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概念
ArrayList是一个其容量能够 动态增长 的动态数组
继承关系图：
源码
我们从源码角度看一下：
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{
// 默认容量大小
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
// 指定 ArrayList 容量为 0 时返回该数组
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 当没有指定 ArrayList 容量时返回该数组
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 存放数据
transient Object[] elementData;
//ArrayList 中元素数量
private int size;总结
- ArrayList 的默认容量为
10 - ArrayList 的底层其实就是一个数组，用
elementData数组存放数据
注意：可以看到 elementData 被 transient 标识，代表 elementData 无法被序列化，为什么要这么设置呢？
因为 elementData 里面不是所有的元素都有数据，因为容量的问题，elementData 里面有一些元素是空的，这种是没有必要序列化的。
ArrayList 的序列化和反序列化依赖 writeObject 和 readObject 方法来实现。可以避免序列化空的元素。
构造器
// 构造一个初始容量为 10 的空数组
public ArrayList() {this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;}
// 构造一个具有初始容量值的空数组
public ArrayList(int initialCapacity) {if (initialCapacity > 0) {this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;} else {throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity:"+initialCapacity);
}
}
// 构造一个包含指定元素的数组
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {elementData = c.toArray();
if ((size = elementData.length) != 0) {// c.toArray 可能不会返回 Object[]（注释是这样说的），所以这里要判断一下类型
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// 如果传入的 c 长度为 0，则替换成空数组
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}构造函数很简单，这里就不多说了！
添加
/*
* 添加元素到集合中
*/
public boolean add(E e) {ensureCapacityInternal(size + 1);// 判断 ArrayList 是否需要扩容
elementData[size++] = e;
return true;
}
/* 判断是否需要扩容——> minCapacity 是集合需要的最小容量 */
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
/* 返回添加元素后的容量大小 */
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
// 首次添加元素时，返回 minCapacity > 10 ? minCapacity : 10（首次可能使用 addAll 方法添加大量元素）if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
return minCapacity;
}
/* 判断是否需要扩容 */
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;//modCount 是继承自 AbstractList 的变量，用来表示集合被修改的次数
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
/* 扩容 */
private void grow(int minCapacity) {
int oldCapacity = elementData.length;
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);// 扩容为原来的 1.5 倍
if (newCapacity - minCapacity < 0)// 如果扩容后还是小于最小容量，则设置 minCapacity 为容量大小
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)//MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// 调用 Arrays.copyOf 生成新数组
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {if (minCapacity < 0)
throw new OutOfMemoryError();
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE;
}到目前为止，我们就可以知道 add(E e) 的基本实现了：
添加元素时，首先去检查一下数组的容量是否足够，如果不够则扩容到原来的 1.5 倍
扩容后，如果容量还是小于 minCapacity，就将容量扩充为 minCapacity
那如何在指定位置添加元素呢？很简单，直接看源码吧
/*
* 在指定位置添加元素
*/
public void add(int index, E element) {rangeCheckForAdd(index);// 参数校验
ensureCapacityInternal(size + 1);
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
private void rangeCheckForAdd(int index) {if (index > size || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}删除
- 删除指定位置元素
-
remove(int index)：根据 index 计算需要左移的元素个数，调用System.arraycopy()生成新数组
/*
* 删除 index 索引对象
*/
public E remove(int index) {rangeCheck(index);// 参数校验
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
int numMoved = size - index - 1;// 需要左移的个数
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,numMoved);
elementData[--size] = null; // 设为 null 让 JVM 回收
return oldValue;// 返回旧数据
}- 删除指定元素
-
remove(Object o)：遍历数组后，删除给定元素
/*
* 删除给定 Object 对象
*/
public boolean remove(Object o) {if (o == null) {// 删除 null 对象 -->ArrayList 可以存放 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;
}
// 跳过边界检查，无返回值
private void fastRemove(int index) {
modCount++;// 修改次数 +1
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,numMoved);
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
}- 删除给定集合中的元素
-
removeAll(Collection<?> c)：把需要移除的数据都替换掉，不需要移除的数据前移
/*
* 从 elementData 中移除包含在指定集合中的所有元素
*/
public boolean removeAll(Collection<?> c) {Objects.requireNonNull(c);// 判空——>if (c == null) throw new NullPointerException();
return batchRemove(c, false);
}
private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {final Object[] elementData = this.elementData;
int r = 0, w = 0;
boolean modified = false;
try {
// 重点是这一步：把需要移除的数据都替换掉，不需要移除的数据前移
for (; r < size; r++)
if (c.contains(elementData[r]) == complement)
elementData[w++] = elementData[r];// w 为最后要保留的元素的数量
} finally {
// 当遍历过程中抛出异常后，确保未遍历的元素可以接在后面（因为 c.contains 可能会抛出异常）if (r != size) {System.arraycopy(elementData, r,elementData, w,size - r);
w += size - r;
}
if (w != size) {
//GC 回收（后面需要保留的元素已经被移到前面来了，所以直接把 w 后面的元素设为 null）for (int i = w; i < size; i++)
elementData[i] = null;
