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一、前言
一直就想看看java的源码，学习一下大牛的编程。这次下狠心花了几个晚上的时间，终于仔细分析了下 ArrayList 的源码（PS：谁说的一个晚上可以看完的？太瞎扯了）。现在记录一下所得。
二、ArrayList 源码分析
2.1 如何分析？
想要分析下源码是件好事，但是如何去进行分析呢？以我的例子来说，我进行源码分析的过程如下几步：
- 找到类：利用 Eclipse 找到所需要分析的类（此处就是 ArrayList）
- 新建类：新建一个类，命名为 ArrayList，将源码拷贝到该类。因为我们分析的时候肯定是需要进行代码注释，以及调试的，而jdk的源码，我们是没法在里面直接进行代码注释和断点调试的
- 修改类：我们刚拷贝过来的源码，肯定会报错的。报错原因比如：包名不匹配、继承的类中权限问题，因此我们需要对源码进行修改。
- 查看代码 + 测试案例 + 断点调试：前面准备好了，就到分析的过程了。分析，不仅仅是简单的看下代码，我们需要仔细思考，且辅以相应的测试案例，甚至于进行断点跟踪查看运行过程。
2.2 ArrayList 的分析
先直接将我对ArrayList的分析结果放出来，然后说一下其中的注意点。
注：本人的 JDK 是 1.8 的，因此 ArrayList 中有不少是 1.8 才支持的函数，用于函数式编程。不过本人函数式编程那部分没怎么学，因此函数式编程部分没怎么分析
// 注意：此处我们需要将 AbstractList<E> 的源码拷贝到同包下的 AbstractList<E> 类中
// 否则若是直接使用 java.util.AbstractList，会报错，因为我们无权访问 modCount。因
// 该变量的声明为 protected transient int modCount = 0;
/**
* ArrayList 源码分析
* - 继承：抽象类 java.util.AbstractList<E>
* - 实现：java.util.List<E>，java.util.List<E>，java.util.List<E>，java.io.Serializable
* - 本类的实现中，大量调用了 System.arraycopy() 和 Arrays.copyOf() 方法
*
* 几个工具类：System、Arrays、Objects
* @author johnnie
* @time 2016年5月15日
* @param <E>
*/
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
/**
* 序列号
*/
private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
/**
* 默认容量
*/
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
/**
* 一个空数组
* - 当用户指定该 ArrayList 容量为 0 时，返回该空数组
* - ArrayList(int initialCapacity)
*/
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
* 一个空数组实例
* - 当用户没有指定 ArrayList 的容量时(即调用无参构造函数)，返回的是该数组==>刚创建一个 ArrayList 时，其内数据量为 0。
* - 当用户第一次添加元素时，该数组将会扩容，变成默认容量为 10(DEFAULT_CAPACITY) 的一个数组===>通过 ensureCapacityInternal() 实现
*
* 它与 EMPTY_ELEMENTDATA 的区别就是：该数组是默认返回的，而后者是在用户指定容量为 0 时返回
*/
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
* ArrayList基于数组实现，用该数组保存数据, ArrayList 的容量就是该数组的长度
* - 该值为 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 时，当第一次添加元素进入 ArrayList 中时，数组将扩容值 DEFAULT_CAPACITY(10)
*/
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
/**
* ArrayList实际存储的数据数量
*/
private int size;
/**
* 创建一个初试容量的、空的ArrayList
* - 可能报错： java.lang.OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
* @param initialCapacity 初始容量
* @throws IllegalArgumentException 当初试容量值非法(小于0)时抛出
*/
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
// 数组缓冲区为 EMPTY_ELEMENTDATA，注意与 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 的区别
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity);
}
}
/**
* 无参构造函数：
* - 创建一个 空的 ArrayList，此时其内数组缓冲区 elementData = {}, 长度为 0
* - 当元素第一次被加入时，扩容至默认容量 10
*/
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
/**
* Constructs a list containing the elements of the specified
* collection, in the order they are returned by the collection's
* iterator.
