一、目录
-
源码分析
- 构造器
- 插入
- 删除
- 迭代器(注意: foreach 做删除操作抛出异常问题)
- 总结
- 示例代码
- 参考资料
二、源码分析
1. 构造器
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
transient Object[] elementData;
// 参数表示初始化容量
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
// 空数组 {}
// private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
//容量 < 0 , 报异常
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
// 无参构造器
public ArrayList() {
// 默认创建一个空数组 {}
// private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
两个构造器都是初始化底层数组 elementData , 区别在于无参构造方法会创建一个空数组, 插入元素时, 扩容将会按默认值重新初始化数组, 有参构造方法则会根据参数创建一个长度 >=0 的数组.
2. 插入
private int size;
protected transient int modCount = 0;
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
public boolean add(E e) {
// 确定集合容量(是否扩容)
ensureCapacityInternal(size + 1);
// 添加元素到集合的尾部, size +1
elementData[size++] = e;
return true;
}
public void add(int index, E element) {
// 检查插入索引是否符合规范
rangeCheckForAdd(index);
// 确定集合容量(是否扩容)
ensureCapacityInternal(size + 1);
// 将 index 及其之后的元素向后移动一位
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
// 替换掉 index 元素
elementData[index] = element;
size++;
}
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
// 集合转数组
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length
// 确定集合容量(是否扩容)
ensureCapacityInternal(size + numNew);
// 将数组元素添加到集合尾部
System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
对于在数组尾部插入元素
- 检查是否需要扩容
- 将元素插入至数组尾部
对于根据索引插入元素
- 检查是否需要扩容
- 将 index 及其之后的元素向后移动一位
- 替换掉 index 元素
对于插入集合元素
- 将集合转成数组
- 检查是否需要扩容
- 将数组元素添加到集合尾部
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
// 假如集合初始化时为空数组 {}
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
// 获取最小容量
// private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
// 确定集合容量(是否扩容)
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// 假如集合容量大于初始化长度
if (minCapacity - elementData.length > 0)
// 扩容
grow(minCapacity);
}
private void grow(int minCapacity) {
int oldCapacity = elementData.length;
// 等价于 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity * 0.5);
// 扩容1.5倍
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// 扩容
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
扩容是按照之前容量的1.5倍进行扩充, 假如初始化数组为空, 则扩容容量为10, 扩容容量最大值为 Integer.MAX_VALUE
3. 删除
public E remove(int index) {
// 检查索引是否符合规范, index >= size 抛出异常
rangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
// 从索引开始到最后的数组长度
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
// 将 index + 1 及之后的元素向前移动一位，覆盖被删除值
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
// 最后一个元素设置为 null, size -1
elementData[--size] = null;
return oldValue;
}
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
// 遍历整个数组
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;
}
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;
}
public void clear() {
modCount++;
// 遍历, 清空所有元素
for (int i = 0; i < size; i++)
elementData[i] = null;
size = 0;
}
根据索引删除元素
- 将 index + 1 及之后的元素向前移动一位，覆盖被删除值
- 最后一个元素设置为 null, size -1
- 返回被删除的元素
根据对象删除元素
- 遍历整个数组
- 判断数组是否含有该元素
- 删除该元素
清空元素
- 遍历, 将所有元素设置为null
注意:
public void trimToSize() {
modCount++;
if (size < elementData.length) {
elementData = (size == 0)
? EMPTY_ELEMENTDATA
: Arrays.copyOf(elementData, size);
}
}
往 ArrayList 插入大量元素, 然后又删除了很多元素, 此时底层数组会空出大量的空间. 使用 trimToSize() 方法可以解决这个问题
4. 迭代器
private class Itr implements Iterator<E> {
// 下一个元素索引
int cursor;
// 上一个元素索引
int lastRet = -1;
int expectedModCount = modCount;
public boolean hasNext() {
// 如果cursor == size，说明已经遍历完了，上一次遍历的是最后一个元素
return cursor != size;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
public E next() {
// 检验在遍历过程中集合是否有做 add, remove 操作
checkForComodification();
int i = cursor;
if (i >= size)
throw new NoSuchElementException();
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length)
throw new ConcurrentModificationException();
// 下一个元素索引 = 元素索引 +1
cursor = i + 1;
// 返回迭代对象, 上一个元素索引 = 元素索引
return (E) elementData[lastRet = i];
}
public void remove() {
// 假如 lastRet < 0, 未获取元素, 无法做删除操作, 抛出异常
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
// 检验在遍历过程中集合是否有做 add, remove 操作
checkForComodification();
try {
// 根据索引做删除操作
ArrayList.this.remove(lastRet);
// 下一个元素索引 = 元素索引
cursor = lastRet;
// 下一个元素索引 = -1
lastRet = -1;
expectedModCount = modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
注意:
关于 foreach 遍历做删除操作时抛出异常的问题
ArrayList<Object> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
list.add(4);
for (Object o : list) {
if (Objects.equals(2, o)) {
list.remove(o);
}
}
Java 中的 foreach 经过编译器编译之后会被转换成迭代器遍历的方式, 等价于
ArrayList<Object> list = new ArrayList();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
list.add(4);
Iterator var2 = list.iterator();
while(var2.hasNext()) {
Object o = var2.next();
if (Objects.equals(2, o)) {
list.remove(o);
}
}
根据上面的代码可知, list 经过 remove 操作 modCount 会进行 +1 操作, 等到下一轮循环的 next() 方法中, checkForComodification() 方法用来判断 list 是否有进行 add / remove 操作, 此时 modCount +1, modCount != expectedModCount 为 true , 抛出 ConcurrentModificationException 异常
三、总结
- ArrayList 基于数组实现, 可扩容
- 添加元素时可能要扩容, 删除元素时不会自动减少容量, 可以使用 trimToSize() 方法进行缩容处理**
- 线程不安全
- add(int index, E element) 添加元素到指定位置, 需要将索引及其以后的元素整块向后移动一位(使用 System.arraycopy 方法)
- remove(Object o) 需要遍历数组
- remove(int index) 不需要遍历, 效率高于remove(Object o)
- contains(E) 亦需要遍历数组
四、示例代码
public static void main(String[] args) {
byte[] srcBytes = new byte[]{1,2,3,4,5,6}; // 源数组
System.arraycopy(srcBytes, 1, srcBytes, 3, 2);
System.out.println(Arrays.toString(srcBytes));
byte[] srcBytes2 = new byte[]{1,2,3,4,5,6};
byte[] desBytes = Arrays.copyOf(srcBytes2, 3);
System.out.println(Arrays.toString(desBytes));
ArrayList<Object> list = new ArrayList<>();
list.add("sss");
list.add("xxx");
list.add("zzz");
list.add("yyy");
list.add(1, "ooo");
list.remove(1);
list.remove("yyy");
list.set(1, "mmm");
list.get(1);
list.trimToSize();
System.out.println(list.toString());
Iterator<Object> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
Object temp = iterator.next();
System.out.println(temp);
if (Objects.equals("zzz", temp)) {
iterator.remove();
}
}
System.out.println(list.toString());
ArrayList<Object> list2 = new ArrayList<>(2);
list2.add(1);
list2.add(2);
list.addAll(list2);
System.out.println("---");
for (Object o : list) {
if (Objects.equals("sss", o)) {
list.remove(o);
}
}
System.out.println(list.toString());
}
运行结果:
[1, 2, 3, 2, 3, 6]
[1, 2, 3]
[sss, mmm, zzz]
sss
mmm
zzz
[sss, mmm]
---
Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException
at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:901)
at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:851)
at Main.main(Main.java:145)
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