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資訊專欄INFORMATION COLUMN

JDK1.8 ArrayList部分源碼分析小記

王軍 / 2985人閱讀

摘要：部分源碼分析小記底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)底層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是數(shù)組，數(shù)組元素類型為類型，即可以存放所有類型數(shù)據(jù)。初始容量大于初始化元素?cái)?shù)組新建一個(gè)數(shù)組初始容量為為空對象數(shù)組初始容量小于，拋出異常無參構(gòu)造函數(shù)。

JDK1.8 ArrayList部分源碼分析小記 底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

底層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是數(shù)組，數(shù)組元素類型為Object類型，即可以存放所有類型數(shù)據(jù)。
我們對ArrayList類的實(shí)例的所有的操作底層都是基于數(shù)組的。

繼承與實(shí)現(xiàn)關(guān)系

ArrayList繼承的父類為：AbstractList(抽象類)
實(shí)現(xiàn)的接口有：List(規(guī)定了List的操作規(guī)范)、RandomAccess(可隨機(jī)訪問)、Cloneable(可拷貝)、Serializable(可序列化)

友情提示：因?yàn)锳rrayList實(shí)現(xiàn)了RandomAccess接口，所以盡量用for(int i = 0; i < size; i++) 來遍歷而不要用Iterator迭代器來遍歷，后者在效率上要差一些

public class ArrayList extends AbstractList
        implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
部分屬性

類的屬性中核心的屬性為elementData，類型為Object[]，用于存放實(shí)際元素，并且被標(biāo)記為transient，也就意味著在序列化的時(shí)候，此字段是不會被序列化的。

友情提示：ArrayList的默認(rèn)容量為10

    // 缺省容量
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    // 元素?cái)?shù)組(調(diào)用指定初始值的構(gòu)造函數(shù)時(shí)elementData的長度會變成指定值)
    transient Object[] elementData; 
    // 空對象數(shù)組
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    // 缺省空對象數(shù)組
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
常用構(gòu)造函數(shù)

友情提示：創(chuàng)建ArrayList時(shí)盡量設(shè)置初始大小(使用ArrayList(int initialCapacity)構(gòu)造函數(shù))

    /**
     * ArrayList帶容量大小的構(gòu)造函數(shù)
     *
     * @param initialCapacity
     */
    //說明：指定elementData數(shù)組的大小，不允許初始化大小小于0，否則拋出異常。
    public ArrayList(int initialCapacity) {
        if (initialCapacity > 0) {// 初始容量大于0
            this.elementData = new Object[initialCapacity];// 初始化元素?cái)?shù)組(新建一個(gè)數(shù)組)
        } else if (initialCapacity == 0) {// 初始容量為0
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;// 為空對象數(shù)組
        } else {// 初始容量小于0，拋出異常
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: " +
                    initialCapacity);
        }
    }
    
    /**
     * ArrayList無參構(gòu)造函數(shù)。默認(rèn)容量是10
     */
    //說明：當(dāng)未指定初始化大小時(shí)，會給elementData賦值為空集合。
    public ArrayList() {
        // 無參構(gòu)造函數(shù)，設(shè)置元素?cái)?shù)組為空
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
常用函數(shù)分析

友情提示：
add方法：當(dāng)容量到達(dá)size時(shí)進(jìn)行擴(kuò)容(add(E e)中先調(diào)用了ensureCapacity(size+1)方法，之后將元素的索引賦給elementData[size]，而后size自增)，擴(kuò)容為當(dāng)前容量的0.5倍(若果ArrayList的當(dāng)前容量為10，那么一次擴(kuò)容后的容量為15)
set方法：調(diào)用set方法時(shí)會檢驗(yàn)索引是否合法(只校驗(yàn)了上限)(index不能等于size(indexget方法：調(diào)用get方法時(shí)也會檢驗(yàn)索引是否合法(只校驗(yàn)了上限)(index不能等于size(indexremove方法：在移除指定下標(biāo)的元素時(shí)，會把指定下標(biāo)到數(shù)組末尾的元素向前移動一個(gè)單位，并且會把數(shù)組最后一個(gè)元素設(shè)置為null，這樣是為了方便之后整個(gè)數(shù)組不被使用時(shí)，可以被GC；元素移動時(shí)使用的是System.arraycopy()方法

/**
     * 添加元素
     *
     * @param e
     * @return
     */
    public boolean add(E e) {
        //確保elementData數(shù)組有合適的大小
        ensureCapacityInternal(size + 1); 
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

    /**
     * 設(shè)定指定下標(biāo)索引的元素值
     *
     * @param index
     * @param element
     * @return
     */
    public E set(int index, E element) {
        // 檢驗(yàn)索引是否合法
        rangeCheck(index);
        // 舊值
        E oldValue = elementData(index);
        // 賦新值
        elementData[index] = element;
        // 返回舊值
        return oldValue;
    }

    /**
     * 獲取指定下標(biāo)的元素
     *
     * @param index
     * @return
     */
    //說明：get函數(shù)會檢查索引值是否合法（只檢查是否大于size，而沒有檢查是否小于0），
    // 值得注意的是，在get函數(shù)中存在element函數(shù)，element函數(shù)用于返回具體的元素　
    public E get(int index) {
        // 檢驗(yàn)索引是否合法
        rangeCheck(index);

        return elementData(index);
    }

    // Positional Access Operations

    /**
     * 位置訪問操作
     *
     * @param index
     * @return
     */
    //說明：返回的值都經(jīng)過了向下轉(zhuǎn)型(Object -> E(泛型))
    @SuppressWarnings("unchecked")
    E elementData(int index) {
        return (E) elementData[index];
    }

