Java面试重点_6. ArrayList 源码分析及其扩容机制总结

文章目录

一, 单列集合(Collections)整体架构图
1.集合常用的三种遍历方式
2. Iterable 接口
3. Collection (单例集合超级接口)

一, 单列集合(Collections)整体架构图

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在 Java 中，集合大致可以分为两大体系，一个是 Collection，另一个是 Map，都位于java.util包下。

Collection ：主要由 List、Set、Queue 接口组成，List 代表有序、重复的集合；其中 Set 代表无序、不可重复的集合；Java 5 又增加了 Queue 体系集合，代表队列集合。

1.集合常用的三种遍历方式

Iterator, 迭代器, 所有单例集合(Collections)的超级父类, 对各种单列集合

当我们想要遍历集合时，Java为我们提供了多种选择，通常有以下三种写法：

写法1: for循环

for(int i = 0, len = strings.size(); i < len; i++){
    System.out.println(strings.get(i));
}

写法2: foreach循环(增强for循环)

for(String var : strings){
    System.out.println(var);
}

写法3: Iterator(迭代器)

Iterator it = strings.iterator();
while(iterator.hasNext()){
    System.out.println(iteraator.next());
}

那么以上三种遍历方式有何区别呢？

for循环我们很熟悉了，就是根据下标来获取元素，这个特性主要用于对数组进行遍历;
foreach则主要对类似链表的结构提供遍历支持, 链表没有下标, 所有使用for循环遍历会大大降低性能. Iterator实际上就是foreach.

2. Iterable 接口

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Iterator是迭代器的意思，作用是为集合类提供for-each循环的支持。
由于使用for循环需要通过位置获取元素，而这种获取方式仅有数组支持，
其他许多数据结构，比如链表，只能通过查询获取数据，这会大大的降低效率。- Iterable就可以让不同的集合类自己提供遍历的最佳方式。

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迭代器和反向迭代器的具体使用: 点我

3. Collection (单例集合超级接口)

Collection: List, Queue, Set 的超集;
- 直接继承Iterable, 所以所有的Collection接口实现类都支持for-each循环;

3.1 Collection的公用方法

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3.2 AbstractCollection

在Collection中定义的许多方法，根据现有的定义以及继承的Iterable，都可以在抽象类中实现，这样可以减少实现类需要实现的方法，这个抽象类就是AbstractCollection。

3.3 List

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特点如下:

有序(存入和取出的顺序一致)
通过索引访问元素
允许重复, 允许多个null

List集合的类继承结构图

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3.3.1 List中不同于Collection的方法

Collection主要提供一些通用的方法，而List则针对线性表的结构，提供了对位置以及子表的操作。

//在指定位置，将指定的集合插入到当前的集合中
boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c);

//这是一个默认实现的方法，会通过Iterator的方式对每个元素进行指定的操作
default void replaceAll(UnaryOperator<E> operator) {
    Objects.requireNonNull(operator);
    final ListIterator<E> li = this.listIterator();
    while (li.hasNext()) {
        li.set(operator.apply(li.next()));
    }
}

//排序，依据指定的规则对当前集合进行排序，可以看到，排序是通过Arrays这个工具类完成的。
default void sort(Comparator<? super E> c) {
    Object[] a = this.toArray();
    Arrays.sort(a, (Comparator) c);
    ListIterator<E> i = this.listIterator();
    for (Object e : a) {
        i.next();
        i.set((E) e);
    }
}

//获取指定位置的元素
E get(int index);

//修改指定位置元素的值
E set(int index, E element);

//将指定元素添加到指定的位置
void add(int index, E element);

//将指定位置的元素移除
E remove(int index);

//返回一个元素在集合中首次出现的位置
int indexOf(Object o);

//返回一个元素在集合中最后一次出现的位置
int lastIndexOf(Object o);

//ListIterator继承于Iterator，主要增加了向前遍历的功能
ListIterator<E> listIterator();

//从指定位置开始，返回一个ListIterator
ListIterator<E> listIterator(int index);

//返回一个子集合[fromIndex, toIndex)，非结构性的修改返回值会反映到原表，反之亦然。
//如果原表进行了结构修改，则返回的子列表可能发生不可预料的事情
List<E> subList(int fromIndex, int toIndex);

3.4 AbstractList

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3.5 ArrayList

ArrayList 是 Vector的翻版, 只是去除了线程安全;

ArrayList 是一个可以动态调整大小的List实现, 数据的取出顺序和插入顺序始终一致, 其余特性与List中定义的一致;

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可以看到, ArrayList是Abstract的子类, 同时实现了List接口;
除此之外, ArrayList还实现了三个标识型接口, 这几个接口都没有任何方法, 仅作为标识表示实现类具备某项功能;
- RandomAccess表示实现类支持快速随机访问，
- Cloneable表示实现类支持克隆，具体表现为重写了clone方法，
- java.io.Serializable则表示支持序列化，如果需要对此过程自定义，可以重写writeObject与readObject方法。

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1. ArrayList的构造方法和初始化

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构造方法的实现:

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2. ArrayList的重要方法

ArrayList已经是一个具体的实现类了，所以在List接口中定义的所有方法在此都做了实现。其中有些在AbstractList中实现过的方法，在这里再次被重写，我们稍后就可以看到它们的区别。

一些简单的方法:

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增删改查方法:

数据操作最重要的就是增删改查，改查都不涉及长度的变化，而增删就涉及到动态调整大小的问题，我们先看看改和查是如何实现的：

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增和删是ArrayList最重要的部分，这部分代码需要我们细细研究，我们看看它是如何处理我们例子中的问题的:

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以上两种添加数据的方式都调用到了ensureCapacityInternal这个方法，我们看看它是如何完成工作的：

注意: 在这之前, 先对下面这俩成员属性留个印象;

笔者当时读到 Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); 这行代码的时候有点小小的困惑，既然elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 说明当前的 ArrayList 是空的，那么直接返回DEFAULT_CAPACITY 值不就行了么，为啥还要比较呢。
- 直到后来发现了 addAll(Collection<? extends E> c) 这个方法，addAll 方法可以一次向 ArrayList 中添加多个元素，
- 新增加的元素个数可能大于 DEFAULT_CAPACITY ，为了减少扩容次数，应该取 DEFAULT_CAPACITY 和 minCapacity 的最大值。