java集合之ArrayList
1. ArrayList概述：
ArrayList是List接口的可变数组的实现。实现了所有可选列表操作，并允许包括 null 在内的所有元素。除了实现 List 接口外，此类还提供一些方法来操作内部用来存储列表的数组的大小。
每个ArrayList实例都有一个容量，该容量是指用来存储列表元素的数组的大小。它总是至少等于列表的大小。随着向ArrayList中不断添加元素，其容量也自动增长。自动增长会带来数据向新数组的重新拷贝，因此，如果可预知数据量的多少，可在构造ArrayList时指定其容量。在添加大量元素前，应用程序也可以使用ensureCapacity操作来增加ArrayList实例的容量，这可以减少递增式再分配的数量。
继承自 AbstractList，实现了 List 接口。底层基于数组实现容量大小动态变化。允许 null 的存在。同时还实现了 RandomAccess、Cloneable、Serializable 接口，所以ArrayList 是支持快速访问、复制、序列化的。
2.ArrayList的用法：
参考：https://www.cnblogs.com/kungfupanda/p/7357142.html
public class ArrayListTest {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个空的数组链表对象list，list用来存放String类型的数据
ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
// 增加元素到list对象中
list.add("Item1");
list.add("Item2");
list.add(2, "Item3"); // 此条语句将会把“Item3”字符串增加到list的第3个位置。
list.add("Item4");
// 显示数组链表中的内容
System.out.println("The arraylist contains the following elements: "
+ list);
// 检查元素的位置
int pos = list.indexOf("Item2");
System.out.println("The index of Item2 is: " + pos);
// 检查数组链表是否为空
boolean check = list.isEmpty();
System.out.println("Checking if the arraylist is empty: " + check);
// 获取链表的大小
int size = list.size();
System.out.println("The size of the list is: " + size);
// 检查数组链表中是否包含某元素
boolean element = list.contains("Item5");
System.out
.println("Checking if the arraylist contains the object Item5: "
+ element);
// 获取指定位置上的元素
String item = list.get(0);
System.out.println("The item is the index 0 is: " + item);
// 遍历arraylist中的元素
// 第1种方法: 循环使用元素的索引和链表的大小
System.out
.println("Retrieving items with loop using index and size list");
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
System.out.println("Index: " + i + " - Item: " + list.get(i));
}
// 第2种方法:使用foreach循环
System.out.println("Retrieving items using foreach loop");
for (String str : list) {
System.out.println("Item is: " + str);
}
// 第三种方法:使用迭代器
// hasNext(): 返回true表示链表链表中还有元素
// next(): 返回下一个元素
System.out.println("Retrieving items using iterator");
for (Iterator<String> it = list.iterator(); it.hasNext(); ) {
System.out.println("Item is: " + it.next());
}
// 替换元素
list.set(1, "NewItem");
System.out.println("The arraylist after the replacement is: " + list);
// 移除元素
// 移除第0个位置上的元素
list.remove(0);
// 移除第一次找到的 "Item3"元素
list.remove("Item3");
System.out.println("The final contents of the arraylist are: " + list);
// 转换 ArrayList 为 Array
String[] simpleArray = list.toArray(new String[list.size()]);
System.out.println("The array created after the conversion of our arraylist is: "
+ Arrays.toString(simpleArray));
}
3. ArrayList的实现：
1.成员变量
/**
* Default initial capacity.
* 数组默认的大小
*/
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.
*
* 第一次添加元素时知道该 elementData 从空的构造函数还是有参构造函数被初始化的。
* 以便确认如何扩容
*/
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.
*
* 基于数组实现，保存元素的数组使用 transient 修饰，transient该关键字声明数组默认不会被序列化。
* ArrayList 具有动态扩容特性，因此保存元素的数组不一定都会被使用，那么就没必要全部进行序列化。
* ArrayList 重写了 writeObject() 和 readObject() 来控制只序列化数组中有元素填充那部分内容。
*/
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
/**
* The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
*
* size 是指 elementData 中实际有多少个元素，而 elementData.length 为集合容量，
* 表示最多可以容纳多少个元素
* @serial
*/
private int size;
2.构造方法：
1.构造一个默认初始容量为10的空列表
/**
* Increases the capacity of this <tt>ArrayList</tt> instance, if
* necessary, to ensure that it can hold at least the number of elements
* specified by the minimum capacity argument.
