ArrayList源码分析

分析ArrayList的源码可以帮助我们深入理解其内部实现和工作原理。下面是对Java中ArrayList的简要源码分析：

1. ArrayList的基本信息

ArrayList是Java集合框架中的一个类，它实现了List接口，是基于数组实现的动态数组。它允许快速随机访问元素，但在插入和删除元素时，性能可能会受到影响。

2. 主要成员变量

在ArrayList的源码中，有几个主要的成员变量：

private transient Object[] elementData;
private int size;
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

• elementData: 这是一个Object类型的数组，用于存储ArrayList中的元素。
• size: 这是ArrayList中当前元素的数量。
• DEFAULT_CAPACITY: 默认的初始容量，当我们不指定初始容量时，ArrayList会默认使用这个值。
• EMPTY_ELEMENTDATA: 空数组的默认值，用于在创建空ArrayList时节省内存。

3. 构造函数

ArrayList有多个构造函数，这里简单介绍一个最常见的构造函数：

public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

在构造函数中，ArrayList会初始化一个空的数组（elementData），初始容量为DEFAULT_CAPACITY（即10）。

4. 添加元素：add方法

ArrayList的add方法用于向列表末尾添加元素，如果需要，会自动扩容。

public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // 确保容量足够
    elementData[size++] = e;           // 将元素添加到数组末尾
    return true;
}

• ensureCapacityInternal(int minCapacity): 这是一个私有方法，用于确保数组的容量足够以容纳指定的最小元素数。如果当前容量不够，则会进行扩容。
• elementData[size++] = e;: 将元素添加到数组末尾，并将size（当前元素数量）递增。

5. 扩容机制：ensureCapacityInternal方法

当添加元素时，如果当前容量不足，就需要扩展数组。以下是ensureCapacityInternal方法的简化版本：

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;  // 结构修改次数
    // 如果需要扩容
    if (minCapacity - elementData.length > 0) {
        grow(minCapacity);
    }
}

private void grow(int minCapacity) {
    int oldCapacity = elementData.length;
    // 扩展后的容量为旧容量的1.5倍
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    // 如果新容量仍不够，则直接使用所需的最小容量
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    // 将原数组的元素复制到新数组中
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

• ensureCapacityInternal方法会根据需要进行扩容操作，如果当前容量不够，则调用grow方法进行扩容。
• grow方法会创建一个新的更大容量的数组，并将原数组中的元素复制到新数组中。

6. 获取元素：get方法

ArrayList的get方法用于获取指定位置的元素：

public E get(int index) {
    rangeCheck(index);  // 检查索引是否合法
    return elementData(index);
}

• rangeCheck(int index): 检查索引是否在有效范围内，如果不在范围内会抛出IndexOutOfBoundsException。
• elementData(int index): 返回指定索引位置的元素。

7. 删除元素：remove方法

ArrayList的remove方法用于删除指定位置的元素：

public E remove(int index) {
    rangeCheck(index);  // 检查索引是否合法
    modCount++;
    E oldValue = elementData(index);  // 获取要删除的元素
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
    elementData[--size] = null; // help GC
    return oldValue;
}

• System.arraycopy: 当删除元素后，将后续元素向前移动以填补空缺。
• elementData[--size] = null;: 将末尾的元素置为null，帮助垃圾回收器进行回收。

8. 总结

ArrayList的源码分析帮助我们理解了其内部的工作机制，特别是如何实现动态扩展和元素的增删操作。它的基于数组的实现提供了快速的随机访问能力，但在频繁插入和删除操作时可能会有性能问题。对于更深入的理解和学习，建议查阅Java官方文档以及进一步阅读相关的数据结构和算法书籍。