【JAVA】【集合7】Java中的ArrayList
- 【集合】ArrayList
一、ArrayList定义
ArrayList在java.util.ArrayList中定义。
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
...
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
transient Object[] elementData;
private int size;
}
二、ArrayList的构造方法
（1）创建空的ArrayList
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
指定初始创建的ArryList存储长度：
public ArrayList(int initialCapacity)
（2）通过集合创建ArrayList
public ArrayList(Collection<? extends E> c)
样例：
List<String> list = new ArrayList<String>(Arrays.asList(args));
三、遍历ArrayList元素
1. 通过普通for循环遍历
List<String> array = new ArrayList<String>(Arrays.asList("10","11","12","13","14"));
for(int i = 0; i < array.size(); i++) {
System.out.println(array.get(i));
}
2. 通过foreach循环遍历
List<String> array = new ArrayList<String>(Arrays.asList("10","11","12","13","14"));
for(String str: array) {
System.out.println(str);
}
3. 通过迭代器遍历
List<String> array = new ArrayList<String>(Arrays.asList("10","11","12","13","14"));
Iterator strIteator = array.iterator();
while(strIteator.hasNext()) {
System.out.println(strIteator.next());
}
四、几种遍历访问方式的效率
参考：
https://blog.csdn.net/qq_28605513/article/details/84981338
测试方法：
创建包含100000个元素的ArryList和LinkedList结合，分别采用如上三种方式遍历10遍，其效率如下：
-
ArrayList集合的遍历效率
for循环100次时间：15 ms foreach循环100次时间：25 ms 迭代器循环100次时间：20 ms -
LinkedList集合的遍历效率
for循环100次时间：59729 ms foreach循环100次时间：18 ms 迭代器循环100次时间：14 ms
分析原因之前，先解答几个概念：
（1）随机访问 和 迭代访问
- 随机访问：就是指定位置即可随机的定位到集合中的需要操作的元素。不用把集合遍历一遍来定位需要操作的元素。
- 迭代访问：只能依次访问集合中的每个元素，这种方式叫迭代。如果需要定位一个元素，就是需要迭代+提交判断来定位。
（2）如何判断一个集合能随机访问
我们一般期望List具备高校的随机访问能力。但是，不是所有列表都能高效地随机访问任意索引上的元素。哪些List的实现类具备随机访问能力呢？
提供高效随机访问的类都实现了标记接口 RandomAccess。因此，判断一个集合是否能随机访问，可以使用 instanceof 运算符测试是否实现了这个接口。如下：
// 随便创建一个列表，供后面的代码处理
List<?> list = ...;
// 测试能否高效随机访问
// 如果不能，先使用副本构造方法创建一个支持随机访问的副本，然后再处理
if (!(list instanceof RandomAccess)) {
l = new ArrayList<?>(list);
}
（3）如何判断一个集合能迭代访问（迭代器）
为了深入理解遍历循环处理集合的方式，我们要了解两个接口：java.util.Iterator 和 java.lang.Iterable：
public interface Iterator<E> {
boolean hasNext();
E next();
void remove();
}
Iterator 接口定义了一种迭代集合或其他数据结构中元素的方式。迭代的过程是这样的：
- 只要集合中还有更多的元素（hasNext() 方法返回 true），就调用 next() 方法获取集合中的下一个元素。
- 有序集合（例如列表）的迭代器一般能保证按照顺序返回元素。
- 无序集合 （例如 Set）只能保证不断调用 next() 方法返回集中的所有元素，没有遗漏也没有重复，不过没有特定的顺序。
（4）如上3种遍历效率解析
- ArrayList实现了RandomAccess接口，支持随机访问。ArrayList存放的内容用的是transient Object[]，在内存中是连续的，通过get(i)本质上是通过[ ]访问，相当于直接操作内存地址，所以随机访问的效率较高。使用普通for循环 比 forEach循环、迭代器效率高。
- 而LinkedList是一个双向链表，链表只能顺序访问，LinkedList中的get(i) 方法是按照顺序从列表的一端开始检查，直到找到要找的地址。所以，遍历LinkedList使用forEach、迭代器的效率高，使用普通for循环会每次都从头开始遍历、效率较差。
五、ArrayList的扩容
通过add()等方法向ArrayList集合中添加元素时，如果空间不够，ArrayList会自动扩容。如add()方法的调用关系如下：