*
* 创建一个包含collection的ArrayList
*
* @param c 要放入 ArrayList 中的集合，其内元素将会全部添加到新建的 ArrayList 实例中
* @throws NullPointerException 当参数 c 为 null 时抛出异常
*/
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray(); // 集合转 Object[] 数组
// 将转换后的 Object[] 长度赋值给当前 ArrayList 的 size，并判断是否为 0
if ((size = elementData.length) != 0) {
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
// 这句话意思是：c.toArray 可能不会返回 Object[]，可以查看 java 官方编号为 6260652 的 bug
if (elementData.getClass() != Object[].class)
// 若 c.toArray() 返回的数组类型不是 Object[]，则利用 Arrays.copyOf(); 来构造一个大小为 size 的 Object[] 数组
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// 换成空数组
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
/**
* 将数组缓冲区大小调整到实际 ArrayList 存储元素的大小，即 elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
* - 该方法由用户手动调用，以减少空间资源浪费的目的
*/
public void trimToSize() {
// modCount 是 AbstractList 的属性值：protected transient int modCount = 0;
// [问] modCount 有什么用？
modCount++;
// 当实际大小 < 数组缓冲区大小时
// 如调用默认构造函数后，刚添加一个元素，此时 elementData.length = 10，而 size = 1
// 通过这一步，可以使得空间得到有效利用，而不会出现资源浪费的情况
if (size < elementData.length) {
// 注意这里：这里的执行顺序不是 (elementData = (size == 0) ) ? EMPTY_ELEMENTDATA : Arrays.copyOf(elementData, size);
// 而是：elementData = ((size == 0) ? EMPTY_ELEMENTDATA : Arrays.copyOf(elementData, size));
// 这里是运算符优先级的语法
// 调整数组缓冲区 elementData，变为实际存储大小 Arrays.copyOf(elementData, size)
elementData = (size == 0) ? EMPTY_ELEMENTDATA : Arrays.copyOf(elementData, size);
}
}
/**
* 指定 ArrayList 的容量
* @param minCapacity 指定的最小容量
*/
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
// 最小扩充容量，默认是 10
int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) ? 0 : DEFAULT_CAPACITY;
// 若用户指定的最小容量 > 最小扩充容量，则以用户指定的为准，否则还是 10
if (minCapacity > minExpand) {
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
}
/**
* 私有方法：明确 ArrarList 的容量，提供给本类使用的方法
* - 用于内部优化，保证空间资源不被浪费：尤其在 add() 方法添加时起效
* @param minCapacity 指定的最小容量
*/
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
// 若 elementData == {}，则取 minCapacity 为 默认容量和参数 minCapacity 之间的最大值
// 注：ensureCapacity() 是提供给用户使用的方法，在 ArrayList 的实现中并没有使用
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
/**
* 私有方法：明确 ArrayList 的容量
* - 用于内部优化，保证空间资源不被浪费：尤其在 add() 方法添加时起效
* @param minCapacity 指定的最小容量
*/
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
// 将“修改统计数”+1，该变量主要是用来实现fail-fast机制的
modCount++;
// 防止溢出代码：确保指定的最小容量 > 数组缓冲区当前的长度
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
/**
* 数组缓冲区最大存储容量
* - 一些 VM 会在一个数组中存储某些数据--->为什么要减去 8 的原因
* - 尝试分配这个最大存储容量，可能会导致 OutOfMemoryError(当该值 > VM 的限制时)
*/
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
/**
* 私有方法：扩容，以确保 ArrayList 至少能存储 minCapacity 个元素
* - 扩容计算：newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
* @param minCapacity 指定的最小容量
*/
private void grow(int minCapacity) {
// 防止溢出代码
int oldCapacity = elementData.length;
// 运算符 >> 是带符号右移. 如 oldCapacity = 10,则 newCapacity = 10 + (10 >> 1) = 10 + 5 = 15
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity < 0) // 若 newCapacity 依旧小于 minCapacity
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) // 若 newCapacity 大于最大存储容量，则进行大容量分配
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
/**
* 私有方法：大容量分配，最大分配 Integer.MAX_VALUE
* @param minCapacity
* @return
*/
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE;
}
/**
* 获取该 list 所实际存储的元素个数
* @return list 所实际存储的元素个数
*/
public int size() {
return size;
}
/**
* 判断 list 是否为空
* @return ture？空：非空
*/
public boolean isEmpty() {
return size == 0; // 直接看 size 是否为 0，没有先调用 size() 然后判断
}
/**
* 判断该 ArrayList 是否包含指定对象(Object 类型)
* - 面对抽象编程，向上转型是安全的
* @param o
* @return <tt>true</tt>？包含：不包含
*/
public boolean contains(Object o) {
// 根据 indexOf() 的值(索引值)来判断，大于等于 0 就包含
// 注意：等于 0 的情况不能漏，因为索引号是从 0 开始计数的
return indexOf(o) >= 0;
}
/**
* 顺序查找，返回元素的最低索引值(最首先出现的索引位置)
* @return 存在？最低索引值：-1
*/
public int indexOf(Object o) {
if (o == null) { // 注意：元素为 null 并非表示这是非法操作。空值也可以作为元素放入 ArrayList
for (int i = 0; i < size; i++) // 顺序查找数组缓冲区。注意：Arrays 工具类提供了二分搜索，但没有提供顺序查找
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = 0; i < size; i++)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}
/**
* 反向查找(从数组末尾向开始查找)，返回元素的最高索引值
* @return 存在？最高索引值：-1
*/
public int lastIndexOf(Object o) {
if (o == null) {
