Java中ArrayList源码深入分析（JDK1.6）-优快云博客

本文详细解读了Java ArrayList类的源码，包括其构造方法、其他方法以及内部属性，如elementData和size，解释了transient关键字的作用，以及add、remove等核心方法的实现原理，帮助开发者更好地理解并应用ArrayList。

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ArrayList就是传说中的动态数组，就是Array的复杂版本，它提供了如下一些好处：动态的增加和减少元素、灵活的设置数组的大小......

认真阅读本文，我相信一定会对你有帮助。比如为什么ArrayList里面提供了一个受保护的removeRange方法？提供了其他没有被调用过的私有方法？

首先看到对ArrayList的定义：

[java]view plaincopy 
   
 publicclassArrayList<E>extendsAbstractList<E>implementsList<E>,RandomAccess,Cloneable,java.io.Serializable 

从ArrayList<E>可以看出它是支持泛型的，它继承自AbstractList，实现了List、RandomAccess、Cloneable、java.io.Serializable接口。

AbstractList提供了List接口的默认实现（个别方法为抽象方法）。

List接口定义了列表必须实现的方法。

RandomAccess是一个标记接口，接口内没有定义任何内容。

实现了Cloneable接口(标记接口，接口内没有定义任何内容)的类，可以调用Object.clone方法返回该对象的浅拷贝。

通过实现 java.io.Serializable 接口以启用其序列化功能。未实现此接口的类将无法使其任何状态序列化或反序列化。序列化接口没有方法或字段，仅用于标识可序列化的语义。

ArrayList的属性

ArrayList定义只定义类两个私有属性：

[java]view plaincopy 
   
 /** 
 *ThearraybufferintowhichtheelementsoftheArrayListarestored. 
 *ThecapacityoftheArrayLististhelengthofthisarraybuffer. 
 */ 
 privatetransientObject[]elementData; 
  
 /** 
 *ThesizeoftheArrayList(thenumberofelementsitcontains). 
 *@serial 
 */ 
 privateintsize;  

[java]view plaincopy 
   
 很容易理解，elementData存储ArrayList内的元素，size表示它包含的元素的数量。 
  
 有个关键字需要解释：transient。 
  
 Java的serialization提供了一种持久化对象实例的机制。当持久化对象时，可能有一个特殊的对象数据成员，我们不想用serialization机制来保存它。为了在一个特定对象的一个域上关闭serialization，可以在这个域前加上关键字transient。 
 ansient是Java语言的关键字，用来表示一个域不是该对象串行化的一部分。当一个对象被串行化的时候，transient型变量的值不包括在串行化的表示中，然而非transient型的变量是被包括进去的。 
  
 有点抽象，看个例子应该能明白。  

[java]view plaincopy 
   
 publicclassUserInfoimplementsSerializable{ 
 privatestaticfinallongserialVersionUID=996890129747019948L; 
 privateStringname; 
 privatetransientStringpsw; 
  
 publicUserInfo(Stringname,Stringpsw){ 
 this.name=name; 
 this.psw=psw; 
 } 
  
 publicStringtoString(){ 
 return"name="+name+",psw="+psw; 
 } 
 } 
  
 publicclassTestTransient{ 
 publicstaticvoidmain(String[]args){ 
 UserInfouserInfo=newUserInfo("张三","123456"); 
 System.out.println(userInfo); 
 try{ 
 //序列化，被设置为transient的属性没有被序列化 
 ObjectOutputStreamo=newObjectOutputStream(newFileOutputStream( 
 "UserInfo.out")); 
 o.writeObject(userInfo); 
 o.close(); 
 }catch(Exceptione){ 
 //TODO:handleexception 
 e.printStackTrace(); 
 } 
 try{ 
 //重新读取内容 
 ObjectInputStreamin=newObjectInputStream(newFileInputStream( 
 "UserInfo.out")); 
 UserInforeadUserInfo=(UserInfo)in.readObject(); 
 //读取后psw的内容为null 
 System.out.println(readUserInfo.toString()); 
 }catch(Exceptione){ 
 //TODO:handleexception 
 e.printStackTrace(); 
 } 
 } 
 } 

  name=张三, psw=123456
 name=张三, psw=null
 

  

 

被标记为transient的属性在对象被序列化的时候不会被保存。

接着回到ArrayList的分析中......

