基于ArraysList1.8源码分析特点

原创
2020/06/20 12:17
阅读数 92
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{}

ArrayList实现了RandomAccess接口: RandomAccess 是一个标志接口,表明实现这个这个接口的 List 集合是支持快速随机访问的。也就是说,实现了这个接口的集合是支持 快速随机访问 策略的。 即:

list.get(i)

是要比

list.iterator().next()

效率要高的。

构造方法

无参构造


private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
 * Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
 */
public ArrayList() {
  this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
 }

使用无参构造时会将elementData赋值成一个名为DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA的空数组。但是为什么方法注释上说初始容量为10呢?带着疑问继续向下看。

有参构造

private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

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);
        }
    }

可知数字大于0时直接创建一个对应长度的数组,当数字为0时会初始化一个名为EMPTY_ELEMENTDATA的空数组,那么这个数组和上面的DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA又有什么分别?带着疑问继续向下看。

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;
        }
    }

当使用集合为入参时,首先调用toArray方法。

public Object[] toArray() {
        return Arrays.copyOf(elementData, size);
    }
public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) {
        @SuppressWarnings("unchecked")
        T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class)
            ? (T[]) new Object[newLength]
            : (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength);
        System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
                         Math.min(original.length, newLength));
        return copy;
    }

这里则会调用Arrays.copyOf方法。当传入参数为Object类型数组时直接创建一个对应长度的数组并将参数复制给它。否则则会创建一个对应类型的数组进行复制。回到上面,如果elementData长度不是0时,则会判断它是否是Object类型数组。如果不是Object类型则会调用copyOf方法去创建一个Object类型数组。旁边的注释也说可能不返回Object[]。那么问题来了,为什么会出现这种情况呢?

答案是Arrays.asList方法。

public static <T> List<T> asList(T... a) {
        return new ArrayList<>(a);
    }

asList方法会创建一个Arrays下定义的ArrayList对象,它也继承了AbstractList对象。

private final E[] a;

ArrayList(E[] array) {
    a = Objects.requireNonNull(array);
}

public Object[] toArray() {
    return a.clone();
}

那么用它来作为入参时,会调用a.clone方法返回一个Object类型数组。问题就出现在这里:a不一定Object类型的数组,如果调用Arrays.asList("a","b")方法,这时a是String类型数组。因为java的转型机制,toArray在克隆后将其作为Object返回。如果直接将其作为Object数组来使用的话是会出现错误的,故需要重新创建一个新的数组。

add

    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }
    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }

        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }

    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }

    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);
    }

调用add方法时会首先调用ensureCapacityInternal方法,传入当前数组长度+1的值。这里也解释了刚才无参构造长度为10的疑问:当elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA时长度则为DEFAULT_CAPACITY = 10。当传入长度-数组当前长度 > 0时则会调用扩容方法grow。由grow可知newCapacity为oldCapacity + (oldCapacity / 2)即:每次扩容时长度为之前的1.5倍。确定好扩容后的长度时则会调用copyOf方法,将旧的数组中内容复制到长度为newCapacity的新数组中赋值给elementData。可见每次扩容时是比较消耗资源的,如果一个list已知其长度最好在初始化时传入长度以避免不必要的扩容操作。

    public void add(int index, E element) {
        rangeCheckForAdd(index);

        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                         size - index);
        elementData[index] = element;
        size++;
    }

指定位置添加元素

首先调用rangeCheckForAdd方法校验传入位置是否合法,大于当前数组长度或者小于0直接抛IndexOutOfBoundsException异常。

之后调用ensureCapacityInternal方法判断是否需要扩容。

然后调用System.arraycopy方法,将当前的数组elementData从传入的指定位置index开始复制到index+1的位置,复制元素数量为当前长度-指定位置。

将elementData[index]赋值为传入的元素element。

由此可见指定位置添加元素方法需要将插入位置之后所有元素复制一遍。

    public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        Object[] a = c.toArray();
        int numNew = a.length;
        ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount
        System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
        size += numNew;
        return numNew != 0;
    }

似乎没啥。。将传入的集合中元素复制到新数组中,然后调用扩容方法,之后将a中所有元素复制到elementData之后。

    public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
        rangeCheckForAdd(index);

        Object[] a = c.toArray();
        int numNew = a.length;
        ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount

        int numMoved = size - index;
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
                             numMoved);

        System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
        size += numNew;
        return numNew != 0;
    }

首先校验index参数,然后根据传入集合长度进行扩容。值得一提的是这里校验了size - index > 0才进行当前数组的复制,如果size == index的话直接走下面的复制数组就可以了。

get

    public E get(int index) {
        rangeCheck(index);

        return elementData(index);
    }

set

    public E set(int index, E element) {
        rangeCheck(index);

        E oldValue = elementData(index);
        elementData[index] = element;
        return oldValue;
    }

getset实际就是对数组elementData进行操作

remove

    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;
    }

校验传入参数,大于或等于当前数组长度时则抛IndexOutOfBoundsException异常

取出要移除的参数供return时使用

判断如果移除这个元素后数组index后是否存在元素,存在则将index+1后的numMoved个元素复制到index位置。

将数组原本位置的值置为null,下次GC时则会回收对应堆空间。

    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
    }

移除对象时会遍历当前数组,由equals方法进行比较,并移除第一个匹配元素。

    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 {
            // Preserve behavioral compatibility with AbstractCollection,
            // even if c.contains() throws.
            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;
    }

首先判断传入集合是否为空

不为空则调用batchRemove方法:遍历当前集合,判断当前集合元素不存在于传入集合,则依次修改到局部变量elementData中(从0开始)。

如果r != size :如果正常遍历完成,r会等于size。如果因为其它原因导致未遍历完成,则会将数组中未能成功遍历的元素复制到w后的位置。

如果w != size :数组减少了,则从下标w开始将其它元素置为null

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