for (int i = size-1; i >= 0; i--) // 逆序查找
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}
/**
* 深度复制：对拷贝出来的 ArrayList 对象的操作，不会影响原来的 ArrayList
* @return 一个克隆的 ArrayList 实例(深度复制的结果)
*/
public Object clone() {
try {
// Object 的克隆方法：会复制本对象及其内所有基本类型成员和 String 类型成员，但不会复制对象成员、引用对象
ArrayList<?> v = (ArrayList<?>) super.clone();
// 对需要进行复制的引用变量，进行独立的拷贝：将存储的元素移入新的 ArrayList 中
v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
v.modCount = 0;
return v;
} catch (CloneNotSupportedException e) {
throw new InternalError(e);
}
}
/**
* 返回 ArrayList 的 Object 数组
* - 包含 ArrayList 的所有储存元素
* - 对返回的该数组进行操作，不会影响该 ArrayList（相当于分配了一个新的数组）==>该操作是安全的
* - 元素存储顺序与 ArrayList 中的一致
* @return
*/
public Object[] toArray() {
return Arrays.copyOf(elementData, size);
}
/**
* 返回 ArrayList 元素组成的数组
* @param a 需要存储 list 中元素的数组
* 若 a.length >= list.size，则将 list 中的元素按顺序存入 a 中，然后 a[list.size] = null, a[list.size + 1] 及其后的元素依旧是 a 的元素
* 否则，将返回包含list 所有元素且数组长度等于 list 中元素个数的数组
* 注意：若 a 中本来存储有元素，则 a 会被 list 的元素覆盖，且 a[list.size] = null
* @return
* @throws ArrayStoreException 当 a.getClass() != list 中存储元素的类型时
* @throws NullPointerException 当 a 为 null 时
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
public <T> T[] toArray(T[] a) {
// 若数组a的大小 < ArrayList的元素个数,则新建一个T[]数组，数组大小是"ArrayList的元素个数",并将“ArrayList”全部拷贝到新数组中
if (a.length < size)
return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());
// 若数组a的大小 >= ArrayList的元素个数,则将ArrayList的全部元素都拷贝到数组a中。
System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
if (a.length > size)
// a[list.size] = null
a[size] = null;
return a;
}
// Positional Access Operations
/**
* 返回在索引为 index 的元素：数组的随机访问
* - 默认包访问权限
*
* 封装粒度很强，连数组随机取值都封装为一个方法。
* 主要是避免每次取值都要强转===>设置值就没有封装成一个方法，因为设置值不需要强转
* @param index
* @return
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
}
/**
* 获取指定位置的元素：从 0 开始计数
* @param index 元素索引
* @return 存储在 index 位置的元素
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
*/
public E get(int index) {
rangeCheck(index); // 检查是否越界
return elementData(index); // 随机访问
}
/**
* 设置 index 位置元素的值
* @param index 索引值
* @param element 需要存储在 index 位置的元素值
* @return 替换前在 index 位置的元素值
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
*/
public E set(int index, E element) {
rangeCheck(index); // 数组越界检查
E oldValue = elementData(index); // 取出旧值
elementData[index] = element; // 替换成新值
return oldValue;
}
/**
* 添加新值到 list 末尾
* @param e 添加的值
* @return <tt>true</tt>
*/
public boolean add(E e) {
// 确定ArrayList的容量大小---严谨
// 注意：size + 1，保证资源空间不被浪费，按当前情况，保证要存多少个元素，就只分配多少空间资源
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
// 添加 e 到 ArrayList 中，然后 size 自增 1
elementData[size++] = e;
return true;
}
/**
* 插入方法，其实应该命名为 insert() 比较合理
* - 在指定位置插入新元素，原先在 index 位置的值往后移动一位
* @param 要插入的位置
* @param 要插入的元素
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
*/
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++;
}
/**
* 移除指定索引位置的元素：index 之后的所有元素依次左移一位
* @param index
* @return 被移出的元素
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
*/
public E remove(int index) {
rangeCheck(index); // 越界检查
modCount++;
E oldValue = elementData(index); // 旧值
int numMoved = size - index - 1; // 需要左移的元素个数
if (numMoved > 0)
// 左移：利用 System.arraycopy() 进行左移一位的操作
// 将 elementData（源数组）从下标为 index+1 开始的元素，拷贝到 elementData（目标数组）下标为 index 的位置，总共拷贝 numMoved 个
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
elementData[--size] = null; // 将最后一个元素置空
return oldValue;
}
/**
* 删除 ArrayList 中的一个指定元素（符合条件的索引最低）
* - 只会删除一个
* - 删除的那个元素，是符合条件的结果中索引号最低的那个
* - 若不包含要删除的元素，则返回 false
*
* 相比 remove(index)：该方法并没有进行越界检查，即调用 rangeCheck()
*
* @param o 要删除的元素
* @return <tt>true</tt> ? ArrayList中包含该元素，删除成功：不包含该元素，删除失败
*/
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementData[index] == null) { // 判断是否存储了 null
fastRemove(index);
return true;
}
} else {
// 遍历ArrayList，找到“元素o”，则删除，并返回true
for (int index = 0; index < size; index++)
if (o.equals(elementData[index])) { // 利用 equals 判断两对象值是否相等（equals 比较值，== 比较引用）
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}
/*
* 私有方法：快速删除第 index 个元素
* - 该方法会跳过越界检查
*/
private void fastRemove(int index) {
modCount++;
int numMoved = size - index - 1;
// 左移操作
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; // 将最后一个元素设为null
}
/**