ArrayList的构造方法

看完属性看构造方法。ArrayList提供了三个构造方法：

[java]view plaincopy 
   
  /** 
 *Constructsanemptylistwiththespecifiedinitialcapacity. 
 */ 
 publicArrayList(intinitialCapacity){ 
 super(); 
 if(initialCapacity<0) 
 thrownewIllegalArgumentException("IllegalCapacity:"+initialCapacity);  
 this.elementData=newObject[initialCapacity]; 
 } 
  
 /** 
 *Constructsanemptylistwithaninitialcapacityoften. 
 */ 
 publicArrayList(){  
 this(10); 
 } 
  
 /** 
 *Constructsalistcontainingtheelementsofthespecified 
 *collection,intheordertheyarereturnedbythecollection's 
 *iterator. 
 */ 
 publicArrayList(Collection<?extendsE>c){ 
 elementData=c.toArray(); 
 size=elementData.length; 
 //c.toArraymight(incorrectly)notreturnObject[](see6260652) 
 if(elementData.getClass()!=Object[].class) 
 elementData=Arrays.copyOf(elementData,size,Object[].class); 
 }  

     elementData=Arrays.copyOf(elementData,size,Object[].class)

      public static <T,U> T[] copyOf(U[]original, intnewLength, Class<? extends T[]>newType)

复制指定的数组，截取或用 null 填充（如有必要），以使副本具有指定的长度。对于在原数组和副本中都有效的所有索引，这两个数组将包含相同的值。对于在副本中有效而在原数组无效的所有索引，副本将包含 null。当且仅当指定长度大于原数组的长度时，这些索引存在。所得数组属于 newType 类。

参数：

original - 要复制的数组

newLength - 要返回的副本的长度

newType - 要返回的副本的类

返回：

原数组的副本，截取或用 null 填充以获得指定的长度

第一个构造方法使用提供的initialCapacity来初始化elementData数组的大小。

第二个构造方法调用第一个构造方法并传入参数10，即默认elementData数组的大小为10。

第三个构造方法则将提供的集合转成数组返回给elementData（返回若不是Object[]将调用Arrays.copyOf方法将其转为Object[]）。

ArrayList的其他方法

add(E e)

add(E e)都知道是在尾部添加一个元素，如何实现的呢？

[java]view plaincopy 
   
 publicbooleanadd(Ee){ 
 ensureCapacity(size+1);//IncrementsmodCount!! 
 elementData[size++]=e; 
 returntrue; 
 } 

书上都说ArrayList是基于数组实现的，属性中也看到了数组，具体是怎么实现的呢？

比如就这个添加元素的方法，如果数组大，则在将某个位置的值设置为指定元素即可，如果数组容量不够了呢？

看到add(E e)中先调用了ensureCapacity(size+1)方法，之后将元素的索引赋给elementData[size]，而后size自增。

例如初次添加时，size为0，add将elementData[0]赋值为e，然后size设置为1（类似执行以下两条语句elementData[0]=e;size=1）。

