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JDK 源码解析 —— ArrayList

JDK 源码解析 —— ArrayList

作者: 01_小小鱼_01 | 来源:发表于2018-05-27 20:29 被阅读18次

    ArrayList 是一个动态数组,它是线程不安全的,允许元素为null, 其底层数据结构依然是数组。

    public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
            implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
    

    其中RandomAccess代表了其拥有随机快速访问的能力,ArrayList可以以O(1)的时间复杂度去根据下标访问元素。

    成员变量

    //空数组
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    //默认构造函数里的空数组
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    //存储集合元素的底层实现:真正存放元素的数组
    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
    private int size;
    

    成员函数

    //默认构造方法
    public ArrayList() {
        //默认构造方法只是简单的将 空数组赋值给了elementData
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
    
    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);
        }
    }
    
    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;
        }
    }
    

    在这里有必要提一下Arrays.copyOf方法

    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);
        System.arraycopy(original, 0, copy, 0,Math.min(original.length, newLength));
        return copy;
    }
    

    就是根据class的类型来决定是new 还是反射去构造一个泛型数组,同时利用native函数,批量赋值元素至新数组中。

    在这里需要简单的问一下:关于Java 拷贝数组方法 Arrays.copyOf() 是地址传递还是值传递?


    关于Java 拷贝数组方法 Arrays.copyOf() 是地址传递还是值传递

    常用API

    add方法

    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }
    
    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }
    
    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;
        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
    
    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);
    }
    

    indexOf

    /**
      * 找出目标的下标,不存在返回-1
      * 可以看出ArrayList中可以存储null
      */
    public int indexOf(Object o) {
        if (o == null) {
            for (int i = 0; i < size; i++)
                if (elementData[i]==null)
                    return i;
        } else {
            for (int i = 0; i < size; i++)
                if (o.equals(elementData[i]))
                    return i;
        }
        return -1;
    }
    

    remove

    public E remove(int index) {
        rangeCheck(index);//判断是否越界
        modCount++;//修改modeCount 因为结构改变了
        E oldValue = elementData(index);//读出要删除的值
        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);//用复制 覆盖数组数据
        elementData[--size] = null; 
        // clear to let GC do its work  
        //置空原尾部数据 不再强引用, 可以GC掉
        return oldValue;
    }
        //根据下标从数组取值 并强转
        E elementData(int index) {
            return (E) elementData[index];
        }
    
    //删除该元素在数组中第一次出现的位置上的数据。 如果有该元素返回true,如果false。
    public boolean remove(Object o) {
        if (o == null) {
            for (int index = 0; index < size; index++)
                if (elementData[index] == null) {
                    fastRemove(index);//根据index删除元素
                    return true;
                }
        } else {
            for (int index = 0; index < size; index++)
                if (o.equals(elementData[index])) {
                    fastRemove(index);
                    return true;
                }
        }
        return false;
    }
    //不会越界 不用判断 ,也不需要取出该元素。
    private void fastRemove(int index) {
        modCount++;//修改modCount
        int numMoved = size - index - 1;//计算要移动的元素数量
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);//以复制覆盖元素 完成删除
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work  //置空 不再强引用
    }
    
    //批量删除
    public boolean removeAll(Collection<?> c) {
        Objects.requireNonNull(c);//判空
        return batchRemove(c, false);
    }
    //批量移动
    private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {
        final Object[] elementData = this.elementData;
        int r = 0, w = 0;//w 代表批量删除后 数组还剩多少元素
        boolean modified = false;
        try {
            //高效的保存两个集合公有元素的算法
            for (; r < size; r++)
                if (c.contains(elementData[r]) == complement) // 如果 c里不包含当前下标元素, 
                    elementData[w++] = elementData[r];//则保留
        } finally {
            // Preserve behavioral compatibility with AbstractCollection,
            // even if c.contains() throws.
            if (r != size) { 
                //出现异常会导致 r !=size , 则将出现异常处后面的数据全部复制覆盖到数组里。
                System.arraycopy(elementData, r,
                                 elementData, w,
                                 size - r);
                w += size - r;//修改 w数量
            }
            if (w != size) {//置空数组后面的元素
                // clear to let GC do its work
                for (int i = w; i < size; i++)
                    elementData[i] = null;
                modCount += size - w;//修改modCount
                size = w;// 修改size
                modified = true;
            }
        }
        return modified;
    }
    

    举一反三:Vector
    区别在于Vector在API上都加了synchronized所以它是线程安全的,以及Vector扩容时,是翻倍size,而ArrayList是扩容50%

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