* 清空所有存储元素
* - 它会将数组缓冲区所以元素置为 null
* - 清空后，我们直接打印 list，却只会看见一个 [], 而不是 [null, null, ....] ==> toString() 和 迭代器进行了处理
*/
public void clear() {
modCount++;
// clear to let GC do its work
for (int i = 0; i < size; i++)
elementData[i] = null;
size = 0;
}
/**
* 将一个集合的所有元素顺序添加（追加）到 lits 末尾
* - ArrayList 是线程不安全的。
* - 该方法没有加锁，当一个线程正在将 c 中的元素加入 list 中，但同时有另一个线程在更改 c 中的元素，可能会有问题
* @param c collection containing elements to be added to this list
* @return <tt>true</tt> ？ list 元素个数有改变时，成功：失败
* @throws NullPointerException 当 c 为 null 时
*/
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
Object[] a = c.toArray(); // 若 c 为 null，此行将抛出空指针异常
int numNew = a.length; // 要添加的元素个数
ensureCapacityInternal(size + numNew); // 扩容，Increments modCount
System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew); // 添加
size += numNew;
return numNew != 0;
}
/**
* 从 index 位置开始，将集合 c 中的元素添加到ArrayList
* - 并不会覆盖掉在 index 位置原有的值
* - 类似于 insert 操作，在 index 处插入 c.length 个元素（原来在此处的 n 个元素依次右移）
* @param index 插入位置
* @param c
* @return <tt>true</tt> ？ list 元素个数有改变时，成功：失败
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
* @throws NullPointerException 当 c 为 null 时
*/
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
rangeCheckForAdd(index); // 越界检查
Object[] a = c.toArray(); // 空指针异常抛出点
int numNew = a.length;
ensureCapacityInternal(size + numNew); // 扩容，Increments modCount
int numMoved = size - index; // 要移动的元素个数
/*
* 先元素移动，在拷贝，以免被覆盖
*/
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
numMoved);
System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
/**
* Removes from this list all of the elements whose index is between
* {@code fromIndex}, inclusive, and {@code toIndex}, exclusive.
* Shifts any succeeding elements to the left (reduces their index).
* This call shortens the list by {@code (toIndex - fromIndex)} elements.
* (If {@code toIndex==fromIndex}, this operation has no effect.)
*
* 删除fromIndex到toIndex之间的全部元素
*
* @throws IndexOutOfBoundsException if {@code fromIndex} or
* {@code toIndex} is out of range
* ({@code fromIndex < 0 ||
* fromIndex >= size() ||
* toIndex > size() ||
* toIndex < fromIndex})
*/
protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
modCount++;
int numMoved = size - toIndex;
/*
* 利用 System.arraycopy() 进行元素拷贝，再让失去价值的元素置为 null
*/
System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,
numMoved);
// clear to let GC do its work
int newSize = size - (toIndex-fromIndex); // 删除后，list 的长度
for (int i = newSize; i < size; i++) { // 清除失去价值的元素
elementData[i] = null;
}
size = newSize;
}
/**
*
* - 提供给 get()、remove() 等方法：检查给出的索引值 index 是否越界(大于或等于 list.size)
* 注：该方法并没有检查 index 是否合法（如小于 0，这个是由数组类型自己检查的）
*/
private void rangeCheck(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
/**
* 提供给 add() 和 add() 进行数组越界检查的方法
*/
private void rangeCheckForAdd(int index) {
if (index > size || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
/**
* 返回异常消息，用于传给 IndexOutOfBoundsException
*/
private String outOfBoundsMsg(int index) {
return "Index: "+index+", Size: "+size;
}
/**
* 移除 list 中和 c 中共有的元素
* - 若实例化 Collection 的类不是 ArrayList，则删除肯定失败
*
* @param c
* @return true ？ 若 c 和 list 有公有元素，删除成功(或list元素个数有改变) ： 没有公有元素，删除失败
* @throws ClassCastException
* @throws NullPointerException 若 c 为 null 时
* @see Collection#contains(Object)
*/
public boolean removeAll(Collection<?> c) {
Objects.requireNonNull(c); // 当 c == null，则改行抛出空指针异常
return batchRemove(c, false);
}
/**
* 只保留 list 和 集合 c 中公有的元素：和 removeAll() 功能相反
* @param c
* @return true ？ list 元素个数有改变
* @throws ClassCastException
* @throws NullPointerException
* @see Collection#contains(Object)
*/
public boolean retainAll(Collection<?> c) {
Objects.requireNonNull(c);
return batchRemove(c, true);
}
/**
* 批量删除
* @param c
* @param complement 是否取补集
* @return
*/
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;
}
/**
* 序列化函数
* @serialData
*/
private void writeObject(ObjectOutputStream s) throws IOException{
int expectedModCount = modCount;
s.defaultWriteObject();
// 写入ArrayList大小
s.writeInt(size);
// 写入存储的元素
for (int i=0; i<size; i++) {
s.writeObject(elementData[i]);
}
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
/**
* 先将ArrayList的“容量”读出，然后将“所有的元素值”读出
*/
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
