ArrayList源码解析

本文详细解析了Java中ArrayList的工作原理,包括构造方法、add方法、扩容机制、remove方法等核心内容。介绍了ArrayList如何进行初始化、如何在达到容量限制时进行扩容、以及删除元素时的数据移动过程。

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ArrayList源码解析

new

  1. new ArrayList()
    public ArrayList() {
      //此时为空数组
       this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
   }
   public ArrayList(int initialCapacity) {
        if (initialCapacity > 0) {
            //初始化为长度为initialCapacity的Object数组。
            this.elementData = new Object[initialCapacity];
        } else if (initialCapacity == 0) {
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        } else {
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        }
    }
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

下面都按new ArrayList()分析代码

add

  1. add(E e)
public boolean add(E e) {
        /**
        *size是类的私有变量,也就是默认为0;
        *ensureCapacityInternal方法用于对elementData扩容
        */
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;//通过下标对数组赋值
        return true;
    }
  1. ensureCapacityInternal()
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
  /**
   * 第一次add数据时elementData为{}
   */
      if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        //DEFAULT_CAPACITY=10,默认扩充为10个长度的数组
          minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
      }
      /**
       * 扩容
       */
      ensureExplicitCapacity(minCapacity);
  }
  1. ensureExplicitCapacity()
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
         modCount++;

         /**
          * 如果需要扩容的长度>数组容量,则扩容。
          * elementData.length:数组容量
          * size:elementData中存放的数据个数
          */
         // overflow-conscious code
         if (minCapacity - elementData.length > 0)
           //扩容的具体代码
             grow(minCapacity);
     }
  1. grow()
private void grow(int minCapacity) {
    // overflow-conscious code
  //原数据容量,第一扩容时oldCapacity=0
    int oldCapacity = elementData.length;
    //新容量为原容量+原容量的一半(1.5*oldCapacity)。
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    //newCapacity可能为负值
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    /**
     * MAX_ARRAY_SIZE=Integer.Integer.MAX_VALUE - 8
     * 如果新容量大于MAX_ARRAY_SIZE,将数组扩展到最大长度。
     */
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
    //复制数据,最耗性能的地方
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
    if (minCapacity < 0) // overflow
        throw new OutOfMemoryError();
    return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
        Integer.MAX_VALUE :
        MAX_ARRAY_SIZE;
}

由这段代码可知,当size=MAX_ARRAY_SIZE/Integer.MAX_VALUE,再增加数据就越界了。

remove

public E remove(int index) {
        rangeCheck(index);

        modCount++;
        //获取原始值
        E oldValue = elementData(index);
        //要移动的数据量,删除数据后会将后面的数据前移一位
        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)
            //移动数据
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);
        /**
        *将原来最后一位数据设置为null,确保可以GC可以回收数据
        *(只有在最后一位的数据被删除后,GC发生时才有可能回收最后一位指向的对象)。
        */
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

        return oldValue;
    }

还有public boolean remove(Object o)方法,和上面的remove基本相同,只是不返回原值。

总结

扩容会开辟新空间,并copy原值到新空间中;删除涉及到数据的移动;这两者都比较耗性能,最好是声明恰当的数据长度。如果程序中不能用下标定位数据,或删除较频繁时,可以考虑使用LinkedList。

ArrayList是Java集合框架中的一个类,它实现了List接口,可以用来存储一组对象,这些对象可以是任意类型。 下面是ArrayList源码解析: 1. 成员变量 ```java /** * Default initial capacity. */ private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; /** * Shared empty array instance used for empty instances. */ private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {}; /** * Shared empty array instance used for default sized empty instances. We * distinguish this from EMPTY_ELEMENTDATA to know how much to inflate when * first element is added. */ private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; /** * The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored. * The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. Any * empty ArrayList with elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA * will be expanded to DEFAULT_CAPACITY when the first element is added. */ transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access /** * The size of the ArrayList (the number of elements it contains). * * @serial */ private int size; ``` ArrayList有三个成员变量,分别是DEFAULT_CAPACITY、EMPTY_ELEMENTDATA和DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA。DEFAULT_CAPACITY表示默认的容量大小,EMPTY_ELEMENTDATA是一个空数组,DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA也是一个空数组,但它会在第一次添加元素时扩容为DEFAULT_CAPACITY大小。elementData是一个Object类型的数组,用于存储ArrayList中的元素,size表示ArrayList中元素的数量。 2. 构造方法 ```java /** * Constructs an empty list with an initial capacity of ten. */ public ArrayList() { this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA; } /** * Constructs a list containing the elements of the specified * collection, in the order they are returned by the collection's * iterator. * * @param c the collection whose elements are to be placed into this list * @throws NullPointerException if the specified collection is null */ public ArrayList(Collection<? extends E> c) { elementData = c.toArray(); if ((size = elementData.length) != 0) { // defend against c.toArray (incorrectly) not returning Object[] // (see e.g. https://bugs.openjdk.java.net/browse/JDK-6260652) if (elementData.getClass() != Object[].class) elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); } else { // replace with empty array. this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; } } /** * Constructs an empty list with the specified initial capacity. * * @param initialCapacity the initial capacity of the list * @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity * is negative */ 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); } } ``` ArrayList提供了三个构造方法。第一个构造方法是无参的构造方法,它将elementData赋值为DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA。第二个构造方法接收一个Collection类型的参数c,它将参数c中的元素转为数组并将其赋值给elementData。第三个构造方法接收一个int类型的参数initialCapacity,它根据参数initialCapacity的值创建一个Object类型的数组并将其赋值给elementData。 3. 常用方法 常用方法包括add()、get()、set()、remove()、size()等。 add()方法用于在ArrayList中添加一个元素,如果elementData的容量不足,就需要进行扩容。扩容的方式是将elementData数组的大小增加50%。 get()方法用于获取ArrayList中指定位置的元素。 set()方法用于将ArrayList中指定位置的元素替换为指定的元素。 remove()方法用于删除ArrayList中指定位置的元素。 size()方法用于获取ArrayList中元素的数量。 4. 总结 ArrayList是Java集合框架中的一个类,它实现了List接口,可以用来存储一组对象。ArrayList源码解析包括成员变量、构造方法和常用方法。掌握ArrayList源码可以帮助我们更好地理解它的实现原理,从而更加灵活地应用它。
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