JDK1.7源码笔记之ArrayList类

1. class 简介

　　ArrayList是Java集合家族中最常用的容器，本质上是一个长度可变的array，它提供了一系列操作数组的方法，增加元素、删除元素、修改元素、根据索引取元素、迭代、扩容、取子列表、转换成数组等方法。使用ArrayList要注意尽量减少自动扩容的次数，以降低性能开销。

2. class内部原理及特点

1. 不是线程安全的，没有Synchronized关键字。
2. 允许向其中添加null。
3. 内部是一个数组Object[] elementData，因为设计者设计java集合时还没有引进泛型概念。数组的优势在于快速检索，所以其按索引取值、修改和尾部添加等操作有优势，尽量不要进行插入和删除操作。
4. 可以指定ArrayList的初始容量，默认为10，当内部数组已满，则当前总容量X1.5扩容，扩容时新建一个数组，将旧数组内容使用System.arraycopy复制到新数组。可以预估数据的数量，以减少频繁扩容带来的开销。.
5. 其迭代器是快速失败的（java.util下的集合都是），在一个ArrayList的迭代器创建之后调用非迭代器中的方法对ArrayList的内部结构进行修改都会抛出ConcurrentModificationException。

3. class源码细节分析

　　对数组进行增删改查的操作在学习数据结构的时候已经非常熟悉了，没必要浪费时间，这里先看其它容易被忽视的核心方法。　　

ensureCapacity, ensureCapacityInternal和grow

/* 负数容量无视 */public void ensureCapacity(int minCapacity) {if (minCapacity > 0)        ensureCapacityInternal(minCapacity);}/* ArrayList的内部数组只能扩大不能缩小 */private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {    modCount++;//记录修改的次数，用于在迭代器迭代过程中检测是否有其它线程对容器进行了修改。    if (minCapacity - elementData.length > 0)        grow(minCapacity);}/* 1.5倍扩容，如果还不够则直接等于所需容量 */private void grow(int minCapacity) {    int oldCapacity = elementData.length;    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);//X1.5倍    if (newCapacity - minCapacity < 0)        newCapacity = minCapacity;    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)//超过最大限制        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);//则等于最大值    //新创建一个数组，把内容copy到新数组中    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);}

batchRemove, removeAll和retainAll

public boolean removeAll(Collection<?> c) {    return batchRemove(c, false);}public boolean retainAll(Collection<?> c) {    return batchRemove(c, true);}/* 移除和保留是相反的操作，complement表示是否进行相反操作 */private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement){    final Object[] elementData = this.elementData;    int r = 0, w = 0;    boolean modified = false;    try {        for (; r < size; r++)//包含这个元素则选择覆盖或跳过            if (c.contains(elementData[r]) == complement)                elementData[w++] = elementData[r];    } finally {       // Preserve behavioral compatibility with AbstractCollection,    // even if c.contains() throws.    if (r != size) {        System.arraycopy(elementData, r,                         elementData, w,                         size - r);        w += size - r;    }    if (w != size) {        for (int i = w; i < size; i++)            elementData[i] = null;        modCount += size - w;        size = w;        modified = true;    }    return modified;}

subList

/* 返回ArrayList某个部分的视图（一个子列表），其拥有ArrayList所有的方法，对SubList进行任何操作都会反映到本体ArrayList中，对其产生相同的影响 */public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {    subListRangeCheck(fromIndex, toIndex, size);    return new SubList(this, 0, fromIndex, toIndex);}

iterator

public Iterator<E> iterator() {    return new Itr();}private class Itr implements Iterator<E> {    int cursor;       //初始为0，指向下一个元素    int lastRet = -1; //指向上一次的元素，没有则为-1    int expectedModCount = modCount;//用于在迭代过程中和容器的modeCount进行比较，检测是否有别的线程修改了容器。    public boolean hasNext() {//是否还有元素        return cursor != size;    }    @SuppressWarnings("unchecked")    public E next() {//下一个元素        checkForComodification();        int i = cursor;        if (i >= size)            throw new NoSuchElementException();        Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;        if (i >= elementData.length)            throw new ConcurrentModificationException();        cursor = i + 1;        return (E) elementData[lastRet = i];    }    public void remove() {//移除上一次的元素，所以如果要用迭代器删除list的第一个元素，必须先调用一次next()        if (lastRet < 0)            throw new IllegalStateException();        checkForComodification();        try {            ArrayList.this.remove(lastRet);            cursor = lastRet;            lastRet = -1;            expectedModCount = modCount;        } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {            throw new ConcurrentModificationException();        }    }    final void checkForComodification() {        if (modCount != expectedModCount)            throw new ConcurrentModificationException();    }}//实现了List接口的集合容器还有一个listIterator方法，其返回的迭代器可以前后迭代。

ArrayList以及其它非Map集合的终极父类Collection实现了Iterable接口，可以在foreach语句中遍历集合for(Object o : collection){}，实际上是使用了迭代器。

//Implementing this interface allows an object to be the target of the "foreach" statement.//@param <T> the type of elements returned by the iterator * * @since 1.5 */public interface Iterable<T> {    /**     * Returns an iterator over a set of elements of type T.     *     * @return an Iterator.     */    Iterator<T> iterator();}

４. 总结　　

　　ArrayList是最常用的java集合，由于在集合被加入JDK之前还没有泛型，在源码中经常可以看到Object类型。使用ArrayList要尽量减少其扩容的次数，尽量不要对其进行插入和删除的操作，在需要的时候手动扩容。