ArrayList源码分析

最近在写内存缓存，于是想了解下ArrayList。在网上找一篇写的不错。

文章出自：http://blog.csdn.net/treeroot/archive/2004/09/16/107041.aspx

 

“

终于可以开始分析第一个具体的类，我们对ArrayList应该非常面熟了，不管你是否了解它是如何实现的，
但是我们到处都使用到它。
　　 声明如下：

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

有关AbstractList:http://blog.csdn.net/treeroot/archive/2004/09/14/104743.aspx
有关List: 　　　http://blog.csdn.net/treeroot/archive/2004/09/14/104638.aspx
有关RandomAccess:http://blog.csdn.net/treeroot/archive/2004/09/14/104538.aspx
有关Cloneable :http://blog.csdn.net/treeroot/archive/2004/09/07/96936.aspx
有关java.io.Serializeable:　主要用于对象序列化。

private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
版本控制

private transient Object elementData[];
内部结构，原来就是一个数组，这里不让它串行化。

private int size;
该列表的大小，也就是元素个数。

public ArrayList(int initialCapacity) {
　　super();
　　if (initialCapacity < 0)
　　　　throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+initialCapacity);
　　this.elementData = new Object[initialCapacity];
}
构造函数，初始化内部数组为指定大小，注意列表是空的。

public ArrayList() {
　　this(10);
}
默认初始话内部数组大小为10,为什么是10是没有理由的，可能比较合适吧。

public ArrayList(Collection c) {
　　size = c.size();
　　// Allow 10% room for growth
　　elementData = new Object[(int)Math.min((size*110L)/100,Integer.MAX_VALUE)];
　　c.toArray(elementData);
}
通过一个集合来初始话该ArrayList，内部数组申请的空间比c大，主要是为了提高效率。注意到c.toArray(elementData)
方法的调用，这里肯定不会生成新的数组，如果用elementData=c.toArray()效率就差不少了。另外这里调用了Math的静态
方法min来获得较小值。

public void trimToSize() {
　　modCount++;
　　int oldCapacity = elementData.length;
　　if (size < oldCapacity) {
　　　　Object oldData[] = elementData;
　　　　elementData = new Object[size];
　　　　System.arraycopy(oldData, 0, elementData, 0, size);
　　}
}
这个方法去掉多余的空间，使内部数组的大小刚好等于ArrayList的size(),这个方法需要重新分配空间，而已需要一个数组
拷贝过程(arraycopy是一个native方法，用的比较多)，一般情况下这个方法很少被调用。

public void ensureCapacity(int minCapacity) {
　　modCount++;
　　int oldCapacity = elementData.length;
　　if (minCapacity > oldCapacity) {
　　　　Object oldData[] = elementData;
　　　　int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;
　　　　if (newCapacity < minCapacity)
　　　　　　newCapacity = minCapacity;
　　　　elementData = new Object[newCapacity];
　　　　System.arraycopy(oldData, 0, elementData, 0, size);
　　}
}
这个方法来扩大ArrayList的容量，使它至少能容纳minCapacity个元素，如果数组容量大于该值，什么也不做。否则按某个
算法(1.5倍加1)增加，如果不够minCapacity大的话，就设置为minCapacity。这个方法在add和addAll方法中都要调用，
这里为什么设置为public呢？因为每次重新分配空间都是比较消耗时间的(new操作还要arrayCopy),如果能预计可能的大小
的话，这个方法就有比较的灵活性。虽然该扩容算发已经比较好，但是还是可以通过自己的控制提高效率，这个方法为程序员
带来的方便。
eg1:
ArrayList al=new ArrayList();
for(int i=0;i<100;i++){
　　Object obj=new Object();
　　al.add(obj);
}
eg2(更高效):
ArrayList al=new ArrayList(100);
for(int i=0;i<100;i++){
　　Object obj=new Object();
　　al.add(obj);
}
或者
ArrayList al=new ArrayList();
al.ensureCapacity(100);
for(int i=0;i<100;i++){
　　Object obj=new Object();
　　al.add(obj);
}

public int size() {
　　return size;
}
返回大小

public boolean isEmpty() {
　　return size == 0;
}
是否为空

public boolean contains(Object elem) {
　　return indexOf(elem) >= 0;
}
是否包含指定元素，调用的是indexOf()方法。

public int indexOf(Object elem) {
　　if (elem == null) {
　　　　for (int i = 0; i < size; i++)
　　　　　　if (elementData[i]==null)
　　　　　　　　return i;
　　} else {
　　　　for (int i = 0; i < size; i++)
　　　　　　if (elem.equals(elementData[i]))
　　　　　　　　return i;
　　}
　　return -1;
}
这个方法遍历列表(数组0..size-1)

public int lastIndexOf(Object elem) {
　　if (elem == 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 (elem.equals(elementData[i]))
　　　　　　　　return i;
　　}
　　return -1;
}
这个方法和上面的基本一样，顺序不一样而已。

public Object clone() {
　　try {
　　　　ArrayList v = (ArrayList)super.clone();
　　　　v.elementData = new Object[size];
　　　　System.arraycopy(elementData, 0, v.elementData, 0, size);
　　　　v.modCount = 0;
　　　　return v;
　　} catch (CloneNotSupportedException e) {
　　// this shouldn't happen, since we are Cloneable
　　　　throw new InternalError();
　　}
}　
覆盖Object中的clone()方法，实现clone，注意这里是一个浅拷贝，两个ArrayList中的数组中的元素
是相同的，因为System.arraycopy就是浅拷贝。

