ArrayList概述
- ArrayList是最常用的且最简单的一种数据结构，基于数组实现的，是一个动态数组。
- ArrayList继承于AbstractList，实现了List, RandomAccess, Cloneable, Serializable接口。
- ArrayList非线程安全
ArrayList实现
-
ArrayList的属性
/**
* Default initial capacity. 默认初始容量。
*/
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
/**
* Shared empty array instance used for empty instances.
*用于空实例的共享空数组实例。
*/
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
* The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.
* The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. Any
* empty ArrayList with elementData == EMPTY_ELEMENTDATA will be expanded to
* DEFAULT_CAPACITY when the first element is added.
*
* Package private to allow access from java.util.Collections.
*/
transient Object[] elementData;
/**
* The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
* ArrayList的大小（它包含的元素的数量）。
* @serial
*/
private int size;
第三个属性elementData也好理解，就是存储ArrayList内的元素，关键字transient的作用是被修饰过的变量不能被序列化。
-
ArrayList的构造方法
public ArrayList(int initialCapacity) {
super();
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
this.elementData = new Object[initialCapacity];
}
/**
* Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
*/
public ArrayList() {
super();
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
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);
}
第一个是带有指定容量的构造函数，第二是默认容量的构造函数，第三个是构造一个指定集合的列表。
-
ArrayList的添加原理
我们先看下ArrayList不指定位置的插入过程add(E e),
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e; 添加到内部数组中
return true;
}
在尾部插入元素到数组中，并且数组长度增加，接着往下看
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
这个方法的作用是确定内部容量，然后调用 ensureExplicitCapacity(minCapacity)方法，这个方法里又调用grow()来动态增加数组的长度
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
/**
* The maximum size of array to allocate.
* Some VMs reserve some header words in an array.
* Attempts to allocate larger arrays may result in
* OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
*/
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
/**
* Increases the capacity to ensure that it can hold at least the
* number of elements specified by the minimum capacity argument.
*
* @param minCapacity the desired minimum capacity
*/
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
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);
}
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}
从上往下看，首先ensureExplicitCapacity(int minCapacity)的作用是记录列表被修改的次数，当内部的容量大于数组的长度时，就会调用grow()在增加容量，int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);这句代码的意思新的容量每次都增加数组长度的0.5倍，但最大不能超过MAX_ARRAY_SIZE.
ArrayList指定位置的插入过程add(int index,E e),
public void add(int index, E element) {
if (index > size || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
我们看到和不指定位置插入元素差不多，也是先确定内部的容量，只不过多了调用了一行System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,size - index);但就是因为多调用这一行代码，当数据很多时就非常影响效率，我们进入看下如何影响效率
public static native void arraycopy(Object src, int srcPos,
Object dest, int destPos,
int length);
public static void arraycopy(int[] src, int srcPos, int[] dst, int dstPos, int length) {
...
if (src == dst && srcPos < dstPos && dstPos < srcPos + length) {
// Copy backward (to avoid overwriting elements before
// they are copied in case of an overlap on the same
// array.)
for (int i = length - 1; i >= 0; --i) {
dst[dstPos + i] = src[srcPos + i];
}
} else {
// Copy forward.
for (int i = 0; i < length; ++i) {
dst[dstPos + i] = src[srcPos + i];
}
}
当数组中存储的是引用类型时候，调用的是native修饰的，我们不去看，如果存储的是基本类型，就会调用相应类型的arraycopy()方法,我们只看条件为真时的语句，false为删除，五个参数的意思
- @param src源数组。
- @param srcPos在源数组中的起始位置。
- @param dest目标数组。
- @param destPos在目标数据中的起始位置。
- @param length要复制的数组元素的数量。
插入示例.png
举个例子，向数组长度为4，index为2的位置插入一个元素ax，如图所示。复制过程是将原数组中从index开始后面的元素也就是（a3，a4）向后移一位，然后将元素ax插入到index=2处。这就是将元素插入到指定位置数组中的过程。
ArrayList的删除原理
public E remove(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(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; // clear to let GC do its work
return oldValue;
}
删除和添加是一样的原理,添加是向后复制，删除是向前复制.
ArrayList的更改原理
public E set(int index, E element) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
E oldValue = (E) elementData[index];
elementData[index] = element;
return oldValue;
}
更改原理很简洁，通过下标找到对应位置的元素替换即可。
ArrayList的查找原理
public E get(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
return (E) elementData[index];
}
查找更简单，直接返回指定位置的元素
ArrayList原理总结
通过上面增删改查的源码分析，ArrayList是基于数组实现的，在不指定位置时插入数据，直接在尾部添加，在指定位置添加时，就会将从当前位置开始后面的元素一次后移一位，效率是很低的，删除同理，会将指定位置后面的元素开始依次向前移动，但是通过下标更改和查找效率就很高了！！
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