源码分析【二】ArrayList数组

原创
2020/08/30 21:22
阅读数 32

源码分析系列

源码分析【一】LinkedList链表结构

源码分析【二】ArrayList数组

源码分析【三】ArrayList与LinkedList的比较


 

Java中List是一个必须要掌握的基础知识,List是一个接口,实现List接口的基础类有很多,其中最具有代表性的两个:ArrayList和LinkedList。

1、变量

ArrayList是一个底层基于数组实现动态大小扩容的数据结构,快速访问、可复制、序列化的。继承自 AbstractList,实现了 List 接口。写代码时,我们经常用到这个数据结构来做大数据量的访问和(程序)缓存存储等。

     /**
     * Default initial capacity.
     * 默认初始容量10
     */
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

    /**
     * Shared empty array instance used for empty instances.
     * 共享空数组实例值
     */
    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.
     * 跟第一个空数组实例区分,当第一个元素添加进来时,数组会扩展多大
     */
    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.
     * 太难翻译了,transient用来表示一个域不是该对象序行化的一部分
     */
    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

    /**
     * The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
     * 数组的大小
     * @serial
     */
    private int size;

以上是arrayList的基本变量组成,private int size; 和 transient Object[] elementData; 则是ArrayList的成员变量。

 

2、构造函数

2.1 无参构造函数

     /**
     * Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
     */
    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

注释说初始给数组赋值空间大小时为10的list集合,当第一次添加元素时即给数组容量扩大了10倍。

2.2 带初始容量大小的构造函数

    /**
     * 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
     */
    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);
        }
    }

当initialCapacity = 0时,则把EMPTY_ELEMENTDATA赋值给 elementData;当initialCapacity大于0时,初始化为一个大小为initialCapacity的Object数组,并赋值给elementData。否则,抛出异常“非法的大小”;即初始容量大小大于等于0.

3、主要操作方法

 3.1 add()添加方法

往数组中添加一个元素e,数组容量大小增加一。

    /**
     * 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) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }

    private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        return minCapacity;
    }

每次添加元素到集合中时都会先确认下集合容量大小,随后再增加1。

3.2 remove()移除方法

分2个,一个是移除元素在数组中的位置的方法。一个是移除元素的方法。

/**
     * 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}
     */
    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;
    }

/**
     * Removes the first occurrence of the specified element from this list,
     * if it is present.  If the list does not contain the element, it is
     * unchanged.  More formally, removes the element with the lowest index
     * <tt>i</tt> such that
     * <tt>(o==null&nbsp;?&nbsp;get(i)==null&nbsp;:&nbsp;o.equals(get(i)))</tt>
     * (if such an element exists).  Returns <tt>true</tt> if this list
     * contained the specified element (or equivalently, if this list
     * changed as a result of the call).
     *
     * @param o element to be removed from this list, if present
     * @return <tt>true</tt> if this list contained the specified element
     */
    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 remove method that skips bounds checking and does not
     * return the value removed.
     */
    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
    }

可以很快速的理解:移除元素在数组中位置的方法是,把该元素在数组的中的下标位置对应的元素移除。先检查对应入参的下标位置是否超出数组的大小限制(数组溢出),然后把该元素移除,再把数组大小减一。

移除元素,当元素为空的时候,匹配数组中是否有空的元素,有则移除,数组大小减一。元素不为空的时候,循环数组元素,匹配元素后,移除数组,数组大小减一。

3.3 isEmpty()和size()等常用函数方法

    /**
     * Returns the number of elements in this list.
     *
     * @return the number of elements in this list
     */
    public int size() {
        return size;
    }

    /**
     * Returns <tt>true</tt> if this list contains no elements.
     *
     * @return <tt>true</tt> if this list contains no elements
     */
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

在进行数组的大小比较和判断操作时用的一些基本方法。

ArrayList 底层基于数组实现容量大小动态可变。 扩容机制为首先扩容为原始容量的 1.5 倍。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。 

 

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