本文通过源码来总结一下ArrayList
ArrayList
ArrayList 底层上是一个动态数组
属性
// 默认初始容量
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
// 指定容量为0时，数组为该值
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 调用无参构造方法，数组为该值，初次add元素时扩容为默认10
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 元素数组，有transient关键字，不会被序列化
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
// list的大小，就是elementData数组的长度
private int size;
可以看到这里有两个空数组，具体区别下面会提到
构造方法
提供了三个构造方法
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);
}
}
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
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;
}
}
1、指定初始化容量
- 大于0则初始化一个指定容量的数组
- 等于0则将EMPTY_ELEMENTDATA空数组作为elementData
2、无参数构造方法
将DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA空数组作为elementData
默认容量大小为10，但是这时候还没有初始化
3、Collection参数
通过toArray方法获取到的数组赋值给elementData，长度为0则用空数组代替
但是这里可以看到，如果长度不为0的话，进行了类型的判断，将非Object[]类型的复制为Object[]类型
注释说明因为c.toArray可能返回的不是Object[]类型，官网查找该bug描述
Arrays.asList构建出来的List，如果创建的是String类型的，toArray方法返回的就是String[]类型的数组，如果之后在该List中再add其他类型的数据，会抛出ArrayStoreException异常
例如
List list = new ArrayList(Arrays.asList("one", "two", "three"));
所以此处为了避免这样的情况，对非Object[]类型做了特殊处理
获取元素
因为底层是数组，所以直接通过下标获取，时间复杂度为O(1)
public E get(int index) {
// 范围检查，数组越界
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}
E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
}
添加元素
因为是动态数组，所以添加元素时会涉及到扩容
1、通过calculateCapacity方法计算当前所需容量大小
2、ensureExplicitCapacity方法确定是否执行扩容
3、grow方法执行扩容，进行数组copy
public boolean add(E e) {
// 确认是否需要扩容，所需最小容量传递当前容量+1
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
// 计算当前需要的容量大小
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
// 如果是无参构造方法初始化的数组，返回默认大小10
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
// 否则返回所需最小容量（当前size + 1）
return minCapacity;
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// 现在的数组容量小于所需最小容量，则扩容
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
// 进行扩容
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
// 先扩容为原来的1.5倍
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
// 1.5倍后还小于所需最小容量，则直接扩容为所需最小容量
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
// 如果大于最大数组容量，则扩容为Integer最大数值
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// 进行数组copy
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}
默认容量为10，但是初始化的时候是个空数组，在第一次add元素的时候会扩容到10
可以看到，扩容需要进行数组copy，所以如果是数据量很大又频繁add数据的情况下，最好是初始化时能指定容量
更新元素
指定下标，直接替换新值，返回旧的值
public E set(int index, E element) {
rangeCheck(index);
E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
return oldValue;
}
删除元素
删除指定下标元素
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);
modCount++;
// 通过下标获取到待删除元素
E oldValue = elementData(index);
// 计算需要移动的元素数量，被删元素后面的都需要移动
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
// 数组copy移动
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
return oldValue;
}
删除某个元素
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;
}
找到被删除元素的下标，删除操作同指定下标的删除方法（数组copy），批量删除的方法也是如此
迭代
ArrayList继承自AbstractList，有个很重要的属性modCount，它表示数据结构被修改的次数
可以看到，只要是数据结构发生变化的时候，都会对应的变更modCount的值，如新增，删除，清除等方法
作用就是为了防止在迭代遍历的时候，其他线程对数据结构进行了修改
如果子类需要提供迭代时快速失败机制，就需要在数据结构性变化的方法记录modCount
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
// 记录modCount
int expectedModCount = modCount;
public boolean hasNext() {
return cursor != size;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
public E next() {
// 每次遍历前检查modCount
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];
}
public void remove() {
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
// 遍历删除元素前，判断modCount
checkForComodification();
try {
ArrayList.this.remove(lastRet);
cursor = lastRet;
lastRet = -1;
// 更新modCount记录
expectedModCount = modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
@Override
@SuppressWarnings("unchecked")
public void forEachRemaining(Consumer<? super E> consumer) {
Objects.requireNonNull(consumer);
final int size = ArrayList.this.size;
int i = cursor;
if (i >= size) {
return;
}
final Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
while (i != size && modCount == expectedModCount) {
consumer.accept((E) elementData[i++]);
}
// update once at end of iteration to reduce heap write traffic
cursor = i;
lastRet = i - 1;
checkForComodification();
}
final void checkForComodification() {
// modCount有变更，说明有其他线程对数组结构进行了修改，抛出异常
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
总结
- ArrayList底层为动态数组
- 默认容量为10，在第一次添加元素时候会扩容到10
- 每次扩容会变为之前的1.5倍，会涉及到数组的拷贝
- 获取元素通过下标直接获取，速度快
- 在尾部进行元素的添加和删除效率较高，在中间添加和删除效率低，因为涉及到元素的移动
- 在大数据量的前提下，最好预估容量，初始化时候指定，避免扩容时进行的数组copy影响效率
