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JAVA ArrayList详细介绍(示例)

程序员文章站 2023-12-19 15:45:16
第1部分 arraylist介绍arraylist 是一个数组队列,相当于 动态数组。与java中的数组相比,它的容量能动态增长。它继承于abstractlist,实现了l...

第1部分 arraylist介绍
arraylist 是一个数组队列,相当于 动态数组。与java中的数组相比,它的容量能动态增长。它继承于abstractlist,实现了list, randomaccess, cloneable, java.io.serializable这些接口。
arraylist 继承了abstractlist,实现了list。它是一个数组队列,提供了相关的添加、删除、修改、遍历等功能。
arraylist 实现了randmoaccess接口,即提供了随机访问功能。randmoaccess是java中用来被list实现,为list提供快速访问功能的。在arraylist中,我们即可以通过元素的序号快速获取元素对象;这就是快速随机访问。稍后,我们会比较list的“快速随机访问”和“通过iterator迭代器访问”的效率。
arraylist 实现了cloneable接口,即覆盖了函数clone(),能被克隆。
arraylist 实现java.io.serializable接口,这意味着arraylist支持序列化,能通过序列化去传输。
和vector不同,arraylist中的操作不是线程安全的。所以,建议在单线程中才使用arraylist,而在多线程中可以选择vector或者copyonwritearraylist。

arraylist的继承关系
JAVA ArrayList详细介绍(示例)
arraylist与collection关系如下图:
JAVA ArrayList详细介绍(示例)
arraylist构造函数

复制代码 代码如下:

// 默认构造函数
arraylist()
// capacity是arraylist的默认容量大小。当由于增加数据导致容量不足时,容量会添加上一次容量大小的一半。
arraylist(int capacity)
// 创建一个包含collection的arraylist
arraylist(collection<? extends e> collection)


arraylist的api
复制代码 代码如下:

// collection中定义的api
boolean             add(e object)
boolean             addall(collection<? extends e> collection)
void                clear()
boolean             contains(object object)
boolean             containsall(collection<?> collection)
boolean             equals(object object)
int                 hashcode()
boolean             isempty()
iterator<e>         iterator()
boolean             remove(object object)
boolean             removeall(collection<?> collection)
boolean             retainall(collection<?> collection)
int                 size()
<t> t[]             toarray(t[] array)
object[]            toarray()
// abstractcollection中定义的api
void                add(int location, e object)
boolean             addall(int location, collection<? extends e> collection)
e                   get(int location)
int                 indexof(object object)
int                 lastindexof(object object)
listiterator<e>     listiterator(int location)
listiterator<e>     listiterator()
e                   remove(int location)
e                   set(int location, e object)
list<e>             sublist(int start, int end)
// arraylist新增的api
object               clone()
void                 ensurecapacity(int minimumcapacity)
void                 trimtosize()
void                 removerange(int fromindex, int toindex)


 
第2部分 arraylist源码解析
为了更了解arraylist的原理,下面对arraylist源码代码作出分析。arraylist是通过数组实现的,源码比较容易理解。
复制代码 代码如下:

package java.util;
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;
    // 保存arraylist中数据的数组
    private transient object[] elementdata;
    // arraylist中实际数据的数量
    private int size;
    // arraylist带容量大小的构造函数。
    public arraylist(int initialcapacity) {
        super();
        if (initialcapacity < 0)
            throw new illegalargumentexception("illegal capacity: "+
                                               initialcapacity);
        // 新建一个数组
        this.elementdata = new object[initialcapacity];
    }
    // arraylist构造函数。默认容量是10。
    public arraylist() {
        this(10);
    }
    // 创建一个包含collection的arraylist
    public arraylist(collection<? extends e> c) {
        elementdata = c.toarray();
        size = elementdata.length;
        // c.toarray might (incorrectly) not return object[] (see 6260652)
        if (elementdata.getclass() != object[].class)
            elementdata = arrays.copyof(elementdata, size, object[].class);
    }

    // 将当前容量值设为 =实际元素个数
    public void trimtosize() {
        modcount++;
        int oldcapacity = elementdata.length;
        if (size < oldcapacity) {
            elementdata = arrays.copyof(elementdata, size);
        }
    }

