概述
ArrayList是最常用的List实现类，内部是通过数组实现的，它允许对元素进行快速随机访问。数组的缺点是每个元素之间不能有间隔，当数组大小不满足时需要进行扩容（如果不指定容量初始容量为10 ，扩容后容量为原来的1.5倍），期间会涉及已经有的数据复制到新的存储空间。所以当从ArrayList的中间位置插入或者删除元素时，需要对数据进行复制、移动、代价比较高。因此，它适合随机查找和遍历，不适合插入和删除。线程不安全，存储元素可以为null。
源码分析
1.ArrayList#add(e)方法
/**
* Appends the specified element to the end of this list.
* 添加元素（容量检测，扩容保障）
* @param e element to be appended to this list
* @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add})
*/
public boolean add(E e) {
// 检测容量是否需要扩容
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
// 添加元素
elementData[size++] = e;
return true;
}
/**
* 容量检测
*/
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
// 确认ArrayList的容量，看是否需要进行扩容
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
/**
*
*/
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
// 如果elementData为空，则返回默认容量(10)和minCapacity中的最大值
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
// elementData不为空，直接返回minCapacity
return minCapacity;
}
// 计算容量是都需要进行扩容
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
// 数组修改次数自增
modCount++;
// 添加新元素后需要的容量比目前数组的容量要大时则需要扩容
if (minCapacity - elementData.length > 0)
//扩容操作
grow(minCapacity);
}
private void grow(int minCapacity) {
// 存储数据的数组原容量
int oldCapacity = elementData.length;
// 扩容计算 oldCapacity + oldCapacity*2->新数组为原始数据的1.5倍
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
// 新容量小于参数指定容量，修改新容量
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
// 新容量大于最大容量(最大为 MAX_VALUE = 0x7fffffff)
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// 将旧数据拷贝到新数组中
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
这里我们要注意扩容条件：插入数据size比原来大就会进行扩容。因此我们在使用ArrayList时需要主要，避免频繁扩容（最好能够预测数据容量的大小）。
2.ArrayList#add(int index, E element)指定位置插入
public void add(int index, E element) {
// 数组越界检查
rangeCheckForAdd(index);
// 数组容量检查-增加更改次数
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
// 将index之后的元素向后移动一位，将index的位置空出来
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element; // 将index的值设置为我们设定的值
// 元素个数增加
size++;
}
ArrayList在指定索引位置插入元素主要流程为：数组越界检查->变更数组修改次数->插入元素。
3.ArrayList#get(int index)
public E get(int index) {
// 检查索引位置是否越界
rangeCheck(index);
// 返回索引对应的数据
return elementData(index);
}
// 索引位置越界检查
private void rangeCheck(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
// 查询数据
E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
}
4.ArrayList#addAll(Collection<? extends E> c)方法元素替换：
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
Object[] a = c.toArray();
// 新添加的元素个数
int numNew = a.length;
// 容量担保-是否扩容
ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount
//将新添加的元素加入到集合中
System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
// 更新集合size
size += numNew;
return numNew != 0;
}
5.ArrayList#set(int index)方法元素替换：
public E set(int index, E element) {
// 检查索引位置是否越界
rangeCheck(index);
// 获取对应索引位置的值
E oldValue = elementData(index);
// 新值替换原值
elementData[index] = element;
return oldValue;
}
6.ArrayList#remove(int index)
/**
* 从指定索引位置删除元素
*/
public E remove(int index) {
// 检查索引位置是否越界
rangeCheck(index);
// 修改次数++
modCount++;
// 获取对应位置的数据
E oldValue = elementData(index);
// 判断index是否在最后一个位置
int numMoved = size - index - 1;
// 如果不是最后一个元素，将index之后的元素往前移动一个位置
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
// 否则删除最后一个元素--GC回收
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
return oldValue;
}
这边remove方法执行之后，ArrayList并没有进行缩容。
7.ArrayList#remove(Object o)
public boolean remove(Object o) {
// 如果元素为null
if (o == null) {
// 循环遍历为null的元素，并将其移除
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementData[index] == null) {
// 移除元素
fastRemove(index);
return true;
}
} else { // 非null
// 循环查找对象删除
for (int index = 0; index < size; index++)
// equals判定对象是否为同一个对象
if (o.equals(elementData[index])) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}
// 移除对应索引位置的元素
private void fastRemove(int index) {
// 这边未做越界检查---为啥remove不直接调用呢，在remove时候方法做越界检查后调用此方法不可以么？
modCount++;
// 判断是否是最后一个元素，这里的操作和remove(index)是一样的
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
}
8.ArrayList#retainAll(Collection<?> c)——交集
// 求交集
public boolean retainAll(Collection<?> c) {
Objects.requireNonNull(c);
// 求交集
return batchRemove(c, true);
}
private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {
final Object[] elementData = this.elementData;
int r = 0, w = 0;
boolean modified = false;
try {
//遍历循环查询r中元素存在于c集合中
for (; r < size; r++)
if (c.contains(elementData[r]) == complement)
// elementData[r] 存在c集合中则添加到数组中
elementData[w++] = elementData[r];
} finally {
// Preserve behavioral compatibility with AbstractCollection,
// even if c.contains() throws.
// 正常情况下r是等于size的，这里是对异常的判断
if (r != size) {
//将未读的元素拷贝到写指针后面
System.arraycopy(elementData, r,
elementData, w,
size - r);
w += size - r;
}
// 将写指针后的元素全部置空
if (w != size) {
// clear to let GC do its work
for (int i = w; i < size; i++)
elementData[i] = null;
modCount += size - w;
size = w;
modified = true;
}
}
return modified;
}
9.ArrayList#removeAll(Collection<?> c)——差集
// 差集
public boolean removeAll(Collection<?> c) {
Objects.requireNonNull(c);
// 查询出c集合中不存在的元素
return batchRemove(c, false);
}
9.ArrayList#clear()清空集合元素
public void clear() {
// 修改次数自增
modCount++;
// clear to let GC do its work
for (int i = 0; i < size; i++)
elementData[i] = null;
size = 0;
}
总结
-
ArrayList底层数据结构为数组存储，集合的默认容量大小为10，线程不安全，可以存储null值。 -
ArrayList区别于数组的地方在于可以自动扩容，扩容量为原来的1.5倍，最大支持Integer.MAX_VALUE个元素存储，但是ArrayList不会进行缩容。 -
ArrayList中有求交集（retainAll）和求差集（removeAll），注意这里的差集是单向交集。 -
ArrayList由于本质是数组，所以它在数据的查询方面会很快，而在插入删除这些方面，性能下降很多，因为需要移动很多数据才能达到应有的效果。
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