)            throw new IndexOutOfBoundsException(            "Index: "+index+", Size: "+size);        ensureCapacity(size+1);  // Increments modCount!!        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,                 size - index);        elementData[index] = element;        size++;    }    /** 与add类似、     *  1、将指定index处的元素删除、     *  2、将index之后的所有元素前一一个位置、最后一个     *  3、将最后一个元素设置为null、--size     *     *  返回被删除的元素。     */    public E remove(int index) {        RangeCheck(index);        modCount++;        E oldValue = (E) elementData[index];        int numMoved = size - index - 1;        if (numMoved > 0)            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,                     numMoved);        elementData[--size] = null; // Let gc do its work        return oldValue;    }    /** 删除Object[]中指定的元素Object 类似与contains方法与remove的结合体、只不过这里使用的是fastRemove方法去移除指定元素、移除成功则返回true*/    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;    }    /* 删除指定索引处的元素、不返回被删除的元素*/    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; // Let gc do its work    }    /** 清空ArrayList*/    public void clear() {        modCount++;        // Let gc do its work        for (int i = 0; i < size; i++)            elementData[i] = null;        size = 0;    }    /** 将指定集合中的所有元素追加到ArrayList中（从最后开始追加）*/    public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {        Object[] a = c.toArray();        int numNew = a.length;        ensureCapacity(size + numNew);  // Increments modCount        System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);        size += numNew;        return numNew != 0;    }    /** 将指定集合中的所有元素插入到idnex开始的后面位置处、原有的元素往后排*/    public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {        if (index > size || index < 0)            throw new IndexOutOfBoundsException(            "Index: " + index + ", Size: " + size);        Object[] a = c.toArray();        int numNew = a.length;        ensureCapacity(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;    }    /** 移除列表中索引在 fromIndex（包括）和 toIndex（不包括）之间的所有元素。     *  1、将Object[] 从toIdnex开始之后的元素（包括toIndex处的元素）移到Object[]下标从fromIndex开始之后的位置     *  2、若有Object[]尾部要有剩余的位置则用null填充      */    protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {        modCount++;        int numMoved = size - toIndex;            System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,                             numMoved);        // Let gc do its work        int newSize = size - (toIndex-fromIndex);        while (size != newSize)            elementData[--size] = null;    }    /** 检测下标是否越界*/    private void RangeCheck(int index) {    if (index >= size)        throw new IndexOutOfBoundsException(        "Index: "+index+", Size: "+size);    }    /** 将此ArrayList写入到ObjectOutputStream流中、先写ArrayList存放元素的Object[]长度、再将Object[]中的每个元素写入到ObjectOutputStream流中*/    private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOException{        // Write out element count, and any hidden stuff        int expectedModCount = modCount;        s.defaultWriteObject();            // Write out array length            s.writeInt(elementData.length);        // Write out all elements in the proper order.        for (int i=0; i<size; i++)                s.writeObject(elementData[i]);        if (modCount != expectedModCount) {            throw new ConcurrentModificationException();        }    }    /** 从ObjectInputStream中读取ArrayList、先读取ArrayList中Object[]的长度、再读取每个元素放入Object []中对应的位置*/    private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {    // Read in size, and any hidden stuff    s.defaultReadObject();        // Read in array length and allocate array        int arrayLength = s.readInt();        Object[] a = elementData = new Object[arrayLength];    // Read in all elements in the proper order.    for (int i=0; i<size; i++)            a[i] = s.readObject();    }}

        总结：从ArrayList源码可以看出、ArrayList内部是通过动态数组来存储数据、从中我们也可以很容易的找到ArrayList的几个特性：     1、有序：如果不指定元素存放位置、则元素将依次从Object数组的第一个位置开始放、如果指定插入位置、则会将元素插入指定位置、后面的所有元素都后移     2、可重复：从源码中没有看到对存放的元素的校验     3、随机访问效率高：可以直接通过索引定位到我们要找的元素     4、自动扩容：ensureCapacity(int minCapacity)方法中会确保数组的最小size、当不够时会将原来的容量扩增到：(oldCapacity * 3) / 2 + 1。     5、变动数组元素个数（即添加、删除数组元素）效率低、在增删的操作中我们常见的一个函数： System.arraycopy()、他是将删除、或者添加之后、原有的元素进行移位、这是需要较大代价的。     6、 ArrayList不是线程安全的、即当使用多线程操作ArrayList时会有可能出错、后面总结会有。

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