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ArrayList源码解析

ArrayList源码解析

作者: 若与 | 来源:发表于2019-10-30 20:44 被阅读0次

    最近在整理数据结构和算法,发现java的源码很优秀。就学习一下, 这里做个记录。
    我使用的是jdk8

    熟悉java的都知道ArrayList.
    动态数组容器类。
    具体的使用方法这里就不介绍了。

    先概况看类,再细化具体method

    public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
            implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
    {
        private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
    
        /**
         * Default initial capacity.
         */
        private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    
        /**
         * Shared empty array instance used for empty instances.
         */
        private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    
        /**
         * Shared empty array instance used for default sized empty instances. We
         * distinguish this from EMPTY_ELEMENTDATA to know how much to inflate when
         * first element is added.
         */
        private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_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 == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
         * will be expanded to DEFAULT_CAPACITY when the first element is added.
         */
        transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
    
        /**
         * The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
         *
         * @serial
         */
        private int size;
        
        ....
    

    我们注意一下继承的类以及实现的接口
    其中implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

    可以看到上面有一个

        transient Object[] elementData;
        private int size;
    

    这里定义一个数组用于保存数据, size记录数组中元素数量

    我们看一下构造方法

        // 给定容量大小
        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);
            }
        }
        
        // 没有指定容量,默认一个空数组
        public ArrayList() {
            this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
        }
        
        // 直接放入一个容器对象,处理逻辑,将容器中数据copy到 成员变量 elementData 数组中
        public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
            elementData = c.toArray();
            if ((size = elementData.length) != 0) {
                // defend against c.toArray (incorrectly) not returning Object[]
                // (see e.g. https://bugs.openjdk.java.net/browse/JDK-6260652)
                if (elementData.getClass() != Object[].class)
                    elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
            } else {
                // replace with empty array.
                this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
            }
        }
    
    

    add

        // 在尾部追加数据的
        public boolean add(E e) {
            modCount++; // 你不修改次数
            add(e, elementData, size); // 加入数据
            return true;
        }
        
       // s是索引位置
       private void add(E e, Object[] elementData, int s) {
            if (s == elementData.length)  // 如果添加数据溢出了,就动态扩容
                elementData = grow();
            elementData[s] = e;
            size = s + 1;
        }
    
       private Object[] grow() {
            return grow(size + 1);
        }
        
       // 这里扩容,并将原数组数据copy到新扩容的数组中
       private Object[] grow(int minCapacity) {
            return elementData = Arrays.copyOf(elementData,
                                               newCapacity(minCapacity));
        }
    

    下面介绍一下,具体的扩容算法

        private int newCapacity(int minCapacity) {
            // overflow-conscious code
            int oldCapacity = elementData.length;
            int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 1.5倍
            if (newCapacity - minCapacity <= 0) {
                if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
                    return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
                if (minCapacity < 0) // overflow
                    throw new OutOfMemoryError();
                return minCapacity;
            }
            return (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE <= 0)
                ? newCapacity
                : hugeCapacity(minCapacity);
        }
    

    正常情况下就是扩容 1.5倍, 另外也做一些边缘条件的判断。

    我们再看一下删除

    remove

        public E remove(int index) {
            Objects.checkIndex(index, size);
            final Object[] es = elementData;
    
            @SuppressWarnings("unchecked") E oldValue = (E) es[index];
            fastRemove(es, index);
    
            return oldValue;
        }
        
        // 删除指定位置数据,指定索引后面的数据进行搬移
        private void fastRemove(Object[] es, int i) {
            modCount++;
            final int newSize;
            if ((newSize = size - 1) > i)
                System.arraycopy(es, i + 1, es, i, newSize - i);
            es[size = newSize] = null;
        }
    

    迭代

    先看源码吧

    实现的迭代的接口

        public ListIterator<E> listIterator(int index) {
            rangeCheckForAdd(index);
            return new ListItr(index);
        }
    
        public ListIterator<E> listIterator() {
            return new ListItr(0);
        }
    
        public Iterator<E> iterator() {
            return new Itr();
        }
    
    
    

    其中 Iterator的接口方法

    我们看下ArrayList的具体实现代码:

        /**
         * An optimized version of AbstractList.Itr
         */
        private class Itr implements Iterator<E> {
            int cursor;       // index of next element to return
            int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
            int expectedModCount = modCount;
    
            // prevent creating a synthetic constructor
            Itr() {}
    
            public boolean hasNext() {
                return cursor != size;
            }
    
            @SuppressWarnings("unchecked")
            public E next() {
                checkForComodification();
                int i = cursor;
                if (i >= size)
                    throw new NoSuchElementException();
                Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
                if (i >= elementData.length)
                    throw new ConcurrentModificationException();
                cursor = i + 1;
                return (E) elementData[lastRet = i];
            }
    
            public void remove() {
                if (lastRet < 0)
                    throw new IllegalStateException();
                checkForComodification();
    
                try {
                    ArrayList.this.remove(lastRet);
                    cursor = lastRet;
                    lastRet = -1;
                    expectedModCount = modCount;
                } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
                    throw new ConcurrentModificationException();
                }
            }
    
            @Override
            public void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {
                Objects.requireNonNull(action);
                final int size = ArrayList.this.size;
                int i = cursor;
                if (i < size) {
                    final Object[] es = elementData;
                    if (i >= es.length)
                        throw new ConcurrentModificationException();
                    for (; i < size && modCount == expectedModCount; i++)
                        action.accept(elementAt(es, i));
                    // update once at end to reduce heap write traffic
                    cursor = i;
                    lastRet = i - 1;
                    checkForComodification();
                }
            }
    
            final void checkForComodification() {
                if (modCount != expectedModCount)
                    throw new ConcurrentModificationException();
            }
        }
    
    

    上面通过

            int cursor;       // index of next element to return
            int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
            int expectedModCount = modCount;
    
    

    这三个值,暂时保存状态,进行迭代实现的。 modCount用于在迭代中操作数据出现异常,用于记录等作用。

    对于 ArrayList,它的特点是内部采用动态数组实现,这决定了以下几点。

    1)可以随机访问,按照索引位置进行访问效率很高,用算法描述中的术语,效率是O(1),简单说
    就是可以一步到位。
    2)除非数组已排序,否则按照内容查找元素效率比较低,具体是O(N),N为数组内容长度,也就
    是说,性能与数组长度成正比。
    3)添加元素的效率还可以,重新分配和复制数组的开销被平摊了,具体来说,添加N个元素的效率为O(N)。
    4)插入和删除元素的效率比较低,因为需要移动元素,具体为O(N)

    这里只是简单的介绍一些,只要把握底层是数组这条主线,其他的就简单了。

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