Java基础 之ArrayList源码剖析

最近在看java编程思想,自己越来越体会到深入了解底层原理的兴奋的感觉,呢就先从java开始,慢慢去深入学习Java

ArrayList是java中的集合容器之一,过多的理论知识就不多说了,只分享一些个人看源码的体验

通过阅读ArrayList源码的发现:

ArrayList的底层实现:

1 ArrayList容器的初始化大小为10

源码:

 private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

2 ArrayList的底层实现其实是一个object类型的数组

ArrayList的一个有参构造可以指定初始化ArrayList容器的大小,指定容器之后可以看出它创建了一个Object类型的数组

源码:

public ArrayList(int initialCapacity) {

if (initialCapacity > 0) { //如果初始化容器的数量大于0 就重新创建出一个数组

this.elementData = new Object[initialCapacity];

} else if (initialCapacity == 0) {//等于0的话就用默认的初始化容量

this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;

} else {//初始化容器可以存放元素的数量小于0的话就会抛异常

throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+

initialCapacity);

}

初始化元素 ,当有元素添加时,会默认的扩充容量

transient Object[] elementData;

//默认创建的时候用的是自己提供的默认的元素,是一个空的数组

public ArrayList() {

this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;

}

ArrayList的构造方法中,有一个自Collection接口的实现类,可以将传入的集合当做初始化这个ArrayList的元素集合

源码:

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;

}

}

trimToSize该方法将ArrayList的容量调整为当前列表的大小

在调用get方法的时候,集合并不是立马就返回该下标在集合中的位置,而是

先检查这个下标是否在集合中存在,如果不存在,则抛出IndexOutOfBoundsException

根据下标获取元素的方法 get()

public E get(int index) {

rangeCheck(index);

return elementData(index);

}

private void rangeCheck(int index) {

if (index >= size)

throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));

}

set(int i,E element)方法 ,该方法是将指定的下标位置的元素替换为一个新的元素,并返回被替换的元素

源码:

public E set(int index, E element) {

rangeCheck(index);

E oldValue = elementData(index);

elementData[index] = element;

return oldValue;

}

我们在使用添加方法的时候,会发现,每次添加的元素都是在整个集合的最末尾处,源码中写出了怎样去添加元素,它会先去扩展集合的容量,然后再讲元素添加进去

public boolean add(E e) {

ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!

elementData[size++] = e;

return true;

}

在指定位置添加元素的时候我们来看看ArrayList是怎么实现的

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++;

}

解释说明:

我们现在有一个集合,并向集合中添加三个元素

List list = new ArrayList(); list.add(1);list.add(2);list.add(3);

调用add(int index,E element) 方法时会先调用rangeCheckForAdd方法检查要往集合中插入元素的位置,如果该下标大于集合的长度或者小于1将会抛出IndexOutOfBoundsException

然后对数组进行动态扩容

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {

if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {

minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);

}//判断是否是空元素,是的话就在默认的最大容量和index+1中选择最大的



ensureExplicitCapacity(minCapacity);//集合不为空调用的动态扩容的方法

}



private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {

modCount++;



// overflow-conscious code

//如果添加之后的长度大于元素个数 就扩容

if (minCapacity - elementData.length > 0)

grow(minCapacity);

}



private void grow(int minCapacity) {

// overflow-conscious code

//老的集合容量

int oldCapacity = elementData.length;

// 将集合扩容为原来的1.5倍

int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

//程序的健壮性判断

if (newCapacity - minCapacity < 0)

newCapacity = minCapacity;

//检查扩容后的容量大于最大的集合允许的长度

if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)

newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);

// minCapacity is usually close to size, so this is a win:

//拷贝原来的数组到新的数组

elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);

//在扩容的同时将原本数组的所有元素复制到新的数组,抛弃原本的数组

}

插入元素的过程如下,使用System.arraycopy方法将数组进行拷贝,

例如我们向下标为1的位置插入元素5,则会拷贝原来的数据,从下标为1 到2的数据拷贝到新的数组中的从2到3 的位置,将空出来的位置插入通过参数传递进来的元素,

 

删除一个元素:

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);

//释放内存,让GC工作,

elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work



return oldValue;

remove使用的方法其实和添加的时候差不多,只不多最后将最后一个元素置为null,让GC自己工作,回收垃圾

List中还有很多其他的方法,就不一一看了

总结:

1 ArrayList底层的实现是基于数组的,因此对于根据下标查找和修改比较快,但是对于插入操作还有删除操作都是比较慢的

2 构造ArrayList时尽量给定容量,减少每次添加元素时的拷贝扩容

3 ArrayList的扩容每次都是扩容一半,每次都会进行健壮性判断

4 ArrayList中的所有方法都没有进行同步,因此是线程不安全的