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Java ArrayList 详解
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一、基础属性
1.1 内部参数
//空存储实例。直接new ArrayList()便是以该空数组作为实例
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//默认容量大小，在由空实例进行首次扩容时，扩到到该长度。
//实际使用中，并未实际存在Capacity这个参数，需要扩容时直接根据旧数组的length进行扩容
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
//实际存储数组
transient Object[] elementData;
//存储元素个数
private int size;
//该字段用于迭代器的fail-fast机制【参考另一篇文章】
protected transient int modCount = 0;
1.2 三个重载构造方法
//构建一个空实例，elementData指向容量为0的空数组
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
//以给定容量初始化存储数组
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
//以集合初始化创建列表
//步骤：1. 调用toArray()，将给定集合转成数组（以ArrayList为例，toArray()返回的是实际存在元素的那部分数组，即[0,size)）
//2. 让size直接等于给定集合的数组长度
//3. 判断size如果为0则直接创建空存储实例，否则使用Arrays.copyOf将给定集合数组复制一份（浅拷贝），作为存储数组
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
if ((size = elementData.length) != 0) {
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// replace with empty array.
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
// ArrayList 的 toArray()源码，复制[0,size)部分返回
public Object[] toArray() {
return Arrays.copyOf(elementData, size);
}
二、操作及策略
2.1 动态扩容
//空存储实例。直接new ArrayList()便是以该空数组作为实例
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//默认容量大小，在由空实例进行首次扩容时，扩到到该长度。
//实际使用中，并未实际存在Capacity这个参数，需要扩容时直接根据旧数组的length进行扩容
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
//实际存储数组
transient Object[] elementData;
//存储元素个数
private int size;
//该字段用于迭代器的fail-fast机制【参考另一篇文章】
protected transient int modCount = 0;
1.2 三个重载构造方法
//构建一个空实例，elementData指向容量为0的空数组
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
//以给定容量初始化存储数组
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
//以集合初始化创建列表
//步骤：1. 调用toArray()，将给定集合转成数组（以ArrayList为例，toArray()返回的是实际存在元素的那部分数组，即[0,size)）
//2. 让size直接等于给定集合的数组长度
//3. 判断size如果为0则直接创建空存储实例，否则使用Arrays.copyOf将给定集合数组复制一份（浅拷贝），作为存储数组
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
if ((size = elementData.length) != 0) {
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// replace with empty array.
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
// ArrayList 的 toArray()源码，复制[0,size)部分返回
public Object[] toArray() {
return Arrays.copyOf(elementData, size);
}
二、操作及策略
2.1 动态扩容
//构建一个空实例，elementData指向容量为0的空数组
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
//以给定容量初始化存储数组
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
//以集合初始化创建列表
//步骤：1. 调用toArray()，将给定集合转成数组（以ArrayList为例，toArray()返回的是实际存在元素的那部分数组，即[0,size)）
//2. 让size直接等于给定集合的数组长度
//3. 判断size如果为0则直接创建空存储实例，否则使用Arrays.copyOf将给定集合数组复制一份（浅拷贝），作为存储数组
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
if ((size = elementData.length) != 0) {
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// replace with empty array.
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
// ArrayList 的 toArray()源码，复制[0,size)部分返回
public Object[] toArray() {
return Arrays.copyOf(elementData, size);
}
2.1 动态扩容
扩容策略： 当数组全满了才扩容，新长度=旧长度*1.5
动态扩容有两个入口：供用户调用的显式扩容
ensureCapacity()
和添加元素时的隐式扩容
ensureCapacityInternal()
，不过均是调用
ensureExplicitCapacity()
来根据传入所需容量值决定是否扩容，最终实际扩容操作在
grow()
方法中。
//显式扩容入口方法
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
// any size if not default element table
? 0
// larger than default for default empty table. It's already
// supposed to be at default size.
: DEFAULT_CAPACITY;
if (minCapacity > minExpand) {
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
}
//隐式扩容入口方法
//其中参数 minCapacity 值为 size+1，由add方法调用传入
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
//添加方法
public boolean add(E e) {
// 传入最小所需容量为size+1
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
//计算所需容量，实则不需要计算
//只是单纯判断当前是否是空实例，为空就话返回 "默认容量"与minCapacity之间的较大值，不为空直接返回minCapacity
//参数 minCapacity 只有两种情况：
// 1. 隐式扩容时，如add()传入，其值为 size+1
// 2. 显式扩容，用户指定
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
return minCapacity;
}
//在此处，根据最小所需容量来判断是否实际进行扩容
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0) //若已经占满，才进行扩容
grow(minCapacity);
}
//实际扩容方法
//可以看到扩容策略为：length + length*0.5（右移1位缩小1倍）
//然后调用Arrays.copyOf浅复制
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //旧长度+旧长度*2
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
2.2 删除操作
ArrayList中有两个remove方法
public E remove(int index)
和
public boolean remove(Object o)
源码实现得其实挺简单，本来还在犹豫有没有必要把remove方法记录下来，但发现有个点值得注意以下：
注意点：JDK对于数组内元素统一移动操作，偏好使用
System.arraycopy(ary, srcPos, ary, destPos, len)
来移动
//通过给定下标来删除元素，并返回删除元素
public E remove(int index) {
rangeCheck(index); // 检查下标范围
modCount++;
E oldValue = elementData(index); // 合理的话，先获取该元素（等会儿用于返回）
int numMoved = size - index - 1; // 计算待移动元素个数（删除元素后，后面的元素要统一往前挪补上）
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved); // 使用System.arraycopyl来移动数组元素
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work // 删除后size-1，并将先前最后一个元素置null
return oldValue; //返回删除元素
}
// 判断下标是否合理(<size)，否则抛出异常
private void rangeCheck(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
// 删除首个与给定元素相等的元素，元素判等使用equal方法
// 成功返回true，失败返回false
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) { // 可以删除null节点
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementData[index] == null) {
fastRemove(index); // 参考下面方法注释
return true;
}
} else {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (o.equals(elementData[index])) { // 从头开始一个个检查，使用equal判等
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}
/*
* 官方注释说得很清楚了：删除元素，但跳过边界检查且不返回删除元素。（就是remove(index)的缩略版
* Private remove method that skips bounds checking and does not
* return the value removed.
*/
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; // clear to let GC do its work
}