将元素的索引赋给elementData[size]不是会出现数组越界的情况吗？这里关键就在ensureCapacity(size+1)中了。

根据ensureCapacity的方法名可以知道是确保容量用的。

ensureCapacity(size+1)后面的注释可以明白是增加modCount的值（加了俩感叹号，应该蛮重要的，来看看）。

[java]view plaincopy 
   
  /** 
 *Increasesthecapacityofthis<tt>ArrayList</tt>instance,if 
 *necessary,toensurethatitcanholdatleastthenumberofelements 
 *specifiedbytheminimumcapacityargument. 
 * 
 *@paramminCapacitythedesiredminimumcapacity 
 */ 
 publicvoidensureCapacity(intminCapacity){ 
 modCount++; 
 intoldCapacity=elementData.length; 
 if(minCapacity>oldCapacity){ 
 ObjectoldData[]=elementData; 
 intnewCapacity=(oldCapacity*3)/2+1; 
 if(newCapacity<minCapacity) 
 newCapacity=minCapacity; 
  //minCapacityisusuallyclosetosize,sothisisawin: 
  elementData=Arrays.copyOf(elementData,newCapacity); 
  } 
 } 

The number of times this list has been structurally modified.

这是对modCount的解释，意为记录list结构被改变的次数（观察源码可以发现每次调用ensureCapacoty方法，modCount的值都将增加，但未必数组结构会改变，所以感觉对modCount的解释不是很到位）。

增加modCount之后，判断minCapacity（即size+1）是否大于oldCapacity（即elementData.length），若大于，则调整容量为 max((oldCapacity*3)/2+1 , minCapacity )，调整elementData容量为新的容量，即将返回一个内容为原数组元素，大小为新容量的新数组赋给elementData；否则不做操作。

所以调用ensureCapacity至少将elementData的容量增加的1，所以elementData[size]不会出现越界的情况。

容量的拓展将导致数组元素的复制，多次拓展容量将执行多次整个数组内容的复制。若提前能大致判断list的长度，调用ensureCapacity调整容量，将有效的提高运行速度。

可以理解提前分配好空间可以提高运行速度，但是测试发现提高的并不是很大，而且若list原本数据量就不会很大效果将更不明显。

add(int index, E element)

add(int index,E element)在指定位置插入元素。

[java]view plaincopy 
   
 publicvoidadd(intindex,Eelement){ 
 if(index>size||index<0) 
 thrownewIndexOutOfBoundsException("Index:"+index+",Size:"+size);  
  
 ensureCapacity(size+1);//IncrementsmodCount!! 
 System.arraycopy(elementData,index,elementData,index+1, size-index);  
 elementData[index]=element; 
 size++; 
 }  

      System.arraycopy

     public static void arraycopy(Objectsrc, intsrcPos,  Objectdest, intdestPos,  intlength)

src - 源数组。 srcPos - 源数组中的起始位置。 dest - 目标数组。 destPos - 目标数据中的起始位置。 length - 要复制的数组元素的数量。

首先判断指定位置index是否超出elementData的界限，之后调用ensureCapacity调整容量（若容量足够则不会拓展），调用System.arraycopy将elementData从index开始的size-index个元素复制到index+1至size+1的位置（即index开始的元素都向后移动一个位置），然后将index位置的值指向element。

addAll(Collection<? extends E> c)

[java]view plaincopy 
   
 publicbooleanaddAll(Collection<?extendsE>c){ 
 Object[]a=c.toArray(); 
 intnumNew=a.length; 
 ensureCapacity(size+numNew);//IncrementsmodCount 
  System.arraycopy(a,0,elementData,size,numNew); 
  size+=numNew; 
 returnnumNew!=0; 
 } 

先将集合c转换成数组，根据转换后数组的程度和ArrayList的size拓展容量，之后调用System.arraycopy方法复制元素到elementData的尾部，调整size。根据返回的内容分析，只要集合c的大小不为空，即转换后的数组长度不为0则返回true。

addAll(int index,Collection<? extends E> c)

[java]view plaincopy 
   
 publicbooleanaddAll(intindex,Collection<?extendsE>c){ 
 if(index>size||index<0) 
 thrownewIndexOutOfBoundsException("Index:"+index+",Size:"+size);  
 Object[]a=c.toArray(); 
 intnumNew=a.length; 
 ensureCapacity(size+numNew);//IncrementsmodCount 
  
 intnumMoved=size-index; 
 if(numMoved>0) 
 System.arraycopy(elementData,index,elementData,index+numNew,numMoved);  
  
