【Java源码】集合类-ArrayList
一、类继承关系
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
ArrayList继承AbstractList,也实现了List和RandomAccess(一个空接口，也就是标记接口。)，Cloneable(可被克隆), Serializable接口。
二、类属性
//默认容量
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
//空对象数组(initialCapacity == 0时返回)
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//调用无参构造方法，返回的是该数组
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//元素数组，保存添加到ArrayList中的元素
transient Object[] elementData;
//ArrayList大小
private int size;
elementData是transient修饰，所以elementData不能被序列化。但是ArrayList又是可以被序列化的，这是为何？
- 因为ArrayList有两个方法writeObject、readObject用于序列化和反序列化。elementData是transient修饰是为了避免ArrayList扩容（1.5倍）导致的空间浪费
- 序列化的时候elementData的数据会被写到ObjectOutputStream中
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
throws java.io.IOException{
// Write out element count, and any hidden stuff
int expectedModCount = modCount;
s.defaultWriteObject();
// Write out size as capacity for behavioural compatibility with clone()
s.writeInt(size);
// Write out all elements in the proper order.
for (int i=0; i<size; i++) {
s.writeObject(elementData[i]);
}
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
- 反序列化的时候会从ObjectInputStream读取出来
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
// Read in size, and any hidden stuff
s.defaultReadObject();
// Read in capacity
s.readInt(); // ignored
if (size > 0) {
// be like clone(), allocate array based upon size not capacity
ensureCapacityInternal(size);
Object[] a = elementData;
// Read in all elements in the proper order.
for (int i=0; i<size; i++) {
a[i] = s.readObject();
}
}
}
三、构造函数
- 指定容量
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
//空对象数组
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
- 默认
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
- ArrayList(Collection<? extends E> c)
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
if ((size = elementData.length) != 0) {
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
//空对象数组
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
四、ArrayList如何扩容
public boolean add(E e) {
//确保elementData数组的大小
ensureCapacityInternal(size + 1);
//在结尾处添加元素
elementData[size++] = e;
return true;
}
上面是add(E e)方法的源码，在添加元素前会调用 ensureCapacityInternal(size + 1);确保elementData数组的大小。
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
// 判断元素数组是否为空数组
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
//minCapacity最少=DEFAULT_CAPACITY=10
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
- 其中ensureCapacityInternal的源码片段首先判断elementData是否为无参构造器的空数组，如果是的话，Math.max（）取较大值赋值给minCapacity，最小是10（默认容量）。然后，调用ensureExplicitCapacity：
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
// List结构性修改加1
modCount++;
//minCapacity大于elementData数组长度
if (minCapacity - elementData.length > 0)
//增长
grow(minCapacity);
}
- ensureExplicitCapacity中modCount记录List结构性变化次数（结构性变化，在迭代的过程中可能会造成错误结果）。
- 紧接着，如果minCapacity大于elementData数组长度则调用 grow(minCapacity)增长函数
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
//oldCapacity >> 1右移一位，这里相当于扩容1.5倍
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);
}
上面的扩容方法中 oldCapacity >> 1 表明elementData.length右移一位，扩容后的容量为原始容量的1.5倍
五、主要函数
remove()函数
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
//需要移动的元素个数
int numMoved = size - index - 1;
//删除的不是最后一个元素
if (numMoved > 0)
//index后的元素都向前移动一位
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
//size减一，释放引用，方便垃圾回收器进行垃圾回收
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
return oldValue;
}
- remove(int index)方法会先计算需要移动的元素个数，index后的元素都向前移动一位（调用System.arraycopy方法移动），然后size减一，赋值为null释放引用，方便垃圾回收器进行垃圾回收。
单线程环境下，正确的删除元素，应该使用iterator()迭代器删除元素。
例如要删除集合中的“a”
Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()){
if ("a".equals(iterator.next())) {
iterator.remove();
}
}
或者使用lambda表达式
list.removeIf("x"::equals);
set()函数,会替换新值，返回旧值。
public E set(int index, E element) {
//检查索引
rangeCheck(index);
E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
//返回旧值
return oldValue;
}
get()函数，获取元素
public E get(int index) {
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}
六、ArrayList性能相关
- 在能够确定ArrayList容量大小的情况下尽量预估容量，调用构造器public ArrayList(int initialCapacity)指定大小，避免因为自动扩容带来的性能开销。
- 使用trimToSize()使ArrayList的内部数组大小减少为实际大小，以此节省空间
public void trimToSize() {
modCount++;
if (size < elementData.length) {
elementData = (size == 0)
? EMPTY_ELEMENTDATA
: Arrays.copyOf(elementData, size);
}
}
