容器List之ArrayList详解
目录
- 什么是ArrayList？
- 源码解析
- 类属性
- 构造方法：
- 类方法
@
什么是ArrayList？
ArrayList是Java集合常用的数据结构之一，继承自AbstractList，实现了List，RandomAccess、Cloneable、Serializable等一系列接口，支持快速访问，复制和序列化。底层是基于数组实现容量大小动态变化，允许null值存在。
默认size的初始大小为10：
扩容公式为
当前容量长度*1.5
即：默认长度为10
第一次扩充后的长度为15
第二次扩充后的长度为22
第三次扩从后的长度为33
源码解析
源代码解析原博客在这里更详细请点击！
类属性
/**
* 序列号
*/
private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
/**
* 默认容量
*/
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
/**
* 一个空数组
* 当用户指定该 ArrayList 容量为 0 时，返回该空数组
*/
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
* 一个空数组实例
* - 当用户调用无参构造函数，返回的是该数组==>刚创建一个 ArrayList 时，其内数据量为 0。
* - 当用户第一次添加元素时，该数组将会扩容，变成默认容量为 10(DEFAULT_CAPACITY) 的一个数组===>通过 ensureCapacityInternal() 实现
* 它与 EMPTY_ELEMENTDATA 的区别就是：该数组是默认返回的，而后者是在用户指定容量为 0 时返回
*/
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
* ArrayList基于数组实现，用该数组保存数据, ArrayList 的容量就是该数组的长度
* - 该值为 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 时，当第一次添加元素进入 ArrayList 中时，数组将扩容值 DEFAULT_CAPACITY(10)
*/
transient Object[] elementData;
/**
* ArrayList实际存储的数据数量
*/
private int size; 构造方法：
/**
* 创建一个具有初试容量的ArrayList
* @param initialCapacity 初始容量
* @throws IllegalArgumentException 当初试容量值非法(小于0)时抛出
*/
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);
}
}
/**
* 无参构造函数：
* - 创建一个 空的 ArrayList，此时其内数组缓冲区 elementData = {}, 长度为 0
* - 当元素第一次被加入时，扩容至默认容量 10
*/
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
/**
* 创建一个包含collection的ArrayList
* @param c 要放入 ArrayList 中的集合，其内元素将会全部添加到新建的 ArrayList 实例中
* @throws NullPointerException 当参数 c 为 null 时抛出异常
*/
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
//将集合转化成Object[]数组
elementData = c.toArray();
//把转化后的Object[]数组长度赋值给当前ArrayList的size，并判断是否为0
if ((size = elementData.length) != 0) {
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
// 这句话意思是：c.toArray 可能不会返回 Object[]，可以查看 java 官方编号为 6260652 的 bug
if (elementData.getClass() != Object[].class)
// 若 c.toArray() 返回的数组类型不是 Object[]，则利用 Arrays.copyOf(); 来构造一个大小为 size 的 Object[] 数组
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// 替换空数组
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}类方法
/**
* 将数组缓冲区大小调整到实际 ArrayList 存储元素的大小，即 elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
* - 该方法由用户手动调用，以减少空间资源浪费的目的 ce.
*/
public void trimToSize() {
// modCount 是 AbstractList 的属性值：protected transient int modCount = 0;
// [问] modCount 有什么用？
modCount++;
// 当实际大小 < 数组缓冲区大小时
// 如调用默认构造函数后，刚添加一个元素，此时 elementData.length = 10，而 size = 1
// 通过这一步，可以使得空间得到有效利用，而不会出现资源浪费的情况
if (size < elementData.length) {
// 注意这里：这里的执行顺序不是 (elementData = (size == 0) ) ? EMPTY_ELEMENTDATA : Arrays.copyOf(elementData, size);
// 而是：elementData = ((size == 0) ? EMPTY_ELEMENTDATA : Arrays.copyOf(elementData, size));
// 这里是运算符优先级的语法
// 调整数组缓冲区 elementData，变为实际存储大小 Arrays.copyOf(elementData, size)
//先判断size是否为0，如果为0:实际存储为EMPTY_ELEMENTDATA,如果有数据就是Arrays.copyOf(elementData, size)
elementData = (size == 0)
? EMPTY_ELEMENTDATA
: Arrays.copyOf(elementData, size);
}
}
/**
* 指定 ArrayList 的容量
* @param minCapacity 指定的最小容量
*/
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
// 最小扩充容量，默认是 10
//这句就是：判断是不是空的ArrayList,如果是的最小扩充容量10，否则最小扩充量为0
//上面无参构造函数创建后，当元素第一次被加入时，扩容至默认容量 10,就是靠这句代码
int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
? 0
: DEFAULT_CAPACITY;
// 若用户指定的最小容量 > 最小扩充容量，则以用户指定的为准，否则还是 10
if (minCapacity > minExpand) {
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
}
/**
* 私有方法：明确 ArrayList 的容量，提供给本类使用的方法
* - 用于内部优化，保证空间资源不被浪费：尤其在 add() 方法添加时起效
* @param minCapacity 指定的最小容量
*/
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
// 若 elementData == {}，则取 minCapacity 为 默认容量和参数 minCapacity 之间的最大值
