ArrayList详解

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• 什么是ArrayList
• ArrayList特点
• ArrayList继承的类和实现的接口
• ArrayList内部数组扩容
• ArrayList遍历

各种原因，前两年做C语言去了，现在重新做JAVA, 感觉自己基础很不扎实，要好好学习啦， 先从简单的开始~

以下内容基于jdk1.7.0_79源码；

什么是ArrayList

可以简单的认为是一个动态数组；实际上ArrayList就是用数组实现的，长度不够时，调用Arrays.copyOf方法，拷贝当前数组到一个新的长度更大的数组；

ArrayList特点

随机访问速度快，插入和移除性能较差(数组的特点)；

支持null元素；

有顺序；

元素可以重复；

线程不安全；

ArrayList继承的类和实现的接口

如下图，是与ArrayList相关的接口和类，下面将一一介绍各个接口和类中的方法；

PS:ArrayList中的方法主要是由Collection接口和List接口定义的；

Iterable接口

实现此接口以便支持foreach语法，如下代码，ArrayList可以直接使用foreach语句遍历元素：

package com.pichen.basis.col;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
        for(int i = 0; i < 10; i++){
            list.add(i);
        }
        
        //foreach语法
        for(Integer i : list){
            System.out.print(i.toString() + " ");
        }
        
    }
}

Collection接口

int size()方法：

返回集合的大小，在ArrayList类中有一个int类型的size私有属性，当调用size方法时，直接返回该属性；

boolean isEmpty()方法：

判断集合是否为空，在ArrayList中，通过判断size == 0来判断集合是否为空；

boolean contains(Object o)方法：

判断集合是否含有对象o，在ArrayList中，通过判断indexOf(o) >= 0来判断是否含有o对象；

查看indexOf(o)方法，代码如下，主要功能是返回元素第一次出现时的下标索引，所以当下标索引大于等于0时，表示集合中存在该元素：

    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;
    }

注意这里的相等判断，调用的是o对象的equals方法，所以在调用contains方法时，要特别关注集合中对象的equals方法，是否有被重写过，如Integer、String的equals方法是被重写过的，一般我们自己定义的对象，如果没重写equals的话，默认调用的是Object的equals方法，举个例子，看一下就明白了：

package com.pichen.basis.col;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

class Dog{
}
public class ContainsTest {

    public static void main(String[] args) {
        List<Dog> dogList = new ArrayList<Dog>();
        Dog dog1 = new Dog();
        Dog dog2 = new Dog();
        dogList.add(dog1);
        System.out.println(dogList.contains(dog2));//false
        
        List<String> strList = new ArrayList<String>(); 
        strList.add("teststr");
        
        String str = new String("teststr");
        System.out.println(strList.contains(str));//true
        
    }

}

Iterator<E> iterator()方法：

返回一个迭代器对象，用于遍历集合，事实上，ArrayList类里有两个内部类ArrayList.Itr和ArrayList.ListItr，分别对应Iterator迭代器和ListIterator迭代器，后者比前者功能更加强大；从ArrayList.ListItr继承自ArrayList.Itr就可以看出来，ListIterator迭代器支持更多的操作，如判断前面还有没有元素，即hasPrevious()方法，等；

Object[] toArray()方法：

将集合ArrayList转换成Object数组,有时候需要用到数组的一些api时，可以使用该方法，注意返回的结果是Object类型的数组，如果想返回指定类型的数组，可以使用以下方法，<T> T[] toArray(T[] a);

<T> T[] toArray(T[] a)方法：

集合转数组，返回指定类型的数组，注意入参T[] a需要指定数组存储的空间，返回值为指定类型的数组；举个例子，假如有一个Integer类型的集合，如果想把它转换成Integer类型的数组，可以这样写：Integer[] arr = list.toArray(new Integer[list.size()]);

boolean add(E e)方法：

在集合最后面增加一个元素，在ArrayList中，其实现就是在其内部数组后面增加一个元素，不过要先保证内部数组长度足够，如下代码：

    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

boolean remove(Object o)方法：

在集合中移除对象o，在ArrayList中，其实现较add方法复杂，涉及空对象判断，equals比较，数组移动等，性能相对较差；

boolean containsAll(Collection<?> c)方法：

判断是否包含集合c中的所有元素，在ArrayList中，其实现方法是遍历集合c中的每一个元素，调用contains方法，判断集合是否包含该元素，只要有一个不包含就返回false，如下代码：

