一、ArrayList简介
- ArrayList是基于数组实现的List类，内部封装一个动态的、允许再分配的数组，数据可以动态增长扩容。
- ArrayList是线程不安全的，当多个线程访问同一个ArrayList集合时，如果有超过一个线程修改了ArrayList集合，则程序需要手动保证集合的同步性。在多线程环境下可以考虑用Collections.synchronizedList(List l)函数返回一个线程安全的ArrayList集合。
- ArrayList继承了AbstractList，并实现了List接口。是一个数组队列，具有添加、删除、修改、遍历等功能。
- ArrayList实现了RandomAccess接口，因此具有随机访问功能，实际上就是通过数组的下标进行快速访问。
- ArrayList实现了Serializable接口，支持序列化，可以用于数据传输。
- ArrayList实现了Cloneable接口，即覆盖了函数clone()，能被克隆。
二、ArrayList继承关系
java.lang.Object
java.util.AbstractCollection<E>
java.util.AbstractList<E>
java.util.ArrayList<E> public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{……}ArrayList与Collection的关系图UML：
从UML图中可以得知：ArrayList有两个重要的对象：elementData和size.
- elementData：是个Object[]类型的数组，保存着ArrayList集合的所有元素。是一个动态扩容的数组，会根据ArrayList集合元素大小自动增长容量。具体可以参考源码分析中的ensureCapacity()函数。
- size：动态数组的实际长度，默认是10.
三、源码分析
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
//序列版本号
private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
//数组默认初始容量，默认是10
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 = {};
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//ArrayList基于该数组实现，用该数组保存数据
transient Object[] elementData;
//ArrayList集合元素数量
private int size;
//创建一个指定容量的ArrayList
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
//initialCapacity为负数会抛出异常
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
//创建一个默认容量为10的空集合
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
// 创建一个包含collection的ArrayList
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
if ((size = elementData.length) != 0)
//c.toArray()转化可能不是Object[]对象,如果不是，需要重新复制一个数组
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
// 将当前容量值设为实际元素个数
public void trimToSize() {
//记录对集合的操作次数
modCount++;
if (size < elementData.length) {
elementData = (size == 0)
? EMPTY_ELEMENTDATA
: Arrays.copyOf(elementData, size);
}
}
//当Object[]数组容量不足时，此方法承担着自动扩容的作用
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
//根据minExpand来判断数组是否需要扩容
int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
? 0: DEFAULT_CAPACITY;
if (minCapacity > minExpand) {
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
//当当前数组容器不能容下新元素个数，会调用扩容的函数
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
//数组的最大容量
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
//计算数组所需要多少容量
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
//首先在旧容量的基础上，增加1.5倍的容量。
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
//在增加1.5倍容量后还不足以容纳当前的元素个数，则把实际所需容量（minCapacity ）设置成最新容量
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
//若所需容量大小超过最大设定容量
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
//在原来数组的基础上，复制一个新数组并自动扩容
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;
}
//返回集合元素个数
public int size() {
return size;
}
//返回集合是否为空
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
//集合中是否包含某个对象
public boolean contains(Object o) {
return indexOf(o) >= 0;
}
//正向查询某个对象在集合中第一次出现的位置，即索引下标
public int indexOf(Object o) {
//在null情况下，也进行遍历查询，说明了ArrayList可以盛装null对象。
if (o == null) {
for (int i = 0; i < size; i++)
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = 0; i < size; i++)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
//返回-1，说明集合中不存在该对象
return -1;
}
//反向查询某个对象在集合中最后一次出现的位置，即索引下标
public int lastIndexOf(Object o) {
if (o == null) {
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}
// 克隆函数
public Object clone() {
try {
// 将当前ArrayList的全部元素拷贝到v中
ArrayList<?> v = (ArrayList<?>) super.clone();
v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
v.modCount = 0;
return v;
} catch (CloneNotSupportedException e) {
// this shouldn't happen, since we are Cloneable
throw new InternalError(e);
}
}
//转成一个有顺序的Object数组
public Object[] toArray() {
return Arrays.copyOf(elementData, size);
}
//转成带泛型的数组
@SuppressWarnings("unchecked")
public <T> T[] toArray(T[] a) {
//若新数组的长度小于当前数组长度时，会以当前数组的长度创建一个数组
if (a.length < size)
// Make a new array of a's runtime type, but my contents:
return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());
System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
if (a.length > size)
a[size] = null;
return a;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
}
//返回集合中指定位置的元素
public E get(int index) {
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}
//设置index位置的值为element
public E set(int index, E element) {
rangeCheck(index);
E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
return oldValue;
}
// 将e添加到ArrayList中
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
//将e添加到ArrayList的指定位置
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++;
}
// 删除ArrayList指定位置的元素
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;
}
// 删除ArrayList的指定元素
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;
}
// 快速删除第index个元素
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
}
/**
* Removes all of the elements from this list. The list will
* be empty after this call returns.
*/
public void clear() {
modCount++;
// clear to let GC do its work
for (int i = 0; i < size; i++)
elementData[i] = null;
size = 0;
}
// 将集合c追加到ArrayList中
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;
}
// 从index位置开始，将集合c添加到ArrayList
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;
}
// 删除fromIndex到toIndex之间的全部元素。
protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
modCount++;
int numMoved = size - toIndex;
System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,
numMoved);
// clear to let GC do its work
int newSize = size - (toIndex-fromIndex);
for (int i = newSize; i < size; i++) {
elementData[i] = null;
}
size = newSize;
}
private void rangeCheck(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
private void rangeCheckForAdd(int index) {
if (index > size || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
private String outOfBoundsMsg(int index) {
return "Index: "+index+", Size: "+size;
}
//删除集合中所有的元素
public boolean removeAll(Collection<?> c) {
Objects.requireNonNull(c);
return batchRemove(c, false);
}
// java.io.Serializable的写入函数
// 将ArrayList的“容量，所有的元素值”都写入到输出流中
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
throws java.io.IOException{ // Write out element count, and any hidden stuff
int expectedModCount = modCount;
s.defaultWriteObject();
// 写入“数组的容量”
s.writeInt(elementData.length);
// 写入“数组的每一个元素”
for (int i=0; i<size; i++)
s.writeObject(elementData[i]);
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
// java.io.Serializable的读取函数：根据写入方式读出
// 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 {
s.defaultReadObject();
// 从输入流中读取ArrayList的“容量”
int arrayLength = s.readInt();
Object[] a = elementData = new Object[arrayLength];
// 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();
}
………
}
总结：
- ArrayList实际上是通过数组来保存数据的。提供了 三个不同的构造函数，一个指定容量的构造函数，无参的构造函数（默认容量是10），一个带有Collection参数的构造方法，将Collection转化为数组赋给ArrayList的实现数组elementData。
- ArrayList当容量不足时会重新设置容量，先以原容量的1.5倍自动扩容，如果设置后的新容量还不够，则直接新容量设置为传入的参数（也就是所需的容量）。
- ArrayList中的add和remove方法以及其他处大量用到了System.arraycopy()会移动index之后所有元素即可。这就意味着，ArrayList的add(int index, E element)函数，会引起index之后所有元素的改变，所有当存在大量插入和删除的操作的，ArrayList的效率比较低，建议使用LinkedList。由于实现了RandomAccess接口，随机访问ArrayList有明显的优势。
- 在查询的函数内，元素的值分了null和非null两种情况，可见ArrayList允许存在null。