// Read in size, and any hidden stuff
s.defaultReadObject();
// 从输入流中读取ArrayList的size
s.readInt(); // ignored
if (size > 0) {
ensureCapacityInternal(size);
Object[] a = elementData;
// 从输入流中将“所有的元素值”读出
for (int i=0; i<size; i++) {
a[i] = s.readObject();
}
}
}
/**
* 返回一个 ListIterator
* @index 元素的索引位置
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
*/
public ListIterator<E> listIterator(int index) {
if (index < 0 || index > size)
throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);
return new ListItr(index);
}
/**
* 返回一个 ListIterator 迭代器，该迭代器是 fail-fast 机制的
*/
public ListIterator<E> listIterator() {
return new ListItr(0);
}
/**
* 返回一个 Iterator 迭代器，该迭代器是 fail-fast 机制的
* @return
*/
public Iterator<E> iterator() {
return new Itr();
}
/**
* AbstractList.Itr 的优化版本
*/
private class Itr implements Iterator<E> {
int cursor; // 下一个返回元素的索引，默认值为 0
int lastRet = -1; // 上一个返回元素的索引，若没有上一个元素，则为 -1。每次调用 remove()，lastRet 都会重置为 -1
int expectedModCount = modCount;
public boolean hasNext() {
return cursor != size; // 是否有下一元素的判断
}
@SuppressWarnings("unchecked")
public E next() {
checkForComodification();
// 临时变量 i，指向游标当前位置。
// 此处并没有让 lastRet 直接等于 cursor 进行操作
int i = cursor;
if (i >= size) // 第一次检查
throw new NoSuchElementException();
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length) // 第二次检查
throw new ConcurrentModificationException();
cursor = i + 1;
return (E) elementData[lastRet = i]; // 注意这里的取值
}
public void remove() {
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
try {
ArrayList.this.remove(lastRet); // 移除元素
cursor = lastRet; // 指针回移
// 注意此处：上一元素指针直接重置为 -1。因此 lastRet 不一定就等于 cursour - 1
lastRet = -1;
expectedModCount = modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
/**
* jdk1.8 使用，进行函数式编程
* 注：Consumer 是 1.8 开始有的。Since:1.8
* @param consumer 动作，让集合每一个元素都执行该动作
*/
@Override
@SuppressWarnings("unchecked")
public void forEachRemaining(Consumer<? super E> consumer) {
Objects.requireNonNull(consumer); // 非空判断
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() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
/*------------------------------------- Itr 结束 -------------------------------------------*/
/**
* AbstractList.ListItr 的优化版本
* ListIterator 与普通的 Iterator 的区别：
* - 它可以进行双向移动，而普通的迭代器只能单向移动
* - 它可以添加元素(有 add() 方法)，而后者不行
*/
private class ListItr extends Itr implements ListIterator<E> {
ListItr(int index) {
super();
cursor = index; // cursor 还是指向下一个返回元素的索引位置
}
/**
* 是否有上一个元素
* @return true ？ 有：无
*/
public boolean hasPrevious() {
return cursor != 0;
}
/**
* 获取下一个元素的索引
*/
public int nextIndex() {
return cursor;
}
/**
* 获取 cursor 前一个元素的索引
* - 是 cursor 前一个，而不是当前元素前一个的索引。
* - 若调用 next() 后马上调用该方法，则返回的是当前元素的索引。
* - 若调用 next() 后想获取当前元素前一个元素的索引，需要连续调用两次该方法。
*/
public int previousIndex() {
return cursor - 1;
}
/**
* 返回 cursor 前一元素
*注意事项同 previousIndex
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
public E previous() {
checkForComodification();
int i = cursor - 1;
if (i < 0)
throw new NoSuchElementException();
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length)
throw new ConcurrentModificationException();
cursor = i;
return (E) elementData[lastRet = i];
}
public void set(E e) {
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
try {
ArrayList.this.set(lastRet, e);
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
/**
* 添加元素：在游标当前指向的索引位置插入一个元素
*/
public void add(E e) {
checkForComodification();
try {
int i = cursor;
ArrayList.this.add(i, e);
cursor = i + 1;
lastRet = -1;
expectedModCount = modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
}
/*------------------------------------- ListItr 结束 -------------------------------------------*/
/**
* 获取从 fromIndex 到 toIndex 之间的子集合(左闭右开区间)
* - 若 fromIndex == toIndex，则返回的空集合
* - 对该子集合的操作，会影响原有集合
* - 当调用了 subList() 后，若对原有集合进行删除操作(删除subList 中的首个元素)时，会抛出异常 java.util.ConcurrentModificationException
* - 该子集合支持所有的集合操作
*
* 原因看 SubList 内部类的构造函数就可以知道
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
* @throws IllegalArgumentException {@inheritDoc}
*/
public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {
subListRangeCheck(fromIndex, toIndex, size); // 合法性检查
return new SubList(this, 0, fromIndex, toIndex);
}