  System.arraycopy(a,0,elementData,index,numNew); 
 size+=numNew; 
 returnnumNew!=0; 
 } 

先判断index是否越界。其他内容与addAll(Collection<? extends E> c)基本一致，只是复制的时候先将index开始的元素向后移动X

（c转为数组后的长度）个位置（也是一个复制的过程），之后将数组内容复制到elementData的index位置至index+X。

clear()

[java]view plaincopy 
   
 publicvoidclear(){ 
 modCount++; 
  
 //Letgcdoitswork 
 for(inti=0;i<size;i++) 
 elementData[i]=null; 
  
 size=0; 
 } 

clear的时候并没有修改elementData的长度（好不容易申请、拓展来的，凭什么释放，留着搞不好还有用呢。这使得确定不再修改list内容之后最好调用trimToSize来释放掉一些空间），只是将所有元素置为null，size设置为0。

clone()

返回此 ArrayList 实例的浅表副本。（不复制这些元素本身。）

[java]view plaincopy 
   
 publicObjectclone(){ 
 try{ 
 ArrayList<E>v=(ArrayList<E>)super.clone(); 
 v.elementData=Arrays.copyOf(elementData,size); 
 v.modCount=0; 
 returnv; 
 }catch(CloneNotSupportedExceptione){ 
 //thisshouldn'thappen,sinceweareCloneable 
 thrownewInternalError(); 
 } 
 } 

调用父类的clone方法返回一个对象的副本，将返回对象的elementData数组的内容赋值为原对象elementData数组的内容，将副本的modCount设置为0。

contains(Object)

[html]view plaincopy 
   
 publicbooleancontains(Objecto){ 
 returnindexOf(o)>=0; 
 } 

indexOf方法返回值与0比较来判断对象是否在list中。接着看indexOf。

indexOf(Object)

[java]view plaincopy 
   
 publicintindexOf(Objecto){ 
 if(o==null){ 
 for(inti=0;i<size;i++) 
  if(elementData[i]==null) 
  returni; 
 }else{ 
 for(inti=0;i<size;i++) 
  if(o.equals(elementData[i])) 
  returni; 
 } 
 return-1; 
 }  

通过遍历elementData数组来判断对象是否在list中，若存在，返回index（[0,size-1]），若不存在则返回-1。所以contains方法可以通过indexOf(Object)方法的返回值来判断对象是否被包含在list中。

既然看了indexOf(Object)方法，接着就看lastIndexOf，光看名字应该就明白了返回的是传入对象在elementData数组中最后出现的index值。

[java]view plaincopy 
   
 publicintlastIndexOf(Objecto){ 
 if(o==null){ 
 for(inti=size-1;i>=0;i--) 
 if(elementData[i]==null) 
 returni; 
 }else{ 
 for(inti=size-1;i>=0;i--) 
 if(o.equals(elementData[i])) 
 returni; 
 } 
 return-1; 
  } 

采用了从后向前遍历element数组，若遇到Object则返回index值，若没有遇到，返回-1。

get(int index)

这个方法看着很简单，应该是返回elementData[index]就完了。

[java]view plaincopy 
   
 publicEget(intindex){ 
 RangeCheck(index); 
  return(E)elementData[index];  
 } 

但看代码的时候看到调用了RangeCheck方法，而且还是大写的方法，看看究竟有什么内容吧。

[java]view plaincopy 
   
 /** 
 *Checksifthegivenindexisinrange. 
 */ 
 privatevoidRangeCheck(intindex){ 
 if(index>=size) 
 thrownewIndexOutOfBoundsException("Index:"+index+",Size:"+size);  
 }  

就是检查一下是不是超出数组界限了，超出了就抛出IndexOutBoundsException异常。为什么要大写呢？？？

isEmpty()

