数组(Array)
数组指的就是一组相关类型的变量集合，并且这些变量可以按照统一的方式进行操作，数组数据引用数据类型，在堆中进行内存分配，在内存中是连续存在，大小固定的。
ArrayList
ArrayList可以算是数组的加强版，其继承AbstractList接口，实现了List，RandomAccess，Cloneable接口，可序列化。在存储方面 数组可以包含基本类型和对象类型，比如：int[],Object[]，ArrayList只能包含对象类型；在空间方面，数组的空间大小是固定的，空间不够时不能再次申请，所以需要事前确定合适的空间大小。ArrayList的空间是动态增长的，如果空间不足，它会创建一个1.5倍大的新数组，然后把所有元素复制到新数组，而且每次添加新的元素时会检测内部数组的空间是否足够。
源码解析
变量
//默认初始容量
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
//空数组
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//空数组与EMPTY_ELEMENTDATA 区别在于添加第一个元素时，扩充多少
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//实例数组对象
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
//数组大小
private int size;
构造函数
ArrayList的构造方法有三种：
//自定义初始容量
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
//初始化容量大小
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
//容量初始值不能 < 0 小于零会抛出异常
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
//常用无参构造函数，默认数组大小为 10
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
//创建一个包含collection的ArrayList
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)
//构造大小为size的Object[]数组赋值给elementData
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// 替换空数组
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
常用函数(方法)
add函数
ArrayList调用add()方法添加函数，源码为
//在数组尾部添加元素
public boolean add(E e) {
//长度+1，也就是修改次数+1 确保内部容量
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
//数组下标+1 并赋值
elementData[size++] = e;
return true;
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
//若数组元素为空，取最小容量，与默认容量的最大值做为最小容量
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
//明确ArrayList的最小容量
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
//用于内部优化确保空间资源不被浪费
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
//修改统计数+1，主要用来实现fail-fast机制
modCount++;
// 防止溢出，保证最小容量 > 数组缓冲区当前长度
if (minCapacity - elementData.length > 0)
//增加容量
grow(minCapacity);
}
//增加容量以确保它至少可以容纳最小容量参数指定的元素数量。
private void grow(int minCapacity) {
// 元素长度为旧容量大小
int oldCapacity = elementData.length;
// 新容量= 旧容量 + 旧容量右移一位（旧容量/2）
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
//判断新容量与最小容量大小
if (newCapacity - minCapacity < 0)
//最小容量>新容量 ，则新容量为最小容量
newCapacity = minCapacity;
//若新容量 > 最大容量 ，对新容量重新计算
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
//重新计算新容量
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// 扩容并赋值数组元素
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
//若最小容量 < 0 则抛出异常
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
//最小容量大于 最大数组长度，则返回int最大值作为容量大小
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}
查看复制数组方法
Arrays.copyOf(elementData, newCapacity)
//Arrays.java类中的方法
public static <T> T[] copyOf(T[] original, int newLength) {
return (T[]) copyOf(original, newLength, original.getClass());
//复制指定的数组，截断或使用null填充（如果需要），以便副本具有指定的长度。
// 对于在原始数组和副本中均有效的所有索引，两个数组将包含相同的值
public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class)
? (T[]) new Object[newLength]
: (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength);
//从指定的源数组开始复制数组，从指定的位置开始到目标数组的指定位置
System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
Math.min(original.length, newLength));
return copy;
}
//内部调用System.arraycopy方法
@FastNative
public static native void arraycopy(Object src, int srcPos,
Object dest, int destPos,
int length);
在对应下标出添加数据元素
public void add(int index, E element) {
//超出数据长度或 小于0 ，则抛出数组越界异常
if (index > size || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
///增加容量以确保它至少可以容纳最小容量参数指定的元素数量，修改次数+1
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
//数组拷贝赋值
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
//添加数组集合
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
//转化数据
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
//修改次数+1
ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount
//数组拷贝赋值
System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
通过分析add方法可以发现ArrayList内部是调用System.arraycopy方法复制数组。
