关于java:一文彻底弄懂ArrayList源码

前言

ArrayList是一种以数组实现的List，与数组相比，它具备动静扩大的能力，因而也可称之为动静数组。

在ArrayList汇合外面能够存储任何类型的数据，而且它是一个程序容器，寄存的数据程序就是和咱们放入的程序是统一的，而且它还容许咱们放入null元素。

继承体系

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{...}

ArrayList实现了List，提供了根底的增加、删除、遍历等操作。
ArrayList实现了RandomAccess，提供了随机拜访的能力。
ArrayList实现了Cloneable，能够被克隆。
ArrayList实现了Serializable，能够被序列化。

源码解析

属性

/** * 默认容量 */private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;/** * 空数组，如果传入的容量为0时应用 */private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};/** * 空数组，传传入容量时应用，增加第一个元素的时候会从新初始为默认容量大小 */private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};/** * 存储元素的数组 */transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access/** * 汇合中元素的个数 */private int size;

（1）DEFAULT_CAPACITY：默认容量为10，也就是通过new ArrayList()创立时的默认容量。

（2）EMPTY_ELEMENTDATA：空的数组，这种是通过new ArrayList(0)创立时用的是这个空数组。

（3）DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA：也是空数组，这种是通过new ArrayList()创立时用的是这个空数组，与EMPTY_ELEMENTDATA的区别是在增加第一个元素时应用这个空数组的会初始化为DEFAULT_CAPACITY（10）个元素。

（4）elementData：真正寄存元素的中央。

（5）size：真正存储元素的个数，而不是elementData数组的长度。

为什么ArrayList的elementData数组要加上transient润饰?

因为ArrayList有主动扩容机制，所以ArrayList的elementData数组大小往往比现有的元素数量大，如果不加transient间接序列化的话会把数组中空余的地位也序列化了，节约不少的空间。

ArrayList中重写了序列化和反序列化对应的writeObject和readObject办法，在遍历数组元素时，以 size 作为完结标记，只序列化ArrayList中曾经存在的元素。

ArrayList(int initialCapacity)构造方法

public ArrayList(int initialCapacity) {    if (initialCapacity > 0) {        // 如果传入的初始容量大于0，就新建一个数组存储元素        this.elementData = new Object[initialCapacity];    } else if (initialCapacity == 0) {        // 如果传入的初始容量等于0，应用空数组EMPTY_ELEMENTDATA        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;    } else {        // 如果传入的初始容量小于0，抛出异样        throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: " + initialCapacity);    }}

ArrayList()构造方法

public ArrayList() {    // 如果没有传入初始容量，则应用空数组DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA    // 应用这个数组是在增加第一个元素的时候会扩容到默认大小10    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;}

ArrayList 构造方法

/*** 把传入汇合的元素初始化到ArrayList中*/public ArrayList(Collection<? extends E> c) {    // 汇合转数组    elementData = c.toArray();    if ((size = elementData.length) != 0) {        // 查看c.toArray()返回的是不是Object[]类型，如果不是，从新拷贝成Object[].class类型        if (elementData.getClass() != Object[].class)            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);    } else {        // 如果c的空集合，则初始化为空数组EMPTY_ELEMENTDATA        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;    }}

add(E e)办法

增加元素到开端，均匀工夫复杂度为O(1)。

public boolean add(E e) {    // 查看是否须要扩容    ensureCapacityInternal(size + 1);    // 把元素插入到最初一位    elementData[size++] = e;    return true;}private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));}private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {    // 如果是空数组DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA，就初始化为默认大小10    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {        return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);    }    return minCapacity;}private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {    modCount++;    if (minCapacity - elementData.length > 0)        // 扩容        grow(minCapacity);}private void grow(int minCapacity) {    int oldCapacity = elementData.length;    // 新容量为旧容量的1.5倍    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);    // 如果新容量发现比须要的容量还小，则以须要的容量为准    if (newCapacity - minCapacity < 0)        newCapacity = minCapacity;    // 如果新容量曾经超过最大容量了，则应用最大容量    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);    // 以新容量拷贝进去一个新数组    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);}