// 注：ensureCapacity() 是提供给用户使用的方法，在 ArrayList 的实现中并没有使用
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity= Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
/**
* 私有方法：明确 ArrayList 的容量
* - 用于内部优化，保证空间资源不被浪费：尤其在 add() 方法添加时起效
* @param minCapacity 指定的最小容量
*/
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
// 将“修改统计数”+1，该变量主要是用来实现fail-fast机制的
modCount++;
// 防止溢出代码：确保指定的最小容量 > 数组缓冲区当前的长度
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
/**
* 数组缓冲区最大存储容量
* - 一些 VM 会在一个数组中存储某些数据--->为什么要减去 8 的原因
* - 尝试分配这个最大存储容量，可能会导致 OutOfMemoryError(当该值 > VM 的限制时)
*/
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
/**
* 私有方法：扩容，以确保 ArrayList 至少能存储 minCapacity 个元素
* - 扩容计算：newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); 扩充当前容量的1.5倍
* @param minCapacity 指定的最小容量
*/
private void grow(int minCapacity) {
// 防止溢出代码
int oldCapacity = elementData.length;
// 运算符 >> 是带符号右移. 如 oldCapacity = 10,则 newCapacity = 10 + (10 >> 1) = 10 + 5 = 15
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity < 0) // 若 newCapacity 依旧小于 minCapacity
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) // 若 newCapacity 大于最大存储容量，则进行大容量分配
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
/**
* 私有方法：大容量分配，最大分配 Integer.MAX_VALUE
* @param minCapacity
*/
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}
/**
* 返回ArrayList实际存储的元素数量
*/
public int size() {
return size;
}
/**
* ArrayList是否有元素
*/
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
/**
* 是否包含o元素
*/
public boolean contains(Object o) {
// 根据 indexOf() 的值(索引值)来判断，大于等于 0 就包含
// 注意：等于 0 的情况不能漏，因为索引号是从 0 开始计数的
return indexOf(o) >= 0;
}
/**
* 顺序查找，返回元素的最低索引值(最首先出现的索引位置)
* @return 存在？最低索引值：-1
*/
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;
}
/**
* 逆序查找，返回元素的最低索引值(最首先出现的索引位置)
* @return 存在？最低索引值：-1
*/
public int lastIndexOf(Object o) {
if (o == null) {
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}
/**
* 返回 ArrayList 的 Object 数组
* - 包含 ArrayList 的所有储存元素
* - 对返回的该数组进行操作，不会影响该 ArrayList（相当于分配了一个新的数组）==>该操作是安全的
* - 元素存储顺序与 ArrayList 中的一致
*/
public Object[] toArray() {
return Arrays.copyOf(elementData, size);
}
/**
* 返回 ArrayList 元素组成的数组
* @param a 需要存储 list 中元素的数组
* 若 a.length >= list.size，则将 list 中的元素按顺序存入 a 中，然后 a[list.size] = null, a[list.size + 1] 及其后的元素依旧是 a 的元素
* 否则，将返回包含list 所有元素且数组长度等于 list 中元素个数的数组
* 注意：若 a 中本来存储有元素，则 a 会被 list 的元素覆盖，且 a[list.size] = null
* @return
* @throws ArrayStoreException 当 a.getClass() != list 中存储元素的类型时
* @throws NullPointerException 当 a 为 null 时
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
public <T> T[] toArray(T[] a) {
// 若数组a的大小 < ArrayList的元素个数,则新建一个T[]数组，
// 数组大小是"ArrayList的元素个数",并将“ArrayList”全部拷贝到新数组中
if (a.length < size)
// Make a new array of a's runtime type, but my contents:
return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());
// 若数组a的大小 >= ArrayList的元素个数,则将ArrayList的全部元素都拷贝到数组a中。
System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
if (a.length > size)
a[size] = null;
return a;
}
/**
* 获取指定位置上的元素，从0开始
*/
public E get(int index) {
rangeCheck(index);//检查是否越界
return elementData(index);
}
/**
* 设置 index 位置元素的值
* @param index 索引值
* @param element 需要存储在 index 位置的元素值
* @return 替换前在 index 位置的元素值
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
*/
public E set(int index, E element) {
rangeCheck(index);//越界检查
E oldValue = elementData(index);//获取旧数值
elementData[index] = element;
return oldValue;
}
/**
*增加指定的元素到ArrayList的最后位置
* @param e 要添加的元素
* @return
*/
public boolean add(E e) {
// 确定ArrayList的容量大小---严谨
// 注意：size + 1，保证资源空间不被浪费，
// ☆☆☆按当前情况，保证要存多少个元素，就只分配多少空间资源
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