modCount += size - w;
size = w;
modified = true;
}
}
return modified;
}注意：调用 remove 删除元素时不会减少容量，若希望减少容量则调用trimToSize()
查找
/*
* 获取 index 索引对象
*/
public E get(int index) {rangeCheck(index);// 参数校验
return elementData(index);
}
E elementData(int index) {return (E) elementData[index];
}更新
/*
* 设置 index 索引对象
*/
public E set(int index, E element) {rangeCheck(index);
E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
return oldValue;
}查找和更新逻辑很简单，这里就不多说了
更多
接下来看看其它一些辅助函数
contains
/*
* 判断集合中是否包含某元素
*/
public boolean contains(Object o) {return indexOf(o) >= 0;
}indexOf
/*
* 返回指定元素第一次出现的位置（返回 - 1 表示没有此元素）* lastIndexOf——> 同理（其实就是从后向前遍历）*/
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;
}toArray
/* 返回 Object 数组 */
//Java 不能对数组进行转型，Integer[] a = (Integer[]) objects 会抛出 ClassCastException 异常，只能一个一个转
public Object[] toArray() {return Arrays.copyOf(elementData, size);
}
/* 返回给定类型的数组 */
//Integer[] integers = list.toArray(new Integer[list.size()]);
public <T> T[] toArray(T[] a) {if (a.length < size)
return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());
System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
if (a.length > size)
a[size] = null;
return a;
}迭代器
iterator
public Iterator<E> iterator() {return new Itr();
}Itr是 ArrayList 的一个内部类
private class Itr implements Iterator<E> {
int cursor; // 下次越过的元素索引
int lastRet = -1; // 上次越过的元素索引
int expectedModCount = modCount;// 预期修改次数
Itr() {}
/* 判断是否有下一个元素 */
public boolean hasNext() {return cursor != size;}
/* 向后遍历并返回越过的元素 */
public E next() {checkForComodification();//fail-fast 机制，不允许在遍历集合时修改元素
int i = cursor;
if (i >= size)
throw new NoSuchElementException();
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length)
throw new ConcurrentModificationException();
cursor = i + 1;// 调用 next 后 cursor+1
return (E) elementData[lastRet = i];// 为 lastRet 赋值——>i 为调用 next 后越过的元素索引
}
/* 删除上次越过的元素（调用 remove 前要先调用 next）*/
public void remove() {if (lastRet < 0) //lastRet 默认为 -1
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();//fail-fast
try {ArrayList.this.remove(lastRet);// 调用 ArrayList.remove 删除元素，这时 modCount++
cursor = lastRet;
//lastRet 重新设为 -1，所以调用 remove 前要先调用 next 为 lastRet 赋值
lastRet = -1;
// 修改 expectedModCount
// 因此当你需要在遍历时删除元素时，应该使用 iterator.remove，而不是 list.remove(iterator.next());
expectedModCount = modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {throw new ConcurrentModificationException();
}
}
/* 操作未遍历的元素 */
public void forEachRemaining(Consumer<? super E> consumer) {// 这里的 consumer 是指对剩余元素的操作
Objects.requireNonNull(consumer);// 判空
final int size = ArrayList.this.size;
int i = cursor;
if (i >= size) {return;}
final Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length) {throw new ConcurrentModificationException();
}
// 对未遍历的元素进行操作
while (i != size && modCount == expectedModCount) {consumer.accept((E) elementData[i++]);
}
cursor = i;
lastRet = i - 1;
checkForComodification();}
//fail-fast
final void checkForComodification() {if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();}
}listIterator
public ListIterator<E> listIterator() {return new ListItr(0);
}ListItr也是 ArrayList 的一个内部类，它继承了 Itr 类，新添加了 hasPrevious、nextIndex、previousIndex、previous 等方法
private class ListItr extends Itr implements ListIterator<E> {//ListIterator<E> extends Iterator<E>
//new ListItr(n)代表从 n 开始遍历
ListItr(int index) {super();
cursor = index;
}
/* 判断是否有上一个元素 */
public boolean hasPrevious() {return cursor != 0;}
/* 返回下一次越过的元素索引 */
public int nextIndex() {return cursor;}
/* 返回上一次越过的元素索引 */
public int previousIndex() {return cursor - 1;}
/* 向前遍历 */
public E previous() {checkForComodification();//fail-fast
int i = cursor - 1;
if (i < 0)
throw new NoSuchElementException();
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length)
throw new ConcurrentModificationException();
cursor = i;// 向前遍历 -->cursor-1
return (E) elementData[lastRet = i];// 为 lastRet 赋值并返回越过的元素
}
/* 设置元素 */
public void set(E e) {if (lastRet < 0)// 这里也说明了调用 set 之前要先调用 next 或 previous
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();//fail-fast
try {ArrayList.this.set(lastRet, e);// 调用 ArrayList.set 方法，这里没有修改 modCount
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {throw new ConcurrentModificationException();
}
}
/* 添加元素 */
public void add(E e) {checkForComodification();//fail-fast
try {
int i = cursor;
ArrayList.this.add(i, e);// 调用 ArrayList.add 方法，modCount++
cursor = i + 1;
lastRet = -1;
expectedModCount = modCount;// 重新设置 expectedModCount
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {throw new ConcurrentModificationException();
}
}
}总结
关于 ArrayList 源码我们就看到这里，如有不当请多指教，对 HashMap 源码感兴趣的可以看下我另一篇：深入剖析 HashMap 源码
正文完