Java容器jdk1.6 Array

参考：https://www.cnblogs.com/tstd/p/5042087.html

1.定义

顶层接口collection

public interface Collection<E> extends Iterable<E> {
    int size();
    boolean isEmpty();
    boolean contains(Object o);
    Iterator<E> iterator();
    Object[] toArray();
    <T> T[] toArray(T[] a);
    boolean add(E e);
    boolean remove(Object o);
    boolean containsAll(Collection<?> c);
    boolean addAll(Collection<? extends E> c);
    boolean removeAll(Collection<?> c);
    boolean retainAll(Collection<?> c);
    void clear();
    boolean equals(Object o);
    int hashCode();
}

　　List定义

public interface List<E> extends Collection<E> {
         int size();
         boolean isEmpty();
         boolean contains(Object o);
         Iterator<E> iterator();
         Object[] toArray();
         <T> T[] toArray(T[] a);
         boolean add(E e);
         boolean remove(Object o);
         boolean containsAll(Collection<?> c);
         boolean addAll(Collection<? extends E> c);
         boolean addAll( int index, Collection<? extends E> c);
         boolean removeAll(Collection<?> c);
         boolean retainAll(Collection<?> c);
         void clear();
         boolean equals(Object o);
         int hashCode();
         E get( int index);
         E set( int index, E element);
         void add( int index, E element);
         E remove( int index);
         int indexOf(Object o);
         int lastIndexOf(Object o);
         ListIterator<E> listIterator();
         ListIterator<E> listIterator( int index);
         List<E> subList( int fromIndex, int toIndex);
}

　　ArrayList

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

　　RandomAccess是一个标记接口，用来表明其支持快速随机访问

　　AbstractList（这是一个抽象类，对一些基础的list操作进行封装）

2.底层存储

private transient Object[] elementData;
private int size;

object数组存储    int来计算容器的大小

transient来修饰了 elementData  (transient关键字的作用简单说就是java自带默认机制进行序列化的时候，被其修饰的属性不需要维持)
ArrayList采用了自定义序列化的方式

/**
     * Save the state of the <tt>ArrayList</tt> instance to a stream (that
     * is, serialize it).
     *
     * @serialData The length of the array backing the <tt>ArrayList </tt>
     *             instance is emitted (int), followed by all of its elements
     *             (each an <tt>Object</tt> ) in the proper order.
     */
    private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
        throws java.io.IOException{
        // Write out element count, and any hidden stuff
        int expectedModCount = modCount ;
       s.defaultWriteObject();

        // Write out array length  
        s.writeInt( elementData.length );

        // Write out all elements in the proper order.
        for (int i=0; i<size; i++)
            s.writeObject( elementData[i]);

        if (modCount != expectedModCount) {
            throw new ConcurrentModificationException();
        }

    }

    /**
     * Reconstitute the <tt>ArrayList</tt> instance from a stream (that is,
     * deserialize it).
     */
    private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
        throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
        // Read in size, and any hidden stuff
       s.defaultReadObject();

        // Read in array length and allocate array
        int arrayLength = s.readInt();
        Object[] a = elementData = new Object[arrayLength];

        // Read in all elements in the proper order.
        for (int i=0; i<size; i++)
            a[i] = s.readObject();
    }

序列话时，程序将数组的长度存储在了，队列开头的位置。反序列化，直接读取创建数组。

elementData 是一个数据存储数组，而数组是定长的，它会初始化一个容量，等容量不足时再扩充容量

比如elementData 的长度是10，而里面只保存了3个对象，那么数组中其余的7个元素（null）是没有意义的，所以也就不需要保存，以节省序列化后的内存容量

3.构造方法

/**
     * 构造一个具有指定容量的list
     */
    public ArrayList( int initialCapacity) {
        super();
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException( "Illegal Capacity: " +
                                               initialCapacity);
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
    }

    /**
     * 构造一个初始容量为10的list
     */
    public ArrayList() {
        this(10);
    }

    /**
     * 构造一个包含指定元素的list，这些元素的是按照Collection的迭代器返回的顺序排列的
     */
    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
        elementData = c.toArray();
        size = elementData .length;
        // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
        if (elementData .getClass() != Object[].class)
           elementData = Arrays.copyOf( elementData, size , Object[].class);
    }

默认的长度为10

4.增加

/**
     * 添加一个元素
     */
    public boolean add(E e) {
       // 进行扩容检查
       ensureCapacity( size + 1);  // Increments modCount
       // 将e增加至list的数据尾部，容量+1
        elementData[size ++] = e;
        return true;
    }

    /**
     * 在指定位置添加一个元素
     */
    public void add(int index, E element) {
        // 判断索引是否越界，这里会抛出多么熟悉的异常。。。
        if (index > size || index < 0)
           throw new IndexOutOfBoundsException(
               "Index: "+index+", Size: " +size);