    public boolean containsAll(Collection<?> c) {
        for (Object e : c)
            if (!contains(e))
                return false;
        return true;
    }

boolean addAll(Collection<? extends E> c)方法：

将集合c中的所有元素加到目标集合中去，在ArrayList中，其实现是先将集合c转换成数组，然后通过数组拷贝实现；

boolean removeAll(Collection<?> c)方法：

移除目标集合中含有‘集合c中元素’的所有元素，在ArrayList中，最终还是操作数组，性能相对较差；

boolean retainAll(Collection<?> c)方法：

移除目标集合中‘不包含集合c中元素’的所有元素，在ArrayList中removeAll方法和retainAll方法都是通过调用ArrayList的batchRemove方法来实现的，后续详细了解该方法的实现；

void clear()方法：

移除目标集合中的所有元素，在ArrayList中，就是将其内部数组所有元素赋null；

boolean equals(Object o)和int hashCode()方法

在ArrayLisy中，上面两个方法都被重写，equals方法依次取出集合中的所有元素进行比较，通过元素的equals方法，判断是否相等，全部相等返回true；

hashCode方法的计算是通过所有元素的hashCode计算得到；顺便说下hashcode，在java中随处可见，一般用在HashMap, Hashtable, HashSet等等中，可用于减少equals方法的调用，快速访问元素等，其实就是散列表的概念，如比较元素先比较其hashcode，如果hashcode不相等，那么这两个元素肯定不相等，也就不用调用其equals方法了；

demo代码:以上方法的简单使用

package com.pichen.basis.col;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
        for(int i = 0; i < 10; i++){
            list.add(i);
        }
        
        //直接打印
        System.out.println(list.toString());
        
        //size()
        System.out.println(list.size());
        
        //contains
        System.out.println(list.contains(2));
        
        //iterator
        Iterator<Integer> iterator = list.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            System.out.print(iterator.next() + " ");
        }
        
        //toArray
        Object[] objArr = list.toArray();
        Integer[] intArr = list.toArray(new Integer[list.size()]);
        System.out.println("
" + list.toArray());
        
        //add
        list.add(5);
        
        //remove
        list.remove(5);
        
        System.out.println(list);
        
        //containsAll
        System.out.println(list.containsAll(Arrays.asList(5,6)));
        
        //addAll
        list.addAll(Arrays.asList(555,666));
        System.out.println(list);
        
        //removeAll
        list.removeAll(Arrays.asList(555,666));
        System.out.println(list);
        
        //clear
        list.clear();
        System.out.println(list);
        
    }
}

List接口

除了Collection中定义的方法为，该接口增加了以下方法

boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c);

在ArrayList中，该方法是在指定位置处增加一个集合中的所有元素，该操作涉及数组移动；

E get(int index);

返回下标为index的元素；

E set(int index, E element);

改变下标为index的元素的值

void add(int index, E element);

在下标为index的地方插入元素element，该操作涉及数组移动；

E remove(int index);

移除下标为index的元素，该操作涉及数组移动；

int indexOf(Object o);

返回元素o的最小下标，通过调用o的equals方法与集合中的元素进行比较；

int lastIndexOf(Object o);

返回元素o的最大下标，通过调用o的equals方法与集合中的元素进行比较；

ListIterator<E> listIterator();

返回listIterator迭代器，该迭代器支持向前操作；

ListIterator<E> listIterator(int index);

返回listIterator迭代器，从特定的位置开始，该迭代器支持向前操作；

List<E> subList(int fromIndex, int toIndex);

返回下标在fromIndex和toIndex之间的元素集合；

demo代码:以上方法的简单使用：

 

RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable接口

这三个接口是标识接口，里面都是空的；

RandomAccess标识其支持快速随机访问；

Cloneable标识其支持对象复制；

Serializable标识其可序列化；

AbstractCollection类

大部分方法前面已经说明过了，不过该类下的contains方法、toArray方法等，遍历的时候都是使用更加通用的迭代器方式进行遍历；

AbstractList类

大部分方法前面已经说明过了，不过该类中有两个私有内部类Itr和ListItr，对应的分别是两个迭代器；

ArrayList类

ArrayList的具体实现

成员属性：

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

private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};//空ArrayList实例共享的一个空数组

private transient Object[] elementData; //真正存储ArrayList中的元素的数组；

private int size;//存储ArrayList的大小，注意不是elementData的长度；

 除了其父接口定义的方法外，该类增加了以下方法

public ArrayList(int initialCapacity)：

构造函数，指定初始大小

public ArrayList()

构造函数，使用共享的EMPTY_ELEMENTDATA空数组

public ArrayList(Collection<? extends E> c)

构造函数，通过集合初始化ArrayList

public void trimToSize()

节省空间用的，ArrayList是通过数组实现的，大小不够时，增加数组长度，有可能出现数组长度大于ArrayList的size情况；

public void ensureCapacity(int minCapacity)

保证ArrayList能容纳minCapacity个元素；

私有方法

略

ArrayList内部数组扩容

查看ArrayList的add源码方法，如下：

    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

在往ArrayList增加e对象前，要先保证内部数组空间足够，即调用ensureCapacityInternal判断，查看其代码，如下：

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

        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }

入参minCapacity为ArrayList要保证的最小空间大小，首先判断内部数组elementData是否是初始的空数组(当ArrayList是空实例的情况)，如果是的话，且minCapacity比DEFAULT_CAPACITY小，则设minCapacity为默认的初始容量大小DEFAULT_CAPACITY；接着调用ensureExplicitCapacity方法，查看其代码，如下：

    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }

首先，是对修改次数modCount加一，这里的modCount给ArrayList的迭代器使用的，在并发操作被修改时，提供快速失败行为（保证modCount在迭代期间不变，否则抛出ConcurrentModificationException异常，可以查看源码859行），接着判断minCapacity是否大于当前ArrayList内部数组长度，大于的话调用grow方法对内部数组elementData扩容，grow方法代码如下：

    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);
    }

首先，获取内部数组elementData长度，并对它的大小增加1.5倍（oldCapacity + (oldCapacity >> 1)），赋给newCapacity，当newCapacity仍然比minCapacity（要保证的最小空间大小）小的时候，直接让newCapacity 等于minCapacity；然后再判断newCapacity 是不是大于MAX_ARRAY_SIZE，如果大于的话，调用hugeCapacity方法，处理大容量空间的情况，该方法判断是否溢出（抛出OutOfMemoryError），以及当minCapacity大于MAX_ARRAY_SIZE时，直接返回Integer.MAX_VALUE；最后就是真正地数组扩容了，调用Arrays.copyOf方法，拷贝旧的内部数组内容到一个新的（长度为newCapacity）的数组，并更改内部数组elementData的引用为新数组；

ArrayList遍历

一般工作中用的比较多的是遍历操作，ArrayList支持三种方式

• for循环下标遍历；
• 迭代器(Iterator和ListIterator)；
• foreach语句。

package com.pichen.basis.col;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;
import java.util.ListIterator;

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
        for(int i = 0; i < 10; i++){
            list.add(i);
        }
        
        //直接打印
        System.out.println(list.toString());
        
        //for循环
        System.out.println("for循环：");
        for(int i = 0; i < list.size(); i++){
            System.out.print(list.get(i) + " ");
        }
        
        //foreach
        System.out.println("
foreach:");
        for(Integer i : list){
            System.out.print(i + " ");
        }
        
        //iterator
        System.out.println("
iterator:");
        Iterator<Integer> iterator = list.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            System.out.print(iterator.next() + " ");
        }
        
        //listIterator
        System.out.println("
listIterator:");
        ListIterator<Integer> listIterator = list.listIterator();
        while(listIterator.hasNext()){
            System.out.print(listIterator.next() + " ");
        }
        System.out.println();
        while(listIterator.hasPrevious()){
            System.out.print(listIterator.previous() + " ");
        }
    }
}