List集合之ArrayList分析

List集合之ArrayList分析

ArrayList是List集合的列表经典实现，其底层采用定长数组实现，可以根据集合大小进行自动扩容

  public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
          implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

原理

为了深入理解ArrayList的原理，我们将从类的成员变量，构造方法，核心方法逐一分析

类成员变量

  
  //默认初始化大小
  private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
  //空列表数据，初始化如果没有指定大小，则将此值赋予elementData
  private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
  //默认空列表数据，如果没有指定大小，那么将此值赋予elementData
  private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
  //列表数据
  transient Object[] elementData;
  //列表大小
  private int size;

构造方法

ArrayList一共有 3 个构造方法：

  
  //空构造方法
  public ArrayList() {
      this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
  }
  //指定大小
  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);
          }
      }
  //指定初始集合
  public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
          elementData = c.toArray();
          if ((size = elementData.length) != 0) {
              // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
              if (elementData.getClass() != Object[].class)
                  elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
          } else {
              // replace with empty array.
              this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
          }
      }

从第一个构造方法可以看到，如果没有指定大小，那么就将elementData赋值为DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA。而从第二个构造方法可以看到，如果指定了大小为0，那么就将elementData赋值为EMPTY_ELEMENTDATA。

核心方法

在ArrayList中最为核心的是获取，插入，删除，扩容这几个方法。

获取

获取的源码非常简单，只需对index做有效性校验。如果参数合法，那么直接返回对应数组下标的数据

  
  public E get(int index) {
      rangeCheck(index);
      return elementData(index);
  }

插入

插入一共有两种实现方式，第一种是直接插入列表尾部，另一种是插入某个位置

  
  //直接插入尾部
  public boolean add(E e) {
      ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
      elementData[size++] = e;
      return true;
  }
  //插入某个位置
  public void add(int index, E element) {
          rangeCheckForAdd(index);
      
          ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
          System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                           size - index);
          elementData[index] = element;
          size++;
      }

• 如果是直接插入尾部的话，那么只需调用ensureCapacityInternal方法做容量检测。如果空间足够，那么就插入，空间不够就扩容后插入。

• 如果是插入的是某个位置，那么就需要将index之后的所有元素后移一位，之后再将元素插入至index处

删除

ArrayList的删除方法有两个，分别是：

• ​ 删除某个位置的元素：remove(int index)

  ​ 删除某个具体的元素：remove(Object o)

我们先来看第一个删除方法：删除某个位置的元素

  public E remove(int index) {
      rangeCheck(index);
  ​
      modCount++;
      E oldValue = elementData(index);
  ​
      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
  ​
      return oldValue;
  }

上述代码的逻辑大致是这样的：首先做参数范围检测，接着将index位置后的所有元素都往前挪一位，最后减少列表大小。

第二个删除方法：删除某个特定的元素。

  
  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;
  }

上述代码的逻辑大致是：首先，遍历列表的所有元素，找到需要删除的元素索引，左后调用fastRemove方法删除该元素。我们继续看看fastRemove方法的实现。

  
  //用私有的方法 fastRemove 方法跳过边界，不返回删除值。
  private void fastRemove(int index) {
      modCount++;
      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
  }

这里有一个疑问，那就是为什么不直接复用remove(int index)方法，而要新写一个方法呢？答案在 fastRemove 方法的注释中已经写了，就是为了跳过边界检查，提高效率。

扩容

扩容是ArrayList的核心方法，当插入的时候容量不足，便会触发扩容。我们可以看到在插入的两个方法中都调用了扩容方法——ensureCapacityInternal。

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

ensureCapacityInternal方法直接调用ensureExplicitCapacity实现

  
  private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
      modCount++;
      // overflow-conscious code
      if (minCapacity - elementData.length > 0)
          grow(minCapacity);
  }

ensureExplicitCapacity方法首先判断容量是否足够，如果不够就调用grow方法扩容。

  
  private void grow(int minCapacity) {
      // overflow-conscious code
      int oldCapacity = elementData.length;
      int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
      if (newCapacity - minCapacity < 0)
          newCapacity = minCapacity;
      if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
          newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
      // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
      elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
  }

grow方法的大致逻辑为：将原有列表容量扩大为原来的1.5倍。如果还是不够，那么直接扩容为最小容量(minCapacity)。

总结

经过上面的分析，我们可以知道ArrayList有如下特点：

• 底层基于数组实现，读取速度快，修改慢(读取时间复杂度O(1)),修改复杂度O(N)。

• 非线程安全

• ArrayList每次默认扩容为原来的1.5倍。

获更多资料，公号《Java路》