Java集合(四)--基于JDK1.8的ArrayList源码解读

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
    private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;

    //默认初始容量
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

    //空数组
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    //默认空数组，用来和EMPTY_ELEMENTDATA区分什么时候扩容多少
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    //存储ArrayList元素的数组缓冲区，ArrayList的容量是此数组缓冲区的长度，添加第一个元素时，*将扩展为DEFAULT_CAPACITY
    transient Object[] elementData;

    //ArrayList的大小，也就是包含的元素数
    private int size;

    public ArrayList(int initialCapacity) {
        if (initialCapacity > 0) {	//初始容量大于0
            this.elementData = new Object[initialCapacity];	//生成一个新的存储数组
        } else if (initialCapacity == 0) {	//初始容量等于0
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;	//设置为空数组
        } else {
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        }
    }

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

    /**
     * 构造一个包含指定元素的列表
     */
    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
        elementData = c.toArray();
        if ((size = elementData.length) != 0) {
            if (elementData.getClass() != Object[].class)
                elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
        } else {
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        }
    }
}

从上述源码中，我们可以得到以下信息：源码基于JDK1.8

1、implements List<E>, RandomAccess（可以随机访问）, Cloneable, java.io.Serializable

2、初始容量10，有看过大佬博客说，默认创建ArrayList的时候，调用默认构造器this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA，此时初始容量为0，而不是10

我的理解：

默认构造器注解：

　　Constructs an empty list with an initial capacity of ten

　　构造一个初始容量为10的空集合

elementData的注解如下：

　　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

　　第一次添加元素，容量会变成DEFAULT_CAPACITY，也就是初始容量

　　所以，只是容量为0，初始容量DEFAULT_CAPACITY是final类型，永远为10，和elementData具体等于什么没关系，容量Capacity才会变

3、并且通过transient Object[] elementData保存数据

add()添加数据

public boolean add(E e) {
	ensureCapacityInternal(size + 1);  //确保容量
	elementData[size++] = e; //在数组尾部添加数据
	return true;
}

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

	ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
	modCount++; //修改次数+1
	if (minCapacity - elementData.length > 0)　　//如果最小容量大于数组的长度，进行扩容
		grow(minCapacity);
}

grow()扩容

private void grow(int minCapacity) {
	int oldCapacity = elementData.length;　　//oldCapacity当前数组的长度
	int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);　　//新容量=oldCapacity*1.5
	if (newCapacity - minCapacity < 0)　　//newCapacity < 最小容量，赋值
		newCapacity = minCapacity;
	if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)　　//大于最大容量，newCapacity赋值为Integer最大值0x7fffffff
		newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
	elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);　　//通过Arrays重新生成一个新容量的数组，包含之前数组的数据，赋值原数组
}

remove()删除数据

1、按照数组下标删除

public E remove(int index) {
	rangeCheck(index);　　//检查数组是否下标越界

	modCount++;
	E oldValue = elementData(index);　　//取出index位置的数据

	int numMoved = size - index - 1;　　//
	if (numMoved > 0)
　　　　　//将index后面的所有元素，都前移一位
	System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
	elementData[--size] = null; //最后一位置为null

	return oldValue;　　//返回原来的老数据
}

2、按照元素删除

public boolean remove(Object o) {
	if (o == null) {
		for (int index = 0; index < size; index++)
			if (elementData[index] == null) {　　//删除第一个null
				fastRemove(index);
				return true;
			}
	} else {
		for (int index = 0; index < size; index++)
			if (o.equals(elementData[index])) {　　//删除第一个和object相同的数据
				fastRemove(index);
				return true;
			}
	}
	return false;
}

都是找个第一个和参数匹配的数据，然后执行的代码和第一种方式相同 

复制方法：public static void arraycopy(Object src, int srcPos, Object dest, int destPos, int length)