add()
|--ensureCapacityInternal(size + 1)
|--ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
|--ensureExplicitCapacity(int minCapacity)
|--grow(minCapacity);
最终调用到grow(int minCapacity) 方法，扩容公式是：int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1)，所以 ArrayList 每次扩容之后容量都会变为原来的 1.5 倍左右（oldCapacity为偶数就是1.5倍，否则是1.5倍左右）。 奇偶不同，比如 ：10+10/2 = 15, 33+33/2=49。如果是奇数的话会丢掉小数。l
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);
}
六、ArrayList遍历中remove()错误用法
参考：
https://www.jianshu.com/p/2c3c4bb1eca0
https://www.jb51.net/article/177791.htm
E remove(int index);
ArrayList常见如下几种遍历删除：
- for循环，通过index删除
- foreach指定对象删除
- 通过迭代器删除
- 通过removeif()方法删除
我们以如下ArrayList为例，看每种操作方式的删除效果：
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("a");
list.add("b");
list.add("c");
list.add("d");
list.add("e");
（1）for循环，通过index删除（错误用法）
private static void forRemove(List<String> list) {
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
if ("b".equals(list.get(i)) || "c".equals(list.get(i))) {
list.remove(i);
}
}
}
如上代码，期望删除ArrayList中内容为“b”、“c”的元素。
我们查看下remove(int index)方法的源码，可以看出其实现就是将给定index位置之后的元素都向前移动一位，达到删除给定位置元素的目的。
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;
}
接下来，我们分析下上面删除元素的代码：
- 当i=1时，我们删除了元素b，这时list变成了[a,c,d,e]，size变成了4。
- for循环继续往下进行，i=2，for循环找到了第三个元素d，发现不匹配我们的条件，没有进行删除。
这样就跳过了我们想删除的c。
所以，第此种方式最后结果是[a, c, d, e]，并没有达到我们的程序预期。
（2）foreach遍历删除（错误用法）
private static void foreachRemove(List<String> list) {
for (String s : list) {
if ("b".equals(s) || "c".equals(s)) {
list.remove(s);
}
}
}
foreach循环，编译器编译后，也是一种迭代器的方式循环，我们看一下编译后什么样子：
private static void foreachRemove(List<String> list) {
Iterator var1 = list.iterator();
while(true) {
String s;
do {
if (!var1.hasNext()) {
return;
}
s = (String)var1.next();
} while(!"b".equals(s) && !"c".equals(s));
list.remove(s);
}
}
接下来我们看一下这里调的remove(Object o)方法：
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementData[index] == null) {
fastRemove(index);
return true;
}
} else {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (o.equals(elementData[index])) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}
private void fastRemove(int index) {
modCount++;
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
}
fastRemove(int index)对比之前的remove(int index)方法，两个方法操作其实一样，除了fastRemove(int index)没有返回原来的值。
这里还有一个重要的点，就是modCount++，这个modCount是干嘛用的呢？我们继续往下看。
上面编译器编译后的文件中，我们看到获取元素是通过迭代器的next()方法去获取的，我们来看下迭代器的几个关键方法：
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;
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];
}
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
....