static void subListRangeCheck(int fromIndex, int toIndex, int size) {
/*
* 越界检查
*/
if (fromIndex < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException("fromIndex = " + fromIndex);
if (toIndex > size)
throw new IndexOutOfBoundsException("toIndex = " + toIndex);
/*
* 非法参数检查
*/
if (fromIndex > toIndex)
throw new IllegalArgumentException("fromIndex(" + fromIndex +
") > toIndex(" + toIndex + ")");
}
/**
* 嵌套内部类：也实现了 RandomAccess，提供快速随机访问特性
* @title ArrayList.java
* @package com.johnnie.jsca.source
* @author johnnie
* @time 下午7:50:04
* @version v1.0
*/
private class SubList extends AbstractList<E> implements RandomAccess {
private final AbstractList<E> parent;
private final int parentOffset; // 相对于父集合的偏移量，其实就是 fromIndex
private final int offset; // 偏移量，默认是 0
int size; // SubList 存储元素个数
SubList(AbstractList<E> parent,
int offset, int fromIndex, int toIndex) {
// 看到这部分，就理解为什么对 SubList 的操作，会影响父集合---> 因为子集合的处理，仅仅是给出了一个映射到父集合相应区间的引用
// 再加上 final，的修饰，就能明白为什么进行了截取子集合操作后，父集合不能删除 SubList 中的首个元素了--->offset 不能更改
this.parent = parent;
this.parentOffset = fromIndex;
this.offset = offset + fromIndex;
this.size = toIndex - fromIndex;
this.modCount = ArrayList.this.modCount;
}
// 设置新值，返回旧值
public E set(int index, E e) {
rangeCheck(index); // 越界检查
checkForComodification();
E oldValue = ArrayList.this.elementData(offset + index);
ArrayList.this.elementData[offset + index] = e;
return oldValue;
}
// 取值
public E get(int index) {
rangeCheck(index); // 越界检查：设计到 ArrayList 中利用 index 进行访问，就需要进行越界检查
checkForComodification();
return ArrayList.this.elementData(offset + index);
}
public int size() {
checkForComodification();
return this.size;
}
// 添加元素
public void add(int index, E e) {
rangeCheckForAdd(index);
checkForComodification();
parent.add(parentOffset + index, e); // 对子类添加元素，是直接操作父类添加的
this.modCount = parent.modCount;
this.size++;
}
// 删除元素
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);
checkForComodification();
E result = parent.remove(parentOffset + index); // 对子类删除元素，是直接操作父类删除的
this.modCount = parent.modCount;
this.size--;
return result;
}
// 范围删除
protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
checkForComodification();
parent.removeRange(parentOffset + fromIndex,
parentOffset + toIndex);
this.modCount = parent.modCount;
this.size -= toIndex - fromIndex;
}
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
return addAll(this.size, c);
}
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
rangeCheckForAdd(index);
int cSize = c.size();
if (cSize==0)
return false;
checkForComodification();
parent.addAll(parentOffset + index, c);
this.modCount = parent.modCount;
this.size += cSize;
return true;
}
// SubList 的方法：返回一个迭代器，虽说是返回抽象的 Iterator，但具体实现是 ListIterator
public Iterator<E> iterator() {
return listIterator();
}
// SubList 的方法：返回一个 ListIterator
public ListIterator<E> listIterator(final int index) {
checkForComodification();
rangeCheckForAdd(index); // 越界检查，这个地方有点晕，rangeCheckForAdd() 按说只是提供给 Add() 进行越界检查的
final int offset = this.offset;
// 匿名内部类
return new ListIterator<E>() {
int cursor = index;
int lastRet = -1;
int expectedModCount = ArrayList.this.modCount;
public boolean hasNext() {
return cursor != SubList.this.size;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
public E next() {
checkForComodification();
int i = cursor;
if (i >= SubList.this.size)
throw new NoSuchElementException();
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (offset + i >= elementData.length)
throw new ConcurrentModificationException();
cursor = i + 1;
return (E) elementData[offset + (lastRet = i)];
}
public boolean hasPrevious() {
return cursor != 0;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
public E previous() {
checkForComodification();
int i = cursor - 1;
if (i < 0)
throw new NoSuchElementException();
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (offset + i >= elementData.length)
throw new ConcurrentModificationException();
cursor = i;
return (E) elementData[offset + (lastRet = i)];
}
@SuppressWarnings("unchecked")
public void forEachRemaining(Consumer<? super E> consumer) {
Objects.requireNonNull(consumer);
final int size = SubList.this.size;
int i = cursor;
if (i >= size) {
return;
}
final Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (offset + i >= elementData.length) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
while (i != size && modCount == expectedModCount) {
consumer.accept((E) elementData[offset + (i++)]);
}
// update once at end of iteration to reduce heap write traffic
lastRet = cursor = i;
checkForComodification();
}
public int nextIndex() {
return cursor;
}
public int previousIndex() {
return cursor - 1;
}
public void remove() {
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
try {
SubList.this.remove(lastRet);
cursor = lastRet;
lastRet = -1;
expectedModCount = ArrayList.this.modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
public void set(E e) {
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
try {
ArrayList.this.set(offset + lastRet, e);
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
public void add(E e) {
checkForComodification();
try {
int i = cursor;
SubList.this.add(i, e);
cursor = i + 1;
lastRet = -1;
expectedModCount = ArrayList.this.modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
final void checkForComodification() {
if (expectedModCount != ArrayList.this.modCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
};
}
public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {
subListRangeCheck(fromIndex, toIndex, size);
return new SubList(this, offset, fromIndex, toIndex);
}
private void rangeCheck(int index) {
if (index < 0 || index >= this.size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
private void rangeCheckForAdd(int index) {
if (index < 0 || index > this.size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
private String outOfBoundsMsg(int index) {
return "Index: "+index+", Size: "+this.size;
}
private void checkForComodification() {
if (ArrayList.this.modCount != this.modCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
public Spliterator<E> spliterator() {
checkForComodification();
return new ArrayListSpliterator<E>(ArrayList.this, offset,
offset + this.size, this.modCount);
}
}
/*------------------------------------- SubList 结束 -------------------------------------------*/
// 同样是 1.8 的方法，用于函数式编程
@Override
public void forEach(Consumer<? super E> action) {
Objects.requireNonNull(action);
final int expectedModCount = modCount;
@SuppressWarnings("unchecked")
final E[] elementData = (E[]) this.elementData;
final int size = this.size;
for (int i=0; modCount == expectedModCount && i < size; i++) {
action.accept(elementData[i]);
}
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
/**
* 获取一个分割器
* - fail-fast
* - late-binding：后期绑定
* - java8 开始提供
*
* @return a {@code Spliterator} over the elements in this list
* @since 1.8
*/
@Override
public Spliterator<E> spliterator() {
return new ArrayListSpliterator<>(this, 0, -1, 0);
}
/** Index-based split-by-two, lazily initialized Spliterator */
// 基于索引的、二分的、懒加载的分割器
static final class ArrayListSpliterator<E> implements Spliterator<E> {
private final ArrayList<E> list;
private int index; // current index, modified on advance/split
private int fence; // -1 until used; then one past last index
private int expectedModCount; // initialized when fence set
/** Create new spliterator covering the given range */
ArrayListSpliterator(ArrayList<E> list, int origin, int fence,
int expectedModCount) {
this.list = list; // OK if null unless traversed
this.index = origin;
this.fence = fence;
this.expectedModCount = expectedModCount;
}
private int getFence() { // initialize fence to size on first use
int hi; // (a specialized variant appears in method forEach)
ArrayList<E> lst;
if ((hi = fence) < 0) {
if ((lst = list) == null)
hi = fence = 0;
else {
expectedModCount = lst.modCount;
hi = fence = lst.size;
}
}
return hi;
}
public ArrayListSpliterator<E> trySplit() {
int hi = getFence(), lo = index, mid = (lo + hi) >>> 1;
return (lo >= mid) ? null : // divide range in half unless too small
new ArrayListSpliterator<E>(list, lo, index = mid,
expectedModCount);
}
public boolean tryAdvance(Consumer<? super E> action) {
if (action == null)
throw new NullPointerException();
int hi = getFence(), i = index;
if (i < hi) {
index = i + 1;
@SuppressWarnings("unchecked") E e = (E)list.elementData[i];
action.accept(e);