*
* @param minCapacity the desired minimum capacity
*/
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
// any size if not default element table
? 0
// larger than default for default empty table. It's already
// supposed to be at default size.
: DEFAULT_CAPACITY;
if (minCapacity > minExpand) {
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
}
2.构造一个指定初始容量的空列表
/**
* Constructs an empty list with the specified initial capacity.
*
* @param initialCapacity the initial capacity of the list
* @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity
* is negative
*
* initialCapacity 参数，如果为空的话 ，初始化EMPTY_ELEMENTDATA，如果不为空，new Object[].
*/
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);
}
}
3.构造一个包含指定collection的元素的列表
/**
* Constructs a list containing the elements of the specified
* collection, in the order they are returned by the collection's
* iterator.
*
* @param c the collection whose elements are to be placed into this list
* @throws NullPointerException if the specified collection is null
*/
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;
}
}
3.常用方法：
1.add()
/**
* Appends the specified element to the end of this list.
*
* @param e element to be appended to this list
* @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add})
*/
public boolean add(E e) {
// 判断array有没有足够的空间
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
// 确保array有足够的空间
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
// 计算
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
return minCapacity;
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code 如果没有足够的空间，就需要进行扩容
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
/**
* Increases the capacity to ensure that it can hold at least the
* number of elements specified by the minimum capacity argument.
*
* @param minCapacity the desired minimum capacity
*
* 默认将扩容至原来容量的 1.5 倍。但是扩容之后也不一定适用，有可能太小，有可能太大。所以才会有下面两
* 个 if 判断。如果1.5倍太小的话，则将我们所需的容量大小赋值给newCapacity，如果1.5倍太大或者我们需
* 要的容量太大，那就直接拿 newCapacity = (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE
* 来扩容。然后将原数组中的数据复制到大小为 newCapacity 的新数组中，并将新数组赋值给 elementData
*/
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);
}
2.remove()
/**
* Removes the element at the specified position in this list.
* Shifts any subsequent elements to the left (subtracts one from their
* indices).
*
* @param index the index of the element to be removed
* @return the element that was removed from the list
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
*
* 当我们调用 remove(int index) 时，首先会检查 index 是否合法，然后再判断要删除的元素是否位于数组的最后一个位置。
* 如果 index 不是最后一个，就再次调用 System.arraycopy() 方法拷贝数组。说白了就是将从 index + 1 开始向后所有的元素都向前挪一个位置。
* 然后将数组的最后一个位置空，size - 1。如果 index 是最后一个元素那么就直接将数组的最后一个位置空，size - 1即可。
* 当我们调用 remove(Object o) 时，会把 o 分为是否为空来分别处理。然后对数组做遍历，找到第一个与 o 对应的下标 index，
* 然后调用 fastRemove 方法，删除下标为 index 的元素。其实仔细观察 fastRemove(int index) 方法和 remove(int index) 方法基本全部相同。
*/
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
return oldValue;
}
3.get()
public E get(int index) {
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}
4.Fail-Fast机制
ArrayList也采用了快速失败的机制，通过记录modCount参数来实现。在面对并发的修改时，迭代器很快就会完全失败，而不是冒着在将来某个不确定时间发生任意不确定行为的风险。fail-fast 机制，即快速失败机制，是java集合(Collection)中的一种错误检测机制。当在迭代集合的过程中该集合在结构上发生改变的时候，就有可能会发生fail-fast，即抛出ConcurrentModificationException异常。fail-fast机制并不保证在不同步的修改下一定会抛出异常，它只是尽最大努力去抛出，所以这种机制一般仅用于检测bug
1.举例 使用迭代器的过程中，执行了remove的操作
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0 ; i < 10 ; i++ ) {
list.add(i + "");
}
Iterator<String> iterator = list.iterator();
int i = 0 ;
while(iterator.hasNext()) {
if (i == 3) {
list.remove(3);
}
System.out.println(iterator.next());
i ++;
}
}
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