}
我们看到迭代器其实就是维护一个游标cursor，不断往下遍历集合。然后我们注意到next()方法首先会调用checkForComodification()，检查集合是否被修改过。
我们看checkForComodification()方法，就是判断modCount是否等于expectedModCount，这里的expectedModCount就是我们迭代器初始化的时候赋值的（expectedModCount = modCount），回到刚才我们提到的fastRemove(index)方法，里面有一个modCount++，所以集合每次删除元素，这个modCount值就会发生变化，下次再调用next()方法，就会抛出ConcurrentModificationException异常 。
这里抛出ConcurrentModificationException异常，是一种快速失败（fail-fast）机制，就是两个线程一起遍历操作集合时，如果修改了集合数据，那么另一个地方再次操作集合时，直接抛出异常。(当然多线程操作集合也不建议使用线程不安全的ArrayList)
所以，foreach方式遍历删除，结果是抛出ConcurrentModificationException。
（3）迭代器删除（正确用法）
private static void iteRemove(List<String> list){
Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()){
String next = iterator.next();
if ("b".equals(next) || "c".equals(next)) {
iterator.remove();
}
}
}
这种方式和第二种方式编译后类似，不同的地方是：这里用的迭代器的删除方法iterator.remove()。
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();
}
}
删除当前元素，并且把游标回到当前位置，这样就避免了第一种方式出现的跳过一个元素的结果。
- lastRet = -1：如果连着两次调用remove()则会抛出非法参数异常（lastRet会在调用next()方法时被赋值为cursor的值，可以看上面贴的next源码）。
所以，此种方式遍历删除ArrayList中元素是可行的。
（4）通过removeIf()方法删除（正确用法）
在JDK1.8中，Collection以及其子类新加入了removeIf()方法，作用是按照一定规则过滤集合中的元素。如：
list.removeIf(item -> "1".equals(item))
ArrayLsit中对removeIf()的重写如下：
public boolean removeIf(Predicate<? super E> filter) {
Objects.requireNonNull(filter);
// figure out which elements are to be removed
// any exception thrown from the filter predicate at this stage
// will leave the collection unmodified
int removeCount = 0;
final BitSet removeSet = new BitSet(size);
final int expectedModCount = modCount;
final int size = this.size;
for (int i=0; modCount == expectedModCount && i < size; i++) {
@SuppressWarnings("unchecked")
final E element = (E) elementData[i];
if (filter.test(element)) {
removeSet.set(i);
removeCount++;
}
}
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
// shift surviving elements left over the spaces left by removed elements
final boolean anyToRemove = removeCount > 0;
if (anyToRemove) {
final int newSize = size - removeCount;
for (int i=0, j=0; (i < size) && (j < newSize); i++, j++) {
i = removeSet.nextClearBit(i);
elementData[j] = elementData[i];
}
for (int k=newSize; k < size; k++) {
elementData[k] = null; // Let gc do its work
}
this.size = newSize;
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
modCount++;
}
return anyToRemove;
}
removeIf()的入参是一个过滤条件，用来判断需要移除的元素是否满足条件。方法中设置了一个removeSet，把满足条件的元素索引坐标都放入removeSet，然后统一对removeSet中的索引进行移除。是安全的方法。
（5）把需删除内容加入临时ArrayList，然后通过removeAll()方法删除 （正确的方法）
这种方法思路是for循环内使用一个集合存放所有满足移除条件的元素，for循环结束后直接使用removeAll()方法进行移除。
List<Long> removeList = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
if (i % 2 == 0) {
removeList.add(list.get(i));
}
}
list.removeAll(removeList);
removeAll源码如下：
public boolean removeAll(Collection<?> c) {
Objects.requireNonNull(c);
return batchRemove(c, false);
}
private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {
final Object[] elementData = this.elementData;
int r = 0, w = 0;
boolean modified = false;
try {
for (; r < size; r++)
if (c.contains(elementData[r]) == complement)
elementData[w++] = elementData[r];
} finally {
if (r != size) {
System.arraycopy(elementData, r, elementData, w, size - r);
w += size - r;
}
if (w != size) {
// clear to let GC do its work
for (int i = w; i < size; i++)
elementData[i] = null;
modCount += size - w;
size = w;
modified = true;
}
}
return modified;
}
定义了两个数组指针r和w，初始都指向列表第一个元素。循环遍历列表，r指向当前元素，若当前元素没有满足移除条件，将数组[r]元素赋值给数组[w]，w指针向后移动一位。这样就完成了整个数组中，没有被移除的元素向前移动。遍历完列表后，将w后面的元素都置空，并减少数组长度。至此完成removeAll移除操作。
(6) for循环，通过index删除变种：从后向前（正确用法）
同1，也是for循环，为啥从后往前遍历就是正确的呢？
因为每次调用remove(int index)，index后面的元素会往前移动，如果是从后往前遍历，index后面的元素发生移动，跟index前面的元素无关，我们循环只去和前面的元素做判断，因此就没有影响。如：
for (int i = list.size() - 1; i >= 0; i--) {
if (list.get(i).longValue() == 2) {
list.remove(i);
}
}
五、子类的ArrayList和父类的ArrayList之间是否存在继承关系？
样例：
ArrayList<String> arrayList1 = new ArrayList<String>();
arrayList1.add(new String());
ArrayList<Object> arrayList2 = arrayList1; //编译错误
解析：ArrayList