public Object[] toArray() {
　　Object[] result = new Object[size];
　　System.arraycopy(elementData, 0, result, 0, size);
　　return result;
}
返回ArrayList元素的一个数组，注意这里虽然生成了一个新的数组，但是数组元素和集合中的元素是共享的，
Collection接口中说这个是安全的是不严格的,下面的例子演示了这个效果。
eg1:
ArrayList al=new ArrayList();
al.add(new StringBuffer("hello"));
Object[] a=al.toArray();
StringBuffer sb=(StringBuffer)a[0];
sb.append("changed"); 　　　　　　　　//改变数组元素同样也改变了原来的ArrayList中的元素
System.out.println(al.get(0)); 　　　
这里不要用String来代替StringBuffer，因为String是常量。

public Object[] toArray(Object a[]) {
　　if (a.length < size)
　　　　a = (Object[])java.lang.reflect.Array.newInstance(a.getClass().getComponentType(), size);
　　 System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
　　 if (a.length > size)
　　　　　　a[size] = null;
　　 return a;
}
这个方法有可能不需要生成新的数组，注意到如果数组a容量过大，只在size处设置为null。

public Object get(int index) {
　　RangeCheck(index);
　　return elementData[index];
}
可以看随机访问效率是很高的，和数组的索引访问是一样的，方式设计到索引值都会先检查。

public Object set(int index, Object element) {
　　RangeCheck(index);
　　 Object oldValue = elementData[index];
　　elementData[index] = element;
　　return oldValue;
}
更新指定位置的值，并访问原来的值。

public boolean add(Object o) {
　　ensureCapacity(size + 1); // Increments modCount!!
　　elementData[size++] = o;
　　return true;
}
添加一个新的元素到末尾,前面说道新增方法都要先调用ensureCapacity方法，这里没有调用add(size,o)方法。

public void add(int index, Object 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++;
}
在指定位置插入元素，指定元素和后面的元素后移。

public Object remove(int index) {
　　RangeCheck(index);
　　 modCount++;
　　Object oldValue = 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;
}
删除指定位置的元素，后面的元素前移，返回被删除的元素，这里要注意的elementData[--size]=null这条语句，
如果不这样的话，就有可能造成内存泄露，因为该对象其实已经没有用，但是内部还有一个它的引用，如果不设置
为null，GC就无法回收这个空间，积累多了就有可能造成内存泄露，这里只说有可能，而不是一定。

public void clear() {
　　modCount++;
　　// Let gc do its work
　　for (int i = 0; i < size; i++)
　　　　elementData[i] = null;
　　 size = 0;
}
这段代码比较高效，这里也必须设置为空引用，理由同上。

public boolean addAll(Collection c) {
　　modCount++;
　　int numNew = c.size();
　　ensureCapacity(size + numNew);
　　 Iterator e = c.iterator();
　　for (int i=0; i　　　　elementData[size++] = e.next();
　　 return numNew != 0;
}
添加集合c中的元素到ArrayList的末尾，添加成功返回true，如果集合c为空，返回false。

public boolean addAll(int index, Collection c) {
　　if (index > size || index < 0)
　　　　throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+", Size: "+size);
　　 int numNew = c.size();
　　ensureCapacity(size + numNew); // Increments modCount!!
　　 int numMoved = size - index;
　　　if (numMoved > 0)
　　　　　　System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,numMoved);
　　 Iterator e = c.iterator();
　　　for (int i=0; i　　　　elementData[index++] = e.next();
　　 size += numNew;
　　　return numNew != 0;
}
在指定位置插入集合中的所有元素，和上面一个方法基本差不多，指定位置元素和以后的都要后移。

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;
}
这是一个保护方法，删除指定位置fromIndex到toIndex的元素，包括前面不包括后面。

private void RangeCheck(int index) {
　　if (index >= size || index < 0)
　　　　throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+", Size: "+size);
}
不用解释。

private synchronized void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)　throws java.io.IOException{
　　// Write out element count, and any hidden stuff
　　s.defaultWriteObject();
　　 // Write out array length
　　s.writeInt(elementData.length);
　　 // Write out all elements in the proper order.
　　for (int i=0; i　　　　s.writeObject(elementData[i]);
}
private synchronized void readObject(java.io.ObjectInputStream s)　throws 　　　　　　　　　　　　　　java.io.IOException,ClassNotFoundException {
　　// Read in size, and any hidden stuff
　　s.defaultReadObject();
　　// Read in array length and allocate array
　　int arrayLength = s.readInt();
　　elementData = new Object[arrayLength];
　　 // Read in all elements in the proper order.
　　for (int i=0; i　　　　elementData[i] = s.readObject();
}
这两个方法是为了实现串行化而写的，这里要注意几点：
1.这两个方法并不是java.io.Serializable中定义的方法，Serializable只是标记接口。
2.串行化对象的时候会先检查该对象是否实现了这两个方法，如果有实现就调用他们，如果没有的化就调用默认方法。
至于为什么可以调用该对象的private方法我也不清楚，这个问题确实比较奇怪，如果可以访问对象的private方法，那
也太不安全了。
3.因为elementData声明为transient，所以必须手动串行化化。

总结：
1.ArrayList的方法都没有同步，所以在多线程中是不安全的，必须自己同步，而且ArrayList很多方法声明对于多线程操作
都没有规定，就是说结果不可预料。
2.toArray()方法返回的是和原列表相同的对象，也就是说:
arrayList.toArray()[0]==arrayList.get(0)返回的是true(假定arrayList不空)。
3.clone()方法是一个浅拷贝。
4.可以通过自己调用ensureCapacity()提高效率。”