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

直接返回size是否等于0。

remove(int index)

[java]view plaincopy 
   
 publicEremove(intindex){ 
 RangeCheck(index); 
 modCount++; 
 EoldValue=(E)elementData[index]; 
 intnumMoved=size-index-1; 
 if(numMoved>0) 
 System.arraycopy(elementData,index+1,elementData,index,numMoved);  
 elementData[--size]=null;//Letgcdoitswork 
 returnoldValue; 
 }  

首先是检查范围，修改modCount，保留将要被移除的元素，将移除位置之后的元素向前挪动一个位置，将list末尾元素置空（null），返回被移除的元素。

remove(Object o)

[java]view plaincopy 
   
 publicbooleanremove(Objecto){ 
 if(o==null){ 
  for(intindex=0;index<size;index++) 
  if(elementData[index]==null){ 
  fastRemove(index); 
  returntrue; 
 } 
 }else{ 
 for(intindex=0;index<size;index++) 
 if(o.equals(elementData[index])){ 
 fastRemove(index); 
 returntrue; 
 } 
 } 
 returnfalse; 
 }  

首先通过代码可以看到，当移除成功后返回true，否则返回false。 remove(Object o)中通过遍历element寻找是否存在传入对象，一旦找到就调用fastRemove移除对象。

为什么找到了元素就知道了index，不通过remove(index)来移除元素呢？因为fastRemove跳过了判断边界的处理，因为找到元素就相当于确定了index不会超过边界，而且fastRemove并不返回被移除的元素。

下面是fastRemove的代码，基本和remove(index)一致。

[java]view plaincopy 
   
 privatevoidfastRemove(intindex){ 
 modCount++; 
 intnumMoved=size-index-1; 
 if(numMoved>0) 
 System.arraycopy(elementData,index+1,elementData,index, 
 numMoved); 
 elementData[--size]=null;//Letgcdoitswork 
 } 

removeRange(int fromIndex,int toIndex) 从列表中移除索引在fromIndex（包括）和toIndex（不包括）之间的所有元素。

[java]view plaincopy 
   
 
   
 protectedvoidremoveRange(intfromIndex,inttoIndex){ 
 modCount++; 
 intnumMoved=size-toIndex; 
  System.arraycopy(elementData,toIndex,elementData,fromIndex,numMoved);  
  
 //Letgcdoitswork 
 intnewSize=size-(toIndex-fromIndex); 
 while(size!=newSize) 
 elementData[--size]=null; 
 } 

执行过程是将elementData从toIndex位置开始的元素向前移动到fromIndex，然后将toIndex位置之后的元素全部置空顺便修改size。

这个方法是protected，及受保护的方法，为什么这个方法被定义为protected呢？

这是一个解释，但是可能不容易看明白。http://stackoverflow.com/questions/2289183/why-is-javas-abstractlists-removerange-method-protected

先看下面这个例子

[java]view plaincopy 
   
 ArrayList<Integer>ints=newArrayList<Integer>(Arrays.asList(0,1,2,3,4,5,6));  
 //fromIndexlowendpoint(inclusive)ofthesubList 
 //toIndexhighendpoint(exclusive)ofthesubList 
 ints.subList(2,4).clear(); 
 System.out.println(ints); 

输出结果是[0, 1, 4, 5, 6]，结果是不是像调用了removeRange(int fromIndex,int toIndex)！哈哈哈，就是这样的。

但是为什么效果相同呢？是不是调用了removeRange(int fromIndex,int toIndex)呢？

(参考文章:使用java.util.List.subList时最好小心点http://www.cnblogs.com/gaojing/archive/2012/06/17/java-list-sublist-caution.html)

java.util.List中有一个subList方法，用来返回一个list的一部分的视图。

List<E> subList(int fromIndex, int toIndex);