add(int index, E element)办法

增加元素到指定地位，均匀工夫复杂度为O(n)。

public void add(int index, E element) {    // 查看是否越界    rangeCheckForAdd(index);    // 查看是否须要扩容    ensureCapacityInternal(size + 1);    // 将inex及其之后的元素往后挪一位，则index地位处就空进去了    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,                     size - index);    // 将元素插入到index的地位    elementData[index] = element;    // 大小增1    size++;}private void rangeCheckForAdd(int index) {    if (index > size || index < 0)        throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));}

ArrayList在新增的时候为什么慢？

通过以上的源码，咱们能够看出ArrayList有指定index新增，也有间接新增的，在这之前他会有一步校验长度的判断ensureCapacityInternal，就是说如果长度不够，是须要扩容的。

在扩容的时候，老版本的jdk和8当前的版本是有区别的，8之后的效率更高了，采纳了位运算，右移一位，其实就是除以2这个操作。int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);新增后的数组容量是旧数组容量的1.5倍。

指定地位新增的时候，在校验之后的操作很简略，就是数组的copy，System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index);，为了更好的解释，这里画个图，如下：

比方有上面这样一个数组我须要在index 4 的地位去新增一个元素 a

从代码外面咱们能够看到，它复制了一个数组，是从index 4 的地位开始的，而后把它放在了index 4+1 的地位

给咱们要新增的元素腾出了地位，而后在index的地位放入元素a就实现了新增的操作了。

这只是在一个这么小的List外面操作，要是我去一个几百几千几万大小的List新增一个元素，那就须要前面所有的元素都复制，而后如果再波及到扩容啥的就更慢了不是嘛。

addAll 办法

求两个汇合的并集。

/*** 将汇合c中所有元素增加到以后ArrayList中*/public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {    // 将汇合c转为数组    Object[] a = c.toArray();    int numNew = a.length;    // 查看是否须要扩容    ensureCapacityInternal(size + numNew);    // 将c中元素全副拷贝到数组的最初    System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);    // 大小减少c的大小    size += numNew;    // 如果c不为空就返回true，否则返回false    return numNew != 0;}

get(int index)办法

获取指定索引地位的元素，工夫复杂度为O(1)。

public E get(int index) {    // 查看是否越界    rangeCheck(index);    // 返回数组index地位的元素    return elementData(index);}private void rangeCheck(int index) {    if (index >= size)        throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));}E elementData(int index) {    return (E) elementData[index];}

（1）查看索引是否越界，这里只查看是否越上界，如果越上界抛出IndexOutOfBoundsException异样，如果越下界抛出的是ArrayIndexOutOfBoundsException异样。

（2）返回索引地位处的元素；

remove(int index)办法

删除指定索引地位的元素，工夫复杂度为O(n)。

public E remove(int index) {    // 查看是否越界    rangeCheck(index);    modCount++;    // 获取index地位的元素    E oldValue = elementData(index);    // 如果index不是最初一位，则将index之后的元素往前挪一位    int numMoved = size - index - 1;    if (numMoved > 0)        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);    // 将最初一个元素删除，帮忙GC    elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work    // 返回旧值    return oldValue;}

remove(Object o)办法

删除指定元素值的元素，工夫复杂度为O(n)。

public boolean remove(Object o) {    if (o == null) {        // 遍历整个数组，找到元素第一次呈现的地位，并将其疾速删除        for (int index = 0; index < size; index++)            // 如果要删除的元素为null，则以null进行比拟，应用==            if (elementData[index] == null) {                fastRemove(index);                return true;            }    } else {        // 遍历整个数组，找到元素第一次呈现的地位，并将其疾速删除        for (int index = 0; index < size; index++)            // 如果要删除的元素不为null，则进行比拟，应用equals()办法            if (o.equals(elementData[index])) {                fastRemove(index);                return true;            }    }    return false;}private void fastRemove(int index) {    // 少了一个越界的查看    modCount++;    // 如果index不是最初一位，则将index之后的元素往前挪一位    int numMoved = size - index - 1;    if (numMoved > 0)        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);    // 将最初一个元素删除，帮忙GC    elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work}

