Java ArrayList源码解读(JDK17)
ArrayList简介
ArrayList是List接口的实现类，底层基于数组实现，容量可根据需要动态增加，相当于动态数组。ArrayList继承于AbstractList，并且还实现了Cloneable、Serializable、RandomAccess接口。
List：表明是列表数据结构，可以通过下标对元素进行添加删除或查找。Serializable：表示可以进行序列化和反序列化操作，可以把对象与字节流相互转换。RandomAccess：有这个接口标记的List表示可以支持快速随机访问，即通过元素下标可以直接得到元素内容。Cloneable：表示支持拷贝，可以通过浅拷贝或深拷贝来复制对象的副本。
常用方法
public class ArrayListTest {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<>();
arrayList.add(1); //添加元素
arrayList.add(2);
arrayList.add(3);
arrayList.add(4);
//在指定下标处插入元素
arrayList.add(4, 5);
//获取ArrayList大小
System.out.println(arrayList.size()); //输出5
//获取指定下标的元素
System.out.println(arrayList.get(4)); //输出5
//移除指定下标的元素
arrayList.remove(0);
//判断ArrayList内是否有指定元素
System.out.println(arrayList.contains(5)); //输出true
//修改指定下标的元素值
arrayList.set(0, 9);
System.out.println(arrayList.get(1)); //输出3
}
}
ArrayList核心源码分析
以下基于JDK17的ArrayList代码。
类属性
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
//序列号版本号
@java.io.Serial
private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
//默认初始容量
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
//空数组，指定默认初始化容量为0时赋值给elementData，避免了重复创建空数组
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//当调用无参构造方法时，赋值给elementData，主要用于在添加第一个元素前，标记该ArrayList是由无参构造器创建，便于将容量初始化为DEFAULT_CAPACITY，避免了重复创建空数组
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//实际存放元素的数组
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
//ArrayList的元素个数
private int size;
}
构造方法
//无参构造器，最开始创建的是空数组，当添加第一个元素时初始化容量为10。
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
//指定初始化容量，为0的话则创建空数组。
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);
}
}
//传入一个集合，将该集合中的元素存到ArrayList中。
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
Object[] a = c.toArray();
if ((size = a.length) != 0) {
if (c.getClass() == ArrayList.class) {
elementData = a;
} else {
elementData = Arrays.copyOf(a, size, Object[].class);
}
} else {
// replace with empty array.
elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
add
ArrayList对外提供了两个add方法，add(E e)和add(int index, E element)，前者是直接在ArrayList尾部追加元素，后者是在指定的位置添加元素。
public boolean add(E e) {
//记录结构上被修改的次数
modCount++;
add(e, elementData, size);
return true;
}
private void add(E e, Object[] elementData, int s) {
//如果当前数组长度等于ArrayList容量则扩容
if (s == elementData.length)
elementData = grow();
elementData[s] = e;
size = s + 1;
}
public void add(int index, E element) {
//检查下标是否越界
rangeCheckForAdd(index);
modCount++;
final int s;
Object[] elementData;
//如果当前数组长度等于ArrayList容量则扩容
if ((s = size) == (elementData = this.elementData).length)
elementData = grow();
//把index位置及其后的元素向后移动一位
System.arraycopy(elementData, index,
elementData, index + 1,
s - index);
elementData[index] = element;
size = s + 1;
}
get
get方法比较简单，首先检查下标是否越界，然后找到数组中指定下标的元素。
public E get(int index) {
Objects.checkIndex(index, size);
return elementData(index);
}
remove
ArrayList也对外提供了两个remove方法public E remove(int index)和public boolean remove(Object o)，前者根据指定下标删除元素，后者传入一个对象，将ArrayList中的这个对象删除，都是通过调用fastRemove方法进行实际删除元素的。
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;
}
public boolean remove(Object o) {
final Object[] es = elementData;
final int size = this.size;
int i = 0;
//遍历数组是否有该对象并找到对应下标
found: {
if (o == null) {
for (; i < size; i++)
if (es[i] == null)
break found;
} else {
for (; i < size; i++)
if (o.equals(es[i]))
break found;
}
return false;
}
fastRemove(es, i);
return true;
}
fastRemove方法：
private void fastRemove(Object[] es, int i) {
modCount++;
final int newSize;
if ((newSize = size - 1) > i)
//把i+1之后的元素往前移动一位
System.arraycopy(es, i + 1, es, i, newSize - i);
//size-1位置置为空，对象最后会被gc
es[size = newSize] = null;
}
扩容
ArrayList扩容是通过调用grow方法，在add方法和ensureCapacity都有出现。
ensureCapacity方法，传入一个最小容量，如果最小容量大于实际容量则扩容到最小容量。
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity > elementData.length
&& !(elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
&& minCapacity <= DEFAULT_CAPACITY)) {
modCount++;
grow(minCapacity);
}
}
下面看下grow方法：
private Object[] grow(int minCapacity) {
int oldCapacity = elementData.length;
if (oldCapacity > 0 || elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
//获取新容量大小
//oldCapacity右移一位即是原长度的一半，ArraysSupport.newLength方法选择minCapacity - oldCapacity或oldCapacity >> 1较大的一方与oldCapacity相加。
int newCapacity = ArraysSupport.newLength(oldCapacity,
minCapacity - oldCapacity, /* minimum growth */
oldCapacity >> 1 /* preferred growth */);
//将之前元素迁移到新数组，返回按照新容量扩容后的数组
return elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
} else {
//如果容量为0，则按照默认容量创建一个数组。
return elementData = new Object[Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity)];
}
}
private Object[] grow() {
return grow(size + 1);
}