    /**
     * 移除指定下標(biāo)元素
     *
     * @param index
     * @return
     */
    //說明：remove函數(shù)用戶移除指定下標(biāo)的元素
    // 此時(shí)會把指定下標(biāo)到數(shù)組末尾的元素向前移動一個(gè)單位，并且會把數(shù)組最后一個(gè)元素設(shè)置為null，這樣是為了方便之后將整個(gè)數(shù)組不被使用時(shí)，可以會被GC。
    //提醒：元素移動時(shí)使用的是System.arraycopy()方法
    public E remove(int index) {
        // 檢查索引是否合法
        rangeCheck(index);

        modCount++;
        E oldValue = elementData(index);
        // 需要移動的元素的個(gè)數(shù)
        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index,
                    numMoved);
        // 賦值為空，有利于進(jìn)行GC
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
        // 返回舊值
        return oldValue;
    }

    /**
     * 在指定下標(biāo)位置插入元素
     * @param index
     * @param element
     */
    public void add(int index, E element) {
        //檢查索引是否合法
        rangeCheckForAdd(index);

        ensureCapacityInternal(size + 1); 
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                size - index);
        elementData[index] = element;
        size++;
    }
其他方法介紹

友情提示:rangeCheckForAdd方法用于add(int index, E element)和addAll(int index, Collection c)方法中檢驗(yàn)索引是否合法；rangeCheck方法用于get、set等方法中檢驗(yàn)索引是否合法(因?yàn)椴桓淖償?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，故index不能取到size，最大只能取到size-1)

    //檢驗(yàn)索引是否合法(只校驗(yàn)了上限)(index不能等于size(index= size)
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }

    //檢驗(yàn)索引是否合法(校驗(yàn)了上限和下限)(index可以等于size(0<=index<=size))
    private void rangeCheckForAdd(int index) {
        if (index > size || index < 0)
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }
擴(kuò)容策略 
    // 確定ArrarList的容量。
    // 若ArrayList的容量不足以容納當(dāng)前的全部元素，設(shè)置 新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”
    public void ensureCapacity(int minCapacity) {
        int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
                ? 0
                : DEFAULT_CAPACITY;//默認(rèn)容量10

        if (minCapacity > minExpand) {
            ensureExplicitCapacity(minCapacity);
        }
    }

    //確保elementData數(shù)組有合適的大小
    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {// 判斷元素?cái)?shù)組是否為空數(shù)組
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);// 取較大值
        }
        //確保elemenData數(shù)組有合適的大小
        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }

    //確保elemenData數(shù)組有合適的大小
    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        // 結(jié)構(gòu)性修改加1
        modCount++;

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
    
    //對數(shù)組進(jìn)行擴(kuò)容
    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;// 舊容量
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);// 新容量為舊容量的1.5倍
        if (newCapacity - minCapacity < 0)// 新容量小于參數(shù)指定容量，修改新容量
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)// 新容量大于最大容量
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);// 指定新容量
        // 拷貝擴(kuò)容
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }
部分方法測試

add方法

public class AddTest {
    @Test
    public void test1(){
        //我們可以看到，在add方法之前開始elementData = {}；
        // 調(diào)用add方法時(shí)會繼續(xù)調(diào)用，直至grow，最后elementData的大小變?yōu)?0，
        // 之后再返回到add函數(shù)，把8放在elementData[0]中
        List lists = new ArrayList();
        lists.add(8);
    }

    @Test
    public void test2(){
        //說明：我們可以知道，在調(diào)用add方法之前，elementData的大小已經(jīng)為6，之后再進(jìn)行傳遞，不會進(jìn)行擴(kuò)容處理。
        List lists = new ArrayList(6);//elementData.length=6
        lists.add(8);
    }
    
}

rangeCheck方法

public class RangeCheckTest {
    @Test
    public void test() {
        List list = new ArrayList();
        list.add(1);
        list.add(2);
        list.add(3);
        //該語句報(bào)ArrayIndexOutOfBoundsException異常是rangeCheck(index)引發(fā)的(index >= size)
        System.out.println(list.get(10));
        //rangeCheck(index)方法只校驗(yàn)上線，該語句報(bào)ArrayIndexOutOfBoundsException異常是elementData[index]引發(fā)的
        System.out.println(list.get(-1));
        list.remove(-1);//同上

        Object[] a = new Object[]{1, 2, 3};
        System.out.println(a[-1]);
    }
}

indexOf方法

public class IndexOfTest {
    @Test
    public void test(){
        List list = new ArrayList();
        list.add(null);
        list.add(2);
        list.add(2);
        list.add(null);
        System.out.println(list.indexOf(null));//0
        System.out.println(list.indexOf(2));//1
        System.out.println(list.indexOf(3));//-1
    }
}

toArray方法

public class ToArrayTest {
    @Test
    public void test() {
        List list = new ArrayList(10);
        list.add(1);
        list.add(2);
        list.add(3);
        list.add(4);
        Object[] array =list.toArray();
        //調(diào)用Arrays.copyOf()-->調(diào)用System.arraycopy()
    }
}

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