    // 确定arrarlist的容量。
    // 若arraylist的容量不足以容纳当前的全部元素,设置 新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”
    public void ensurecapacity(int mincapacity) {
        // 将“修改统计数”+1
        modcount++;
        int oldcapacity = elementdata.length;
        // 若当前容量不足以容纳当前的元素个数,设置 新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”
        if (mincapacity > oldcapacity) {
            object olddata[] = elementdata;
            int newcapacity = (oldcapacity * 3)/2 + 1;
            if (newcapacity < mincapacity)
                newcapacity = mincapacity;
            elementdata = arrays.copyof(elementdata, newcapacity);
        }
    }
    // 添加元素e
    public boolean add(e e) {
        // 确定arraylist的容量大小
        ensurecapacity(size + 1);  // increments modcount!!
        // 添加e到arraylist中
        elementdata[size++] = e;
        return true;
    }
    // 返回arraylist的实际大小
    public int size() {
        return size;
    }
    // 返回arraylist是否包含object(o)
    public boolean contains(object o) {
        return indexof(o) >= 0;
    }
    // 返回arraylist是否为空
    public boolean isempty() {
        return size == 0;
    }
    // 正向查找,返回元素的索引值
    public int indexof(object o) {
        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;
            }
            return -1;
        }
        // 反向查找,返回元素的索引值
        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;
    }
    // 反向查找(从数组末尾向开始查找),返回元素(o)的索引值
    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;
    }

    // 返回arraylist的object数组
    public object[] toarray() {
        return arrays.copyof(elementdata, size);
    }
    // 返回arraylist的模板数组。所谓模板数组,即可以将t设为任意的数据类型
    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[size] = null;
        return a;
    }
    // 获取index位置的元素值
    public e get(int index) {
        rangecheck(index);
        return (e) elementdata[index];
    }
    // 设置index位置的值为element
    public e set(int index, e element) {
        rangecheck(index);
        e oldvalue = (e) elementdata[index];
        elementdata[index] = element;
        return oldvalue;
    }
    // 将e添加到arraylist中
    public boolean add(e e) {
        ensurecapacity(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) {
        if (index > size || index < 0)
            throw new indexoutofboundsexception(
            "index: "+index+", size: "+size);
        ensurecapacity(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 = (e) elementdata[index];
        int nummoved = size - index - 1;
        if (nummoved > 0)
            system.arraycopy(elementdata, index+1, elementdata, index,
                 nummoved);
        elementdata[--size] = null; // 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;
        // 从"index+1"开始,用后面的元素替换前面的元素。
        if (nummoved > 0)
            system.arraycopy(elementdata, index+1, elementdata, index,
                             nummoved);
        // 将最后一个元素设为null
        elementdata[--size] = null; // let gc do its work
    }
    // 删除元素
    public boolean remove(object o) {
        if (o == null) {
            for (int index = 0; index < size; index++)
            if (elementdata[index] == null) {
                fastremove(index);
            return true;
            }
        } else {
            // 便利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])) {
                fastremove(index);
            return true;
            }
        }
        return false;
    }
    // 清空arraylist,将全部的元素设为null
    public void clear() {
        modcount++;
        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;
        ensurecapacity(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) {
        if (index > size || index < 0)
            throw new indexoutofboundsexception(
            "index: " + index + ", size: " + size);
        object[] a = c.toarray();
        int numnew = a.length;
        ensurecapacity(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);
    // let gc do its work
    int newsize = size - (toindex-fromindex);
    while (size != newsize)
        elementdata[--size] = null;
    }
    private void rangecheck(int index) {
    if (index >= size)
        throw new indexoutofboundsexception(
        "index: "+index+", size: "+size);
    }

    // 克隆函数
    public object clone() {
        try {
            arraylist<e> v = (arraylist<e>) super.clone();
            // 将当前arraylist的全部元素拷贝到v中
            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();
        }
    }

    // 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 {
        // read in size, and any hidden stuff
        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:
(01) arraylist 实际上是通过一个数组去保存数据的。当我们构造arraylist时;若使用默认构造函数,则arraylist的默认容量大小是10。
(02) 当arraylist容量不足以容纳全部元素时,arraylist会重新设置容量:新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”。
(03) arraylist的克隆函数,即是将全部元素克隆到一个数组中。
(04) arraylist实现java.io.serializable的方式。当写入到输出流时,先写入“容量”,再依次写入“每一个元素”;当读出输入流时,先读取“容量”,再依次读取“每一个元素”。

 
第3部分 arraylist遍历方式
arraylist支持3种遍历方式
(01) 第一种,通过迭代器遍历。即通过iterator去遍历。
复制代码 代码如下:

integer value = null;
iterator iter = list.iterator();
while (iter.hasnext()) {
    value = (integer)iter.next();
}

(02) 第二种,随机访问,通过索引值去遍历。
由于arraylist实现了randomaccess接口,它支持通过索引值去随机访问元素。
复制代码 代码如下:

integer value = null;
int size = list.size();
for (int i=0; i<size; i++) {
    value = (integer)list.get(i);       
}

(03) 第三种,for循环遍历。如下:
复制代码 代码如下:

integer value = null;
for (integer integ:list) {
    value = integ;
}
 

下面通过一个实例,比较这3种方式的效率,实例代码(arraylistrandomaccesstest.java)如下:
复制代码 代码如下:

import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;
/*
 * @desc arraylist遍历方式和效率的测试程序。
 *
 * @author skywang
 */
public class arraylistrandomaccesstest {
    public static void main(string[] args) {
        list list = new arraylist();
        for (int i=0; i<100000; i++)
            list.add(i);
        //israndomaccesssupported(list);
        iteratorthroughrandomaccess(list) ;
        iteratorthroughiterator(list) ;
        iteratorthroughfor2(list) ;

