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Java集合源碼分析系列-（一）ArrayList源碼剖析

Miyang / 2923人閱讀

摘要：需要注意的是，通過構(gòu)造函數(shù)定義初始量是動態(tài)數(shù)組的實際大小。帶容量的構(gòu)造函數(shù)新建一個容量為的數(shù)組默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)，默認(rèn)為空構(gòu)造一個包含指定元素的第一個構(gòu)造方法使用提供的來初始化數(shù)組的大小。

前言

今天介紹經(jīng)常使用的一個Java集合類——ArrayList（基于JDK1.8.0_121）。ArrayList在工作和日常面試中經(jīng)常被使用或者提到?？偟膩碚f，工作中使用ArrayList主要是因為動態(tài)數(shù)組的方便性，面試中出現(xiàn)ArrayList經(jīng)常是和LinkedList/Vector一起出現(xiàn)，分析這三種集合的異同。

ArrayList類圖

圖片是直接從IntelliJ中導(dǎo)出來的，其中：藍(lán)色線條意味著繼承，綠色線條意味著接口實現(xiàn)。

ArrayList源碼剖析 ArrayList定義 
public class ArrayList extends AbstractList
        implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

我們首先需要明白并且牢記在內(nèi)心的是，ArrayList本質(zhì)上是一個數(shù)組，但是與Java中基礎(chǔ)的數(shù)組所不同的是，它能夠動態(tài)增長自己的容量。
通過ArrayList的定義，可以知道ArrayList繼承了AbstractList，同時實現(xiàn)了List,RandomAccess,Cloneable和java.io.Serializable接口。

繼承了AbstractList類，實現(xiàn)了List，意味著ArrayList是一個數(shù)組隊列，提供了諸如增刪改查、遍歷等功能。
實現(xiàn)了RandomAccess接口，意味著ArrayList提供了隨機(jī)訪問的功能。RandomAccess接口在Java中是用來被List實現(xiàn)，用來提供快速訪問功能的。在ArrayList中，即我們可以通過元素的序號快速獲取元素對象。
實現(xiàn)了Cloneable接口，意味著ArrayList實現(xiàn)了clone()函數(shù)，能被克隆。
實現(xiàn)了java.io.Serializable接口，意味著ArrayList能夠通過序列化進(jìn)行傳輸。

ArrayList關(guān)鍵屬性 
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
transient Object[] elementData;
private int size;

(1)ArrayList的默認(rèn)容量為10；
(2)elementData是"Object類型的數(shù)組"，所有ArrayList元素都保存在elementData中。在ArrayList中，elementData是一個動態(tài)數(shù)組。需要注意的是，ArrayList通過構(gòu)造函數(shù)ArrayList(int initialCapacity)定義初始量initialCapacity；
(3)size是動態(tài)數(shù)組的實際大小。

//ArrayList帶容量的構(gòu)造函數(shù)
public ArrayList(int initialCapacity) {
    if (initialCapacity > 0) {
    //新建一個容量為initialCapacity的數(shù)組
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
    } else if (initialCapacity == 0) {
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    } else {
        throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                           initialCapacity);
    }
}
//ArrayList默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)，默認(rèn)為空
public ArrayList() {

    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
// 構(gòu)造一個包含指定元素的list
public ArrayList(Collection 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;
    }
}

第一個構(gòu)造方法使用提供的initialCapacity來初始化elementData數(shù)組的大小。
第二個構(gòu)造方法默認(rèn)數(shù)組為0。
第三個構(gòu)造方法則將提供的集合轉(zhuǎn)成數(shù)組返回給elementData（返回若不是Object[]將調(diào)用Arrays.copyOf方法將其轉(zhuǎn)為Object[]）。

ArrayList主要方法源碼剖析 增加 
public boolean add(E e) {
    //擴(kuò)容判斷
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

public void add(int index, E element) {
    //判斷index是否越界，錯誤產(chǎn)生IndexOutOfBoundsException
    rangeCheckForAdd(index);
    //進(jìn)行擴(kuò)容檢查
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    //對數(shù)組進(jìn)行復(fù)制，將空出的Index位置出入element，并將index后的所有數(shù)據(jù)后移一個位置。
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                     size - index);
    //將index上的數(shù)據(jù)設(shè)置為element
    elementData[index] = element;
    //容量+1
    size++;
}
刪除 
public E remove(int index) {
    //邊界檢查
    rangeCheck(index);
        
    modCount++;
    //oldValue即要刪除的元素
    E oldValue = elementData(index);
    //要復(fù)制的元素
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                         numMoved);
    //釋放最后一個元素
    elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

    return oldValue;
}

public boolean remove(Object o) {
    //對o進(jìn)行判斷
    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;
}
更新 
public E set(int index, E element) {
    //數(shù)組擴(kuò)容
    rangeCheck(index);
    //獲取要更新的位置的數(shù)據(jù)
    E oldValue = elementData(index);
    //更新元素
    elementData[index] = element;
    return oldValue;
}
總結(jié) 1.ArrayList底層是通過數(shù)組來保存數(shù)據(jù)的。默認(rèn)的容量是10. 2.JDK1.8中，ArrayList擴(kuò)容使用位運算newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1) 3.ArrayList實現(xiàn)java.io.Serializable的方式。當(dāng)寫入到輸出流時，先寫入“容量”，再依次寫入“每一個元素”；當(dāng)讀出輸入流時，先讀取“容量”，再依次讀取“每一個元素”。

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