       // 进行扩容检查
       ensureCapacity( size+1);  // Increments modCount  
       // 对数组进行复制处理，目的就是空出index的位置插入element，并将index后的元素位移一个位置
       System. arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                      size - index);
       // 将指定的index位置赋值为element
        elementData[index] = element;
       // list容量+1
        size++;
    }
    /**
     * 增加一个集合元素
     */
    public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
       //将c转换为数组
       Object[] a = c.toArray();
        int numNew = a.length ;
       //扩容检查
       ensureCapacity( size + numNew);  // Increments modCount
       //将c添加至list的数据尾部
        System. arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
       //更新当前容器大小
        size += numNew;
        return numNew != 0;
    }
    /**
     * 在指定位置，增加一个集合元素
     */
    public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
        if (index > size || index < 0)
           throw new IndexOutOfBoundsException(
               "Index: " + index + ", Size: " + size);

       Object[] a = c.toArray();
        int numNew = a.length ;
       ensureCapacity( size + numNew);  // Increments modCount

       // 计算需要移动的长度（index之后的元素个数）
        int numMoved = size - index;
       // 数组复制，空出第index到index+numNum的位置，即将数组index后的元素向右移动numNum个位置
        if (numMoved > 0)
           System. arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
                          numMoved);

       // 将要插入的集合元素复制到数组空出的位置中
        System. arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
        size += numNew;
        return numNew != 0;
    }

    /**
     * 数组容量检查，不够时则进行扩容
     */
   public void ensureCapacity( int minCapacity) {
        modCount++;
       // 当前数组的长度
        int oldCapacity = elementData .length;
       // 最小需要的容量大于当前数组的长度则进行扩容
        if (minCapacity > oldCapacity) {
           Object oldData[] = elementData;
          // 新扩容的数组长度为旧容量的1.5倍+1
           int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;
          // 如果新扩容的数组长度还是比最小需要的容量小，则以最小需要的容量为长度进行扩容
           if (newCapacity < minCapacity)
              newCapacity = minCapacity;
            // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
            // 进行数据拷贝，Arrays.copyOf底层实现是System.arrayCopy()
            elementData = Arrays.copyOf( elementData, newCapacity);
       }
    }

当容量大于数组长度的时候，将就容量扩大为原来的1.5倍

 5.删除：

/**
     * 根据索引位置删除元素
     */
    public E remove( int index) {
      // 数组越界检查
       RangeCheck(index);

        modCount++;
      // 取出要删除位置的元素，供返回使用
       E oldValue = (E) elementData[index];
       // 计算数组要复制的数量
        int numMoved = size - index - 1;
       // 数组复制，就是将index之后的元素往前移动一个位置
        if (numMoved > 0)
           System. arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                          numMoved);
       // 将数组最后一个元素置空（因为删除了一个元素，然后index后面的元素都向前移动了，所以最后一个就没用了），好让gc尽快回收
       // 不要忘了size减一
        elementData[--size ] = null; // Let gc do its work

        return oldValue;
    }

    /**
     * 根据元素内容删除，只删除匹配的第一个
     */
    public boolean remove(Object o) {
       // 对要删除的元素进行null判断
       // 对数据元素进行遍历查找，知道找到第一个要删除的元素，删除后进行返回，如果要删除的元素正好是最后一个那就惨了，时间复杂度可达O(n) 。。。
        if (o == null) {
            for (int index = 0; index < size; index++)
              // null值要用==比较
               if (elementData [index] == null) {
                  fastRemove(index);
                  return true;
              }
       } else {
           for (int index = 0; index < size; index++)
              // 非null当然是用equals比较了
               if (o.equals(elementData [index])) {
                  fastRemove(index);
                  return true;
              }
        }
        return false;
    }

    /*
     * Private remove method that skips bounds checking and does not
     * return the value removed.
     */
    private void fastRemove(int index) {
        modCount++;
       // 原理和之前的add一样，还是进行数组复制，将index后的元素向前移动一个位置，不细解释了，
        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)
            System. arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);
        elementData[--size ] = null; // Let gc do its work
    }

    /**
     * 数组越界检查
     */
    private void RangeCheck(int index) {
        if (index >= size )
           throw new IndexOutOfBoundsException(
               "Index: "+index+", Size: " +size);
    }

1.数组扩容，2.数组复制，这两个操作都是极费效率的，最惨的情况下(添加到list第一个位置，删除list最后一个元素或删除list第一个索引位置的元素)时间复杂度可达O(n)。

arraylist提供一个可以可以定义初始容量的方法，可减少数组不断地扩容不断地复制