set函数
//对应下标设置对应的数组元素，原来的元素被替换掉并返回替换的数组元素
public E set(int index, E element) {
//下标 >数组长度， 则抛出数组越界异常
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
//查找索引对应数组元素
E oldValue = (E) elementData[index];
//数组元素重新赋值
elementData[index] = element;
return oldValue;
}
get函数
public E get(int index) {
//下标 >数组长度， 则抛出数组越界异常
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
//根据下标直接返回对应数组元素，查找速度快
return (E) elementData[index];
}
remove函数
//移除数组下标对应的数组元素,返回删除的数组元素
public E remove(int index) {
//下标 >数组长度， 则抛出数组越界异常
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
//修改次数统计 +1
modCount++;
//通过索引下标查找对应数组元素
E oldValue = (E) elementData[index];
//数组移动个数
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
//后续数组元素整体往前移动
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
//数组最后一位元素置空，且长度-1
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
//返回移除对应数组元素
return oldValue;
}
//删除对应元素，如果删除成功返回true
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) { //判断是否为空
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementData[index] == null) { //若数组下标对应元素为空则移除null元素
fastRemove(index);
return true;
}
} else {//不为空
for (int index = 0; index < size; index++)
//判断要删除的对象在数组是否存在，存在则删除
if (o.equals(elementData[index])) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}
//私有方法快速删除数组元素，该方法与remove(int index)方法类似
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
}
indexof函数
//查找数组元素对应下标 ，数组元素
public int indexOf(Object o) {
if (o == null) { //判断是否为空
for (int i = 0; i < size; i++)//遍历
//数组元素为null返回对应下标
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = 0; i < size; i++)
//遍历存在对象o 则返回对应下标
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
//数组中不存在，则返回-1
return -1;
}
subList方法
//从ArrayList中截取子列表集合
public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {
//子列表集合范围检测
subListRangeCheck(fromIndex, toIndex, size);
//返回值为一个SubList对象
return new SubList(this, 0, fromIndex, toIndex);
}
SubList为ArrayList的一个内部类
private class SubList extends AbstractList<E> implements RandomAccess {
private final AbstractList<E> parent;
private final int parentOffset;
private final int offset;
int size;
SubList(AbstractList<E> parent,
int offset, int fromIndex, int toIndex) {
//该参数为父类ArrayList 把自身传了进来
this.parent = parent;
//开始截取的位置索引
this.parentOffset = fromIndex;
this.offset = offset + fromIndex;
//截取后得到的ArrayList长度
this.size = toIndex - fromIndex;
this.modCount = ArrayList.this.modCount;
}
public void add(int index, E e) {
//检测索引是否越界，越界则抛出异常
rangeCheckForAdd(index);
//检测数组列表是否被修改
checkForComodification();
parent.add(parentOffset + index, e);
this.modCount = parent.modCount;
this.size++;
}
private void checkForComodification() {
//判断ArrayList的修改次数与子类的修改次数是否相等，否则抛出并发修改异常
if (ArrayList.this.modCount != this.modCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
.....
}
举个例子：
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("f1");
list.add("f2");
list.add("f3");
List<String> subList =list.subList(0,2);
subList.add("s1");
subList.remove(1);
System.out.println("list = " + list);
System.out.println("subList = " + subList);
输出为：
list = [f1, s1, f3]
subList = [f1, s1]
从输出结果可以看出，截取后的subList是可以增删查找的，而list是跟随subList改变而改变的。原因是，在初始化SubList的时候直接把ArrayList 自身传了进去，在subList进行增删查找时相当于是对ArrayList自身操作。
那在subList 执行增删方法后还可以操作list增删吗？答案：是可以的，不过是有一个前提是 不能再对subList进行任何操作，包括输出subList对象。
紧接上面的例子
subList.add("s2");
list.add("f4");
System.out.println("list = " + list);
list.remove("s1");
System.out.println("list = " + list);
输出结果为：
list = [f1, s1, f3]
subList = [f1, s1]
list = [f1, s1, s2, f3, f4]
list = [f1, s2, f3, f4]
如果对list进行操作后又对subList操作将会抛出ConcurrentModificationException,原因是ArrayList进行增删时修改了modCount ，而 SubList的modCount并没有被修改，检测的时候二者不相等所以抛出异常。
总结
- 数组与ArrayList之间的区别
- 本文主要分析了ArrayList的常用add，remove等方法的源码，以及子类SubList的使用方法。
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