（1）找到第一个等于指定元素值的元素；

（2）疾速删除，fastRemove(int index)绝对于remove(int index)少了查看索引越界的操作。

retainAll办法

求两个汇合的交加。

public boolean retainAll(Collection<?> c) {    // 汇合c不能为null    Objects.requireNonNull(c);    // 调用批量删除办法，这时complement传入true，示意删除不蕴含在c中的元素    return batchRemove(c, true);}/*** 批量删除元素* complement为true示意删除c中不蕴含的元素* complement为false示意删除c中蕴含的元素*/private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {    final Object[] elementData = this.elementData;    // 应用读写两个指针同时遍历数组    // 读指针每次自增1，写指针放入元素的时候才加1    // 这样不须要额定的空间，只须要在原有的数组上操作就能够了    int r = 0, w = 0;    boolean modified = false;    try {        // 遍历整个数组，如果c中蕴含该元素，则把该元素放到写指针的地位（以complement为准）        for (; r < size; r++)            if (c.contains(elementData[r]) == complement)                elementData[w++] = elementData[r];    } finally {        // 失常来说r最初是等于size的，除非c.contains()抛出了异样        if (r != size) {            // 如果c.contains()抛出了异样，则把未读的元素都拷贝到写指针之后            System.arraycopy(elementData, r,                             elementData, w,                             size - r);            w += size - r;        }        if (w != size) {            // 将写指针之后的元素置为空，帮忙GC            for (int i = w; i < size; i++)                elementData[i] = null;            modCount += size - w;            // 新大小等于写指针的地位（因为每写一次写指针就加1，所以新大小正好等于写指针的地位）            size = w;            modified = true;        }    }    // 有批改返回true    return modified;}

（1）遍历elementData数组；

（2）如果元素在 c 中，则把这个元素增加到 elementData 数组的 w 地位并将 w 地位往后移一位；

（3）遍历完之后，w 之前的元素都是两者共有的，w 之后（蕴含）的元素不是两者共有的；

（4）将 w 之后（蕴含）的元素置为null，不便 GC 回收；

removeAll

求两个汇合的单方向差集，只保留以后汇合中不在c中的元素，不保留在c中不在以后个体中的元素。

public boolean removeAll(Collection<?> c) {    // 汇合c不能为空    Objects.requireNonNull(c);    // 同样调用批量删除办法，这时complement传入false，示意删除蕴含在c中的元素    return batchRemove(c, false);}

与retainAll(Collection<?> c)办法相似，只是这里保留的是不在c中的元素。

总结

（1）ArrayList外部应用数组存储元素，扩容时，每次加一半的空间，ArrayList不会进行缩容。

（2）ArrayList反对随机拜访，通过索引拜访元素极快，工夫复杂度为O(1)。

（3）ArrayList增加元素到尾部极快，均匀工夫复杂度为O(1)。

（4）ArrayList增加元素到两头比较慢，因为要搬移元素，均匀工夫复杂度为O(n)。

（5）ArrayList从尾部删除元素极快，工夫复杂度为O(1)。

（6）ArrayList从两头删除元素比较慢，因为要搬移元素，均匀工夫复杂度为O(n)。

（7）ArrayList反对求并集，调用addAll(Collection<? extends E> c)办法即可。

（8）ArrayList反对求交加，调用retainAll(Collection<? extends E> c)办法即可。

（7）ArrayList反对求单向差集，调用removeAll(Collection<? extends E> c)办法即可。