ArrayList超细详解

大大源码 • 2023年3月9日 am12:51 • 其他

ArrayList详解

简介：

概述：ArrayList 的底层是动态数组。与 Java 中的数组相比，它的容量能动态增长。在添加大量元素前，应用程序可以使用ensureCapacityInternal操作来增加 ArrayList 实例的容量。这可以减少递增式再分配的数量。允许 null 的存在。（可重复、有下标、有序）

它继承于 AbstractList，实现了 List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable 这些接口。

在我们学数据结构的时候就知道了线性表的顺序存储，插入删除元素的时间复杂度为O（n）,求表长以及取第 i 元素的时间复杂度为O（1）

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RandomAccess 接口， RandomAccess 是一个标志接口，表明实现这个这个接口的 List 集合是支持快速随机访问的。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。

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、Collections.synchronizedList。

成员变量

	//默认初始容量
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

	//无参构造时存放的数组
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    //保存ArrayList数据的数组
    transient Object[] elementData;

    //集合元素个数
    private int size;

	//这个变量是定义在 AbstractList 中的。记录对 List 操作的次数。主要使用是在 Iterator，是防止在迭代的过程中集合被修改。
	protected transient int modCount = 0;

构造方法

//用户指定大小创建
public ArrayList(int initialCapacity) {
    super();
    if (initialCapacity < 0)
        throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                           initialCapacity);
    //创建initialCapacity大小的数组
    this.elementData = new Object[initialCapacity];
}

//无参构造、默认空数组
public ArrayList() {
    super();
    this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}

//构造一个包含指定集合元素的列表
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
    elementData = c.toArray();
    size = elementData.length;
    // 判断c.toArray()返回的是不是object类型的数组
    if (elementData.getClass() != Object[].class)
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
}

主要方法及解析

public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    	//判断是不是空元素，如果是空元素，再从默认容量10和要添加元素大小中取最大值，进行扩容。
        if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) {
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }

        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }


private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }

由上述源码可知，在每次add添加元素时，都会先通过ensureCapacityInternal()判断容量大小，还够不够添加该元素，如果不够，再调用grow()方法进行扩容。

private void grow(int minCapacity) {
    int oldCapacity = elementData.length;
    //先1.5倍扩容该数组（如果该集合是空集合的话，扩容后的大小还是0）
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    //来比较扩容后的数组大小与添加完元素大小比较，如果还是比添加完元素大小小的话，就直接赋值添加元素的后的容量大小
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    //比较此时的容量大小是否超过Interger类型的最大值
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    // 通过copyOf()将原数组复制到扩完容的新数组上
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

//如果超过Interge的最大值，就取Integer的最大值作为容量大小，没超过就取原值。
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
    if (minCapacity < 0) // overflow
        throw new OutOfMemoryError();
    return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
        Integer.MAX_VALUE :
        MAX_ARRAY_SIZE;
}

可见，grow方法先是1.5倍扩容原数组，要是还是不够的话，就直接扩容成添加完元素后数组大小。但不能超过Integer类型的最大值。超过了就取最大值。

public E remove(int index) {
    
   	//先判断该下标是否在size元素大小内，不在就报数组下标越界exception
    rangeCheck(index);
	//记录操作次数
    modCount++;
    //获取要移除的元素
    E oldValue = elementData(index);

    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        删除该元素后的数组复制(后面的元素向前诺一位)
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                         numMoved);
    elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

    return oldValue;
}

private void rangeCheck(int index) {
        if (index >= size)
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }

迭代器 iterator

有使用过集合的都知道，在用 for 遍历集合的时候是不可以对集合进行 remove操作的，因为 remove 操作会改变集合的大小。从而容易造成结果不准确甚至数组下标越界，更严重者还会抛出 ConcurrentModificationException。

使用iterator迭代器解决该问题：

直接调用 iterator.remove() 即可。因为在该方法中增加了 expectedModCount = modCount 操作。但是这个 remove 方法也有弊端。

1、只能进行remove操作，add、clear 等 Itr 中没有。
2、调用 remove 之前必须先调用 next。因为 remove 开始就对 lastRet 做了校验。而 lastRet 初始化时为 -1。
3、next 之后只可以调用一次 remove。因为 remove 会将 lastRet 重新初始化为 -1

总结

ArrayList 底层基于数组实现容量大小动态可变。扩容机制为首先扩容为原始容量的 1.5 倍。如果1.5倍太小的话，则将我们所需的容量大小赋值给 newCapacity，如果1.5倍太大或者我们需要的容量太大，那就直接拿 newCapacity = (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE 来扩容。扩容之后是通过数组的拷贝来确保元素的准确性的，所以尽可能减少扩容操作。 ArrayList 的最大存储能力：Integer.MAX_VALUE。 size 为集合中存储的元素的个数。elementData.length 为数组长度，表示最多可以存储多少个元素。如果需要边遍历边 remove ，必须使用 iterator。且 remove 之前必须先 next，next 之后只能用一次 remove

原文链接：https://blog.csdn.net/wszjha123/article/details/126779985

THE END