/**
*
*在这个ArrayList中的指定位置插入指定的元素，
* - 在指定位置插入新元素，原先在 index 位置的值往后移动一位
* @param index 指定位置
* @param element 指定元素
* @throws IndexOutOfBoundsException
*/
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);//判断角标是否越界
//看上面的，size+1，保证资源空间不浪费，按当前情况，保证要存多少元素，就只分配多少空间资源
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
//第一个是要复制的数组，第二个是从要复制的数组的第几个开始，
// 第三个是复制到那，四个是复制到的数组第几个开始，最后一个是复制长度
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
/**
* 移除指定位置的元素
* index 之后的所有元素依次左移一位
* @param index 指定位置
* @return 被移除的元素
* @throws IndexOutOfBoundsException
*/
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
int numMoved = size - index - 1;//要移动的长度
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
// 将最后一个元素置空
elementData[--size] = null;
return oldValue;
}
/**
* 移除list中指定的第一个元素(符合条件索引最低的)
* 如果list中不包含这个元素，这个list不会改变
* 如果包含这个元素，index 之后的所有元素依次左移一位
* @param o 这个list中要被移除的元素
* @return
*/
public boolean remove(Object o) {
if (o == 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;
}
/**
* 快速删除第 index 个元素
* 和public E remove(int index)相比
* 私有方法，跳过检查，不返回被删除的值
* @param index 要删除的脚标
*/
private void fastRemove(int index) {
modCount++;//这个地方改变了modCount的值了
int numMoved = size - index - 1;//移动的个数
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; //将最后一个元素清除
}
/**
* 移除list中的所有元素，这个list表将在调用之后置空
* - 它会将数组缓冲区所以元素置为 null
* - 清空后，我们直接打印 list，却只会看见一个 [], 而不是 [null, null, ….] ==> toString() 和 迭代器进行了处理
*/
public void clear() {
modCount++;
// clear to let GC do its work
for (int i = 0; i < size; i++)
elementData[i] = null;
size = 0;
}
/**
* 将一个集合的所有元素顺序添加（追加）到 lits 末尾
* - ArrayList 是线程不安全的。
* - 该方法没有加锁，当一个线程正在将 c 中的元素加入 list 中，但同时有另一个线程在更改 c 中的元素，可能会有问题
* @param c 要追加的集合
* @return <tt>true</tt> ？ list 元素个数有改变时，成功：失败
* @throws NullPointerException 当 c 为 null 时
*/
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;//要添加元素的个数
ensureCapacityInternal(size + numNew); //扩容
System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
/**
* 从 List 中指定位置开始插入指定集合的所有元素,
* -list中原来位置的元素向后移
* - 并不会覆盖掉在 index 位置原有的值
* - 类似于 insert 操作，在 index 处插入 c.length 个元素（原来在此处的 n 个元素依次右移）
* @param index 插入指定集合的索引
* @param c 要添加的集合
* @return ？ list 元素个数有改变时，成功：失败
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
* @throws NullPointerException if the specified collection is null
*/
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
rangeCheckForAdd(index);
Object[] a = c.toArray();//是将list直接转为Object[] 数组
int numNew = a.length; //要添加集合的元素数量
ensureCapacityInternal(size + numNew); // 扩容
int numMoved = size - index;//list中要移动的数量
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
numMoved);
System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
/**
* 移除list中指定集合包含的所有元素
* @param c 要从list中移除的指定集合
* @return {@code true} if this list changed as a result of the call
* @throws ClassCastException 如果list中的一个元素的类和指定集合不兼容
* (<a href="Collection.html#optional-restrictions">optional</a>)
* @throws NullPointerException 如果list中包含一个空元素，而指定集合中不允许有空元素
*/
public boolean removeAll(Collection<?> c) {
Objects.requireNonNull(c);//判断集合是否为空，如果为空报NullPointerException
//批量移除c集合的元素，第二个参数：是否采补集
return batchRemove(c, false);
}
/**
* 返回从指定索引开始到结束的带有元素的list迭代器
*/
public ListIterator<E> listIterator(int index) {
if (index < 0 || index > size)
throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);
return new ListItr(index);
}
/**
* 返回从0索引开始到结束的带有元素的list迭代器
*/
public ListIterator<E> listIterator() {
return new ListItr(0);
}
/**
* 以一种合适的排序返回一个iterator到元素的结尾
*/
public Iterator<E> iterator() {
return new Itr();
}
/**
* Itr是AbstractList.Itr的优化版本
* 为什么会报ConcurrentModificationException异常?
