ArrayList源码分析
# 一、简述
我们知道,数据结构中有两种存储结构,分别是:顺序存储结构(线性表)、链式存储结构(链表),在java中,对这两种结构分别进行实现的类有:
- 顺序存储结构:ArrayList、Stack
- 链式存储结构:LinkedList、Queue
本篇只对ArrayList的源码进行分析,对于其他类的源码分析可通过本人博客列表进行查看。
# 二、分析
# List
在分析ArrayList之前,我们先来看看集合的接口——List。
public interface List<E> extends Collection<E> {
boolean add(E e);
void add(int index, E element);
boolean remove(Object o);
E remove(int index);
E set(int index, E element);
E get(int index);
...
}
在List这个接口中,提供了对集合进行操作的增、删、改、查方法,我们知道,ArrayList和LinkedList都实现了List接口,但它们的底层实现分别是线性表与链表,所以,对应的增、删、改、查方法肯定也不一样,下面的分析也将从这几个方法入手。
# ArrayList
# 1、成员变量
在ArrayList的源码中,成员变量并不多,下面就截出其中几个重要的变量进行说明。
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{
...
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
transient Object[] elementData;
private int size;
...
}
- DEFAULT_CAPACITY:默认的数组长度
- EMPTY_ELEMENTDATA:默认的空数组
- DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA:默认的空数组(与EMPTY_ELEMENTDATA有点区别,在不同的构造函数中用到)
- elementData:真正用于存放数据的数组
- size:数组元素个数
ArrayList的底层实现是数组,数组必定是有限长度的,ArrayList中默认的数组大小是10。
# 2、构造函数
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
这个构造函数是开发最常用的,可以看到,它仅仅只是让elementData等于一个空数组(DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)而已。
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
这个构造函数可以指定初始化数组的长度,当initialCapacity大于0时,为elementData创建一个长度为initialCapacity的Object数组;当initialCapacity等于0时,则让elementData等于一个空数组(EMPTY_ELEMENTDATA)。
# 3、增
# 1)add(E e)
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
在前面已经提到了,size是一个成员变量,表示ArrayList中的元素个数。在这个方法中,先调用了ensureCapacityInternal()方法确保数组有足够的容量,再对将元素添加到elementData数组中。下面就来看看ensureCapacityInternal()方法是如何确保数组有足够的容量的。
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
该方法结合ensureExplicitCapacity()方法,总的来说就是计算并扩大最小的容器体积。
这里就用到了DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA这个空数组,如果此时elementData与DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA相等,说明开发者使用的是无参构造函数创建了集合,而且是添加第一个元素,此时的容器大小为0。
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
当minCapacity - elementData.length > 0时,说明当前数组(容器)的空间不够了,需要扩容,所以调用grow()方法。
modCount只是一个计数变量而已,源码中有很多地方出现,无须理会。
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);
}
grow()方法是用来给ArrayList集合进行扩容的,它计算出新的容器大小(即newCapacity),并确保了newCapacity不会比minCapacity小,最后调用Arrays.copyOf()创建一个新的数组并将数据拷贝到新数组中,最后让elementData进行引用。
oldCapacity >> 1 等价于 oldCapacity / 2,也就是说ArrayList默认的扩容大小是当前数组大小的一半。
# 2)add(int index, E element)
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
经过对add(E e)方法进行分析,这个增加方法就很容易理解了,它先确保容器有足够大的空间,没有就扩容,然后将elementData数组中从index位置开始的所有元素往后"移动"1位,再对数组的index位置进行元素赋值,最后将记录集合中元素个数的size变量加1。
# 4、删
# 1)remove(int index)
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
return oldValue;
}
numMoved表示在执行删除操作时数组需要移动的元素个数,将elementData数组中从index后一位开始的所有元素(即numMoved个元素)往前"移动"1位(这样一移动,index位置的元素会被后面的元素覆盖,间接起到了删除元素的作用),然后把最后的那个元素置空,同时将size变量减1。
# 2)remove(Object o)
public boolean remove(Object o) {
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;
}
private void fastRemove(int index) {
modCount++;
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
}
该方法的操作与remove(int index)基本一致,这里就不再说明了。(fastRemove()方法的代码不是可以复用么。。。)
# 5、查 & 改
ArrayList的修改和获取元素的方法相当简单,就是对elementData数组进行简单操作罢了,这里就列出源码看看就好了。
# 1)get(int index)
public E get(int index) {
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}
E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
}
# 2)set(int index, E element)
public E set(int index, E element) {
rangeCheck(index);
E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
return oldValue;
}
# 三、总结
- ArrayList底层实现是数组。
- 当使用无参数构造函数创建ArrayList对象时,ArrayList对象中的数组初始长度为0(是一个空数组)。
- ArrayList的扩容策略是每次都增加当前数组长度的一半(非固定分配)。
- ArrayList的扩容方式是直接创建一个新的数组,并将数据拷贝到新数组中。
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