Java集合之ArrayList

以下翻译自JDK8中的ArrayList源码

Java集合中的动态数组ArrayList是顶层接口List的实现,它实现了所有List接口的方法,允许包含null元素,除了实现List接口外,这个类提供了处理数组大小的方法用于内部存储列表,ArrayList大致相当于Vector,而且是不同步的即非线程安全的。

size,isEmpty,get,set,iterator和listIterator等的方法执行的时间复杂度为常数时间即O(1),而add方法执行的时间复杂度为恒定分摊时间即O(n),所有其他的方法的运行可以认为都是线性时间。ArrayList的常数因子要比LinkedList低。

每一个ArrayList实例都有一个容量(capacity),这个容量是表示在列表内部中用来存储元素的数组的大小。它总是至少和列表的大小一样大,当一个元素被加进ArrayList时,它的容量会自动增长,增长策略的细节不超出添加一个元素所需要的恒定分摊时间成本之外。

在ArrayList添加进大量的元素前,应用程序可以使用ensureCapacity方法来增加容.这也可能会减少ArrayList容量增大而重新扩容的次数,优化了性能。

注意ArrayList是不同步的,如果多线程并发访问ArrayList实例,而且至少有一个线程修改了其结构,那么必须在外部对其做同步(添加删除一个或者多个元素,或者显示地调整内部数组大小等任何一个操作都会导致其结构性的修改,仅仅设置一个元素的值不会导致结构性修改) 这通常都通过Synchronized或者一些自然封装了list的同步对象来完成。

假如不存在这些对象,那么应该使用Collections.synchronizedList来包装ArrayList,而且最好是在创建对象的时候来做这层包装,以避免意外的不同步的访问到这个ArrayList.例如:List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList(...));

类iterator和方法listIterator所返回的iterators是fail-fast即快速失败,假如在这个list的迭代器被创建之后,除了通过iterator自己的ListIterator.remove()方法和ListIterator.add(object)方法之外,在任何时候以任何方式修改list的结构,那么这个迭代器将会抛出一个异常ConcurrentModificationException,这样子,在面对并发修改,迭代器将会快速且干净利落的失败即抛出异常了而不是在未来冒着任意的不确定的行为在不确定的时间下修改。

注意的是迭代器的fail-fast行为不能得到保证,一般来说,在无锁并发修改下不可能有硬性的保证,迭代器的fail-fast是在力所能及的情况下才能抛出ConcurrentModificationException,因此,编写一个正确的且依赖于这个异常的程序是错误,仅仅只有在发现bug的时候使用迭代器的fail-fast.

下面来大致看看ArrayList的源码

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>  implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

首先ArrayList继承了AbstractList<E>抽象类,实现了接口List<E>,RandomAccess,Cloneable, Serializabel等等,先来看看AbstractList到底是什么东西 从官方文档上看抽象list类主要是提供了一个List接口的骨架实现来减少支持随机数据存储例如数组等所需的工作量,而且它本身也继承了AbstractCollection实现了List<E>,大致上也就是抽象类里面实现了一部分公用的方法吧,但是这里不知道为什么抽象父类也和子类ArrayList一样实现了List接口,似乎JDK有很多这种写法,猜测有可能是子类不想完全继承父类已经实现的东西吧,另一个RandomAccess接口是一个随机访问接口,而这却是个空的接口说明是个标记接口,需要继承的类自己去做实现,看源码可以发现ArrayList实现了RandomAccess,这标记集合类可以使用下标随机访问列表上的元素,

public interface RandomAccess {

}

另外两个实现的接口分别表示ArrayList是可以被克隆的和序列化的。

接下来看看ArrayList有哪些主要的类变量

/**

* 默认的初始化容量

*/

private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

/**

* 用于空实例的共享空数组实例。

*/

private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

/**

共享空数组实例,用于默认大小的空实例。我们区分这个和EMPTY_ELEMENTDATA,以知道当第一个元素被添加时在什么时候膨胀多少 

*/

private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

/**

* 存储了ArrayList中元素的数组缓冲, ArrayList的容量是这个数组缓冲区的长度. 当第一个元素被添加时,任何elementData==DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA的空数组,将会被膨胀到默认容量

*/

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

/**

*ArrayList的大小(包含的元素数量)

*/

private int size;

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