它返回原来list的从[fromIndex, toIndex)之间这一部分的视图，之所以说是视图，是因为实际上，返回的list是靠原来的list支持的。

所以，你对原来的list和返回的list做的“非结构性修改”(non-structural changes)，都会影响到彼此对方。

所谓的“非结构性修改”，是指不涉及到list的大小改变的修改。相反，结构性修改，指改变了list大小的修改。

那么，如果涉及到结构性修改会怎么样呢？

如果发生结构性修改的是返回的子list，那么原来的list的大小也会发生变化；

而如果发生结构性修改的是原来的list（不包括由于返回的子list导致的改变），那么返回的子list语义上将会是undefined。

在AbstractList（ArrayList的父类）中，undefined的具体表现形式是抛出一个ConcurrentModificationException。

因此，如果你在调用了sublist返回了子list之后，如果修改了原list的大小，那么之前产生的子list将会失效，变得不可使用。

tips:如何删除一个list的某个区段，比如删除list的第2-5个元素？

方法是: 可以利用sublist的幕后还是原来的list的这个特性，比如

list.subList(from, to).clear();   这样就可以了。

示例代码：

public static void main(String[] args) {
        for(int i = 0; i < 5; i++){
      parentList.add(String.valueOf(i)); // 0 ,1 ,2, 3 ,4
    }
   
    List<String> subList = parentList.subList(1, 3);
    for(String s : subList){
      System.out.println(s);// 1 , 2
    }
   
    //non-structural modification by sublist, reflect parentList
    subList.set(0, "new 1"); //new 1 , 2
    for(String s : parentList){
      System.out.println(s);//0, new 1, 2, 3, 4
    }
   
    //structural modification by sublist, reflect parentList
    subList.add(String.valueOf(2.5)); //new 1 , 2 , 2.5
    for(String s : parentList){
      System.out.println(s);// 0, new 1, 2, 2.5, 3,  4
    }
   
    //non-structural modification by parentList, reflect sublist
    parentList.set(2, "new 2");// 0, new 1, new 2, 2.5, 3,  4
    for(String s : subList){
      System.out.println(s);// new 1, new 2
    }
   
    //structural modification by parentList, sublist becomes undefined(throw exception)
    parentList.add("undefine");
    for(String s : subList){
      System.out.println(s);
    }
    subList.get(0); //java.util.ConcurrentModificationException

set(int index,E element)

[java]view plaincopy 
   
 publicEset(intindex,Eelement){ 
 RangeCheck(index); 
  
 EoldValue=(E)elementData[index]; 
 elementData[index]=element; 
 returnoldValue; 
 } 

首先检查范围，用新元素替换旧元素并返回旧元素。

size()

size()方法直接返回size。

toArray() 返回包含此列表中所有元素的数组。

[java]view plaincopy 
   
 publicObject[]toArray(){ 
 returnArrays.copyOf(elementData,size); 
 } 

调用Arrays.copyOf将返回一个数组，数组内容是size个elementData的元素，即拷贝elementData从0至size-1位置的元素到新数组并返回。

toArray(T[] a)

[java]view plaincopy 
   
 public<T>T[]toArray(T[]a){ 
 if(a.length<size) 
 //Makeanewarrayofa'sruntimetype,butmycontents: 
 return(T[])Arrays.copyOf(elementData,size,a.getClass()); 
  System.arraycopy(elementData,0,a,0,size); 
 if(a.length>size) 
 a[size]=null; 
 returna; 
 } 

如果传入数组的长度小于size，返回一个新的数组，大小为size，类型与传入数组相同。

所传入数组长度与size相等，则将elementData复制到传入数组中并返回传入的数组。

若传入数组长度大于size，除了复制elementData外，还将把返回数组的第size个元素置为空。

trimToSize()

[java]view plaincopy 
   
 publicvoidtrimToSize(){ 
 modCount++; 
 intoldCapacity=elementData.length; 
 if(size<oldCapacity){ 
 elementData=Arrays.copyOf(elementData,size); 
 } 
 } 