    }
    private static void israndomaccesssupported(list list) {
        if (list instanceof randomaccess) {
            system.out.println("randomaccess implemented!");
        } else {
            system.out.println("randomaccess not implemented!");
        }
    }
    public static void iteratorthroughrandomaccess(list list) {
        long starttime;
        long endtime;
        starttime = system.currenttimemillis();
        for (int i=0; i<list.size(); i++) {
            list.get(i);
        }
        endtime = system.currenttimemillis();
        long interval = endtime - starttime;
        system.out.println("iteratorthroughrandomaccess:" + interval+" ms");
    }
    public static void iteratorthroughiterator(list list) {
        long starttime;
        long endtime;
        starttime = system.currenttimemillis();
        for(iterator iter = list.iterator(); iter.hasnext(); ) {
            iter.next();
        }
        endtime = system.currenttimemillis();
        long interval = endtime - starttime;
        system.out.println("iteratorthroughiterator:" + interval+" ms");
    }

    public static void iteratorthroughfor2(list list) {
        long starttime;
        long endtime;
        starttime = system.currenttimemillis();
        for(object obj:list)

        endtime = system.currenttimemillis();
        long interval = endtime - starttime;
        system.out.println("iteratorthroughfor2:" + interval+" ms");
    }
}


运行结果:
iteratorthroughrandomaccess:3 ms
iteratorthroughiterator:8 ms
iteratorthroughfor2:5 ms
由此可见,遍历arraylist时,使用随机访问(即,通过索引序号访问)效率最高,而使用迭代器的效率最低!

 
第4部分 toarray()异常
当我们调用arraylist中的 toarray(),可能遇到过抛出“java.lang.classcastexception”异常的情况。下面我们说说这是怎么回事。
arraylist提供了2个toarray()函数:
object[] toarray()
<t> t[] toarray(t[] contents)
调用 toarray() 函数会抛出“java.lang.classcastexception”异常,但是调用 toarray(t[] contents) 能正常返回 t[]。
toarray() 会抛出异常是因为 toarray() 返回的是 object[] 数组,将 object[] 转换为其它类型(如如,将object[]转换为的integer[])则会抛出“java.lang.classcastexception”异常,因为java不支持向下转型。具体的可以参考前面arraylist.java的源码介绍部分的toarray()。
解决该问题的办法是调用 <t> t[] toarray(t[] contents) , 而不是 object[] toarray()。
调用 toarray(t[] contents) 返回t[]的可以通过以下几种方式实现。
复制代码 代码如下:

// toarray(t[] contents)调用方式一
public static integer[] vectortoarray1(arraylist<integer> v) {
    integer[] newtext = new integer[v.size()];
    v.toarray(newtext);
    return newtext;
}
// toarray(t[] contents)调用方式二。最常用!
public static integer[] vectortoarray2(arraylist<integer> v) {
    integer[] newtext = (integer[])v.toarray(new integer[0]);
    return newtext;
}
// toarray(t[] contents)调用方式三
public static integer[] vectortoarray3(arraylist<integer> v) {
    integer[] newtext = new integer[v.size()];
    integer[] newstrings = (integer[])v.toarray(newtext);
    return newstrings;
}


 
第5部分 arraylist示例
本文通过一个实例(arraylisttest.java),介绍 arraylist 的常用api。
复制代码 代码如下:

import java.util.*;
/*
 * @desc arraylist常用api的测试程序
 * @author skywang
 * @email kuiwu-wang@163.com
 */
public class arraylisttest {
    public static void main(string[] args) {

        // 创建arraylist
        arraylist list = new arraylist();
        // 将“”
        list.add("1");
        list.add("2");
        list.add("3");
        list.add("4");
        // 将下面的元素添加到第1个位置
        list.add(0, "5");
        // 获取第1个元素
        system.out.println("the first element is: "+ list.get(0));
        // 删除“3”
        list.remove("3");
        // 获取arraylist的大小
        system.out.println("arraylist size=: "+ list.size());
        // 判断list中是否包含"3"
        system.out.println("arraylist contains 3 is: "+ list.contains(3));
        // 设置第2个元素为10
        list.set(1, "10");
        // 通过iterator遍历arraylist
        for(iterator iter = list.iterator(); iter.hasnext(); ) {
            system.out.println("next is: "+ iter.next());
        }
        // 将arraylist转换为数组
        string[] arr = (string[])list.toarray(new string[0]);
        for (string str:arr)
            system.out.println("str: "+ str);
        // 清空arraylist
        list.clear();
        // 判断arraylist是否为空
        system.out.println("arraylist is empty: "+ list.isempty());
    }
}

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