if (list.modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
return true;
}
return false;
}
public void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {
int i, hi, mc; // hoist accesses and checks from loop
ArrayList<E> lst; Object[] a;
if (action == null)
throw new NullPointerException();
if ((lst = list) != null && (a = lst.elementData) != null) {
if ((hi = fence) < 0) {
mc = lst.modCount;
hi = lst.size;
}
else
mc = expectedModCount;
if ((i = index) >= 0 && (index = hi) <= a.length) {
for (; i < hi; ++i) {
@SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) a[i];
action.accept(e);
}
if (lst.modCount == mc)
return;
}
}
throw new ConcurrentModificationException();
}
public long estimateSize() {
return (long) (getFence() - index);
}
public int characteristics() {
return Spliterator.ORDERED | Spliterator.SIZED | Spliterator.SUBSIZED;
}
}
@Override
public boolean removeIf(Predicate<? super E> filter) {
Objects.requireNonNull(filter);
// figure out which elements are to be removed
// any exception thrown from the filter predicate at this stage
// will leave the collection unmodified
int removeCount = 0;
final BitSet removeSet = new BitSet(size);
final int expectedModCount = modCount;
final int size = this.size;
for (int i=0; modCount == expectedModCount && i < size; i++) {
@SuppressWarnings("unchecked")
final E element = (E) elementData[i];
if (filter.test(element)) {
removeSet.set(i);
removeCount++;
}
}
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
// shift surviving elements left over the spaces left by removed elements
final boolean anyToRemove = removeCount > 0;
if (anyToRemove) {
final int newSize = size - removeCount;
for (int i=0, j=0; (i < size) && (j < newSize); i++, j++) {
i = removeSet.nextClearBit(i);
elementData[j] = elementData[i];
}
for (int k=newSize; k < size; k++) {
elementData[k] = null; // Let gc do its work
}
this.size = newSize;
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
modCount++;
}
return anyToRemove;
}
@Override
@SuppressWarnings("unchecked")
public void replaceAll(UnaryOperator<E> operator) {
Objects.requireNonNull(operator);
final int expectedModCount = modCount;
final int size = this.size;
for (int i=0; modCount == expectedModCount && i < size; i++) {
elementData[i] = operator.apply((E) elementData[i]);
}
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
modCount++;
}
@Override
@SuppressWarnings("unchecked")
public void sort(Comparator<? super E> c) {
final int expectedModCount = modCount;
Arrays.sort((E[]) elementData, 0, size, c);
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
modCount++;
}
}
2.3 ArrayList 特别注意
在对ArrayList进行分析的过程中，发现 ArrayList 有很多需要仔细考虑的重点。基本上，刚刚的代码里都写上了这些点。但是还是总结一下。如下所示：(1) ArrayList 基于数组实现，其内存储元素的数组为 elementData
elementData 的声明为：transient Object[] elementData;
(2) ArrayList 中EMPTY_ELEMENTDATA 和 DEFAULTCAPACITY_EMPTY._ELEMENTDATA 的使用
这两个常量，使用场景不同。前者是用在用户通过 ArrayList(int initialCapacity) 该构造方法直接指定初试容量为 0 时，后者是用户直接使用无参构造创建 ArrayList 时。
(3) ArrayList 默认容量为 10。
调用无参构造新建一个 ArrayList 时，其 elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA, 当第一次使用 add() 添加元素时，ArrayList的容量会为 10。
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);(4) ArrayList 的扩容计算为 newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); 且扩容并非是无限制的，有内存限制、虚拟机限制。
(5) ArrayList 的 toArray() 方法和 subList() 方法，在源数据和子数据之间的区别
- toArray()：对该方法返回的数组，进行操作（增删改查）都不会影响源数据(ArrayList中elementData)。二者之间是不会相互影响的
- subList()：对返回的子集合，进行操作(增删改查)都会影响父集合。而且若是对父集合中进行删除操作（仅仅在删除子集合的首个元素）时，会抛出异常 java.util.ConcurrentModificationException
(6) 对 ArrayList 进行操作(如 add()、clear())后，即使 elementData 实际上的长度 > 其内元素个数，但是再直接打印该list时，显示结果还是[x,x,x] (注：x 代表其内实际(或有效)存储的元素)
对于 elementData 中存储情况和直接打印list (即System.out.println(list))结果不一致的原因，是因为 AbstractCollection<E> 中对 toString() 进行了定义。代码如下：
public String toString() {
Iterator<E> it = iterator();
if (! it.hasNext())
return "[]";
StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.append('[');
for (;;) {
E e = it.next();
sb.append(e == this ? "(this Collection)" : e);
if (! it.hasNext())
return sb.append(']').toString();
sb.append(',').append(' ');
}
}(7) ArrayList 中 源码关于 toArray() 官方 bug 的问题
在源码中，对于 toArray() 有一个官方 bug，对于这个的说明，请看 官方bug 6260652
Note: 前往 bascker/javaworld 获取更多 Java 知识