Object src : 原数组

int srcPos : 从元数据的起始位置开始

Object dest : 目标数组

int destPos : 目标数组的开始起始位置

int length : 要copy的数组的长度

set()：

public E set(int index, E element) {
	rangeCheck(index);　　//检查是否下标越界

	E oldValue = elementData(index);　　//获取原值
	elementData[index] = element;　　//覆盖原值
	return oldValue;　　//返回原值
}

get()：

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

	return elementData(index);
}

indexOf()：

public int indexOf(Object o) {　　//和contain()一样，整体就是遍历是否包含该元素，然后返回下标，如果不包含，返回-1
	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;
}

size()：和elementData的长度没有关系，指的是实际包含元素的个数

public int size() {
	return size;
}

isEmpty()：是否为空

public boolean isEmpty() {
	return size == 0;
}

trimToSize()：缩减集合的容量为size，也就是剔除空节点

public void trimToSize() {
	modCount++;
	if (size < elementData.length) {
		elementData = (size == 0)
		  ? EMPTY_ELEMENTDATA
		  : Arrays.copyOf(elementData, size);
	}
}

ArrayList的for循环：　

　　for、foreach、Iterator，for效率最好，Iterator效率最差

　　只有for循环中调用add()和remove()，才不会发生java.util.ConcurrentModificationException异常，其他两种都会，set()不会出现异常。

　　因为add() remove()都会执行modCount++

　　ConcurrentModificationException主要为了防止线程并发修改的，因为ArrayList是线程不安全的，做了实现fast-fail机制

public static void main(String[] args) throws IOException {
	ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
	list.add("abc");
	list.add("def");
	list.forEach(s -> {
		list.add(s);
		list.remove(s);
	});
	Iterator iterator = list.iterator();
	while (iterator.hasNext()) {
		String s = (String)iterator.next();
		list.remove(iterator.next());
	}
}

输出结果：java.util.ConcurrentModificationException

Itr：

public Iterator<E> iterator() {
	return new Itr();
}

ArrayList实现了自定义的迭代器

private class Itr implements Iterator<E> {
	int cursor;       //游标，下个元素的索引
	int lastRet = -1; //最后一个元素的索引，如果没有返回-1
	int expectedModCount = modCount;//期望修改的次数

	public boolean hasNext() {　　//是否有下个元素
		return cursor != size;
	}

	@SuppressWarnings("unchecked")
	public E next() {　　//得到下个元素
		checkForComodification();
		int i = cursor;
		if (i >= size)
			throw new NoSuchElementException();
		Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
		if (i >= elementData.length)
			throw new ConcurrentModificationException();
		cursor = i + 1;　　//后移一位
		return (E) elementData[lastRet = i];　　
	}

	public void remove() {
		if (lastRet < 0)
			throw new IllegalStateException();
		checkForComodification();

		try {
			ArrayList.this.remove(lastRet);　　//删除当前元素
			cursor = lastRet;　　//cursor指的是下个元素的索引，由于删除一个元素，所以还是等于当前位置
			lastRet = -1;　　
			expectedModCount = modCount;
		} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
			throw new ConcurrentModificationException();
		}
	}

	@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();
	}

	final void checkForComodification() {　　//检查是否发生过并发修改
		if (modCount != expectedModCount)
			throw new ConcurrentModificationException();
	}
}

ListIterator：

在之前对比Iterator和Iterable有讲过，支持双向遍历，既可以向前，又可以向后

序列化：

　　ArrayList本身实现了序列化，transient Object[] elementData，用来保存数据的数组确实用transient修饰的，意味着不能该字段不能实现

序列化，那ArrayList到底如何实现的序列化的呢？

　　通过重写writeObject()和readObject()，因为数组中容量Capacity一般都是大于size的，意味着有很多空节点，ArrayList为了节省网络资源

，自定义了序列化，只序列化非空的部分

　　如果对序列化不够了解的话，可以参考：Java基础(十一)--Serializable和Externalizable接口实现序列化

到目前为止，我们对ArrayList有了基本的了解：

1、通过数组保存数据，可以随机访问数据，无论是get(i)、add(Object)还是set(int index, E element)效率都是比较高的

2、remove()和add(int index, Object object)，都会发生System.arraycopy()，如果index后面的元素比较多的情况下，效率降低很多

3、线程不安全，如果需要保证安全性的话，建议使用CopyOnWriteArrayList

4、初始容量10，发生扩容为原来的1.5倍

总结：ArrayList适合顺序插入，按下标访问/修改，不适合删除，按下标插入