* 1. Iterator 是工作在一个独立的线程中，并且拥有一个 mutex 锁。
* 2. Iterator 被创建之后会建立一个指向原来对象的单链索引表，当原来的对象数量发生变化时，
* 这个索引表的内容不会同步改变，所以当索引指针往后移动的时候就找不到要迭代的对象，
* 3. 所以按照 fail-fast 原则 Iterator 会马上抛出 java.util.ConcurrentModificationException 异常。
* 4. 所以 Iterator 在工作的时候是不允许被迭代的对象被改变的。
* 但你可以使用 Iterator 本身的方法 remove() 来删除对象，
* 5. Iterator.remove() 方法会在删除当前迭代对象的同时维护索引的一致性。
*/
private class Itr implements Iterator<E> {
int cursor; // 下一个元素返回的索引
int lastRet = -1; // 最后一个元素返回的索引 -1 if no such
int expectedModCount = modCount;
/**
* 是否有下一个元素
*/
public boolean hasNext() {
return cursor != size;
}
/**
* 返回list中的值
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
public E next() {
checkForComodification();
int i = cursor;//i当前元素的索引
if (i >= size)//第一次检查：角标是否越界越界
throw new NoSuchElementException();
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length)//第二次检查,list集合中数量是否发生变化
throw new ConcurrentModificationException();
cursor = i + 1; //cursor 下一个元素的索引
return (E) elementData[lastRet = i];//最后一个元素返回的索引
}
/**
* 移除集合中的元素
*/
public void remove() {
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
try {
//移除list中的元素
ArrayList.this.remove(lastRet);
//由于cursor比lastRet大1，所有这行代码是指指针往回移动一位
cursor = lastRet;
//将最后一个元素返回的索引重置为-1
lastRet = -1;
//重新设置了expectedModCount的值，避免了ConcurrentModificationException的产生
expectedModCount = modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
/**
* jdk 1.8中使用的方法
* 将list中的所有元素都给了consumer，可以使用这个方法来取出元素
*/
@Override
@SuppressWarnings("unchecked")
public void forEachRemaining(Consumer<? super E> consumer) {
Objects.requireNonNull(consumer);
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();
}
while (i != size && modCount == expectedModCount) {
consumer.accept((E) elementData[i++]);
}
// update once at end of iteration to reduce heap write traffic
cursor = i;
lastRet = i - 1;
checkForComodification();
}
/**
* 检查modCount是否等于expectedModCount
* 在 迭代时list集合的元素数量发生变化时会造成这两个值不相等
*/
final void checkForComodification() {
//当expectedModCount和modCount不相等时，就抛出ConcurrentModificationException
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
/**
* AbstractList.ListItr 的优化版本
* ListIterator 与普通的 Iterator 的区别：
* - 它可以进行双向移动，而普通的迭代器只能单向移动
* - 它可以添加元素(有 add() 方法)，而后者不行
*/
private class ListItr extends Itr implements ListIterator<E> {
ListItr(int index) {
super();
cursor = index;
}
/**
* 是否有前一个元素
*/
public boolean hasPrevious() {
return cursor != 0;
}
/**
* 获取下一个元素的索引
*/
public int nextIndex() {
return cursor;
}
/**
* 获取 cursor 前一个元素的索引
* - 是 cursor 前一个，而不是当前元素前一个的索引。
* - 若调用 next() 后马上调用该方法，则返回的是当前元素的索引。
* - 若调用 next() 后想获取当前元素前一个元素的索引，需要连续调用两次该方法。
*/
public int previousIndex() {
return cursor - 1;
}
/**
* 返回 cursor 前一元素
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
public E previous() {
checkForComodification();
int i = cursor - 1;
if (i < 0)//第一次检查：索引是否越界
throw new NoSuchElementException();
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length)//第二次检查
throw new ConcurrentModificationException();
cursor = i;//cursor回移
return (E) elementData[lastRet = i];//返回 cursor 前一元素
}
/**
* 将数组的最后一个元素,设置成元素e
*/
public void set(E e) {
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
try {
//将数组最后一个元素，设置成元素e
ArrayList.this.set(lastRet, e);
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
/**
* 添加元素
*/
public void add(E e) {
checkForComodification();
try {
int i = cursor;//当前元素的索引后移一位
ArrayList.this.add(i, e);//在i位置上添加元素e
cursor = i + 1;//cursor后移一位
lastRet = -1;
expectedModCount = modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
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