ArrayList源码浅析

一、简介

ArrayList非常常用,就看看它的部分源码,主要还是关注get、add、remove方法。它的内部用于存储数据的字段是:

    /**
     * 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.
     */
    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

就是个Obejct数组。

二、get方法

get方法源码如下:

    /**
     * Returns the element at the specified position in this list.
     *
     * @param  index index of the element to return
     * @return the element at the specified position in this list
     * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
     */
    public E get(int index) {
        rangeCheck(index);

        return elementData(index);
    }
    E elementData(int index) {
        return (E) elementData[index];
    }

rangeCheck就是检查一下index是否大于等于size,如果大于等于,就抛出IndexOutOfBoundsException。没抛异常就直接返回elementData[index]。

三、add方法

add方法有两个重载:

public boolean add(E e) {
        add(size(), e);
        return true;
}
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++;
}

add(E e)将元素插在数组末尾,add(int index, E element)可以指定插入的位置。
就这么几行,一行一行来:

1.rangeCheckForAdd(index);

 /**
     * A version of rangeCheck used by add and addAll.
     */
    private void rangeCheckForAdd(int index) {
        if (index > size || index < 0)
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }

检查index是否合法,>size或小于0的index不能插入元素因此不合法。

2.ensureCapacityInternal(size + 1);

确保增加了一个元素之后没有超过数组的容量capacity。

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

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
    private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        return minCapacity;
    }

可以看到,主要就是判断当前数组的长度是否小于size+1,小于则增加数组的长度保证当前数组长度大于等于size+1。grow函数代码为:

    /**
     * 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
     */
    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);
    }
    private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }

一般情况下,新的capacity的旧capacity加上旧capacity右移一位(即除以二)。再判断newCapacity <要保证的最小capacity(minCapacity)的情况以及大于MAX_ARRAY_SIZE的情况。
得到新的capacity后,调用

elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);

这是将原本的elementData拷贝一份到newCapacity长度的数组里。Arrays.copyOf方法为:

    public static <T> T[] copyOf(T[] original, int newLength) {
        return (T[]) copyOf(original, newLength, original.getClass());
    }
    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;
    }

就是新建一个T类型的copy数组,长度为newCapacity,再调用System.arraycopy将原数组的min(original.length, newLength)个元素拷贝到copy数组里。
Systen.arraycopy是一个native方法:

     * @param      src      the source array.
     * @param      srcPos   starting position in the source array.
     * @param      dest     the destination array.
     * @param      destPos  starting position in the destination data.
     * @param      length   the number of array elements to be copied.
     * @exception  IndexOutOfBoundsException  if copying would cause
     *               access of data outside array bounds.
     * @exception  ArrayStoreException  if an element in the <code>src</code>
     *               array could not be stored into the <code>dest</code> array
     *               because of a type mismatch.
     * @exception  NullPointerException if either <code>src</code> or
     *               <code>dest</code> is <code>null</code>.
     */
    public static native void arraycopy(Object src,  int  srcPos,
                                        Object dest, int destPos,
                                        int length);

3.Systen.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index)

将elementData中的index以后的元素拷贝到elementData的index+1后面,得以把index处空出来。

4.elementData[index] = element;

index处的元素等于要插入的元素。
++size。改变size,即数组元素个数的统计。

四、remove方法

remove方法有两个重载,一个是移除对象,一个是移除某个index处的元素。

    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;
    }
    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;
    }

remove(int index)方法就是index+1后面的元素拷到index处,这样index处的元素就被删除了,再将elementData末尾元素置为null,改变数组元素的个数。
remove(Object o)方法,就是找到和对象o相等的元素的位置index,再调用fastRemove(index);fastRemove的实现和remove(int index)类似:

    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
    }
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