(一)ArrayList集合原始碼解析
阿新 • • 發佈：2019-09-17
一、ArrayList的集合特點
| 問題 | 結 論 |
| ArrayList是否允許空 | 允許 |
| ArrayList是否允許重複資料 | 允許 |
| ArrayList是否有序 | 有序 |
| ArrayList是否執行緒安全 | 非執行緒安全 |
二、ArrayList的原理
ArrayList底層是一個Object[] elementData陣列，能夠實現動態擴容，增減。
從原始碼看ArrayList實現了RandomAccess, Cloneable,Serializable介面，RandomAccess用於快速存取提高迴圈的效率。Cloneable該介面可以實現物件的克隆方法。Serializable可以進行序列化，序列化是將物件的狀態資訊轉換為可以儲存或傳輸的形式的過程。
三、原始碼解析
1.屬性和構造方法
原始碼解析主要是從集合從增加元素，刪除元素，查詢元素，以及修改元素這幾個常用方法進行解析。
- ArrayList屬性
1 transient Object[] elementData;//定義一個elementData陣列 2 private int size;//size是陣列大小實現陣列增減size進行增減
- ArrayList無參構造方法
1 /**
2 * Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
3 */
4 public ArrayList() {
5 this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;//將elementData進行初始化elementData也是個Object[]型別。空的Object[]會給預設大小10
6 }
7 private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};- ArrayList有參構造方法
1 public ArrayList(int initialCapacity) {
2 if (initialCapacity > 0) {
3 this.elementData = new Object[initialCapacity];//將自定義的容量大小當成初始化elementData的大小
4 } else if (initialCapacity == 0) {
5 this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;//為0直接進行初始化
6 } else {
7 throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
8 initialCapacity);//判斷如果自定義大小的容量小於0，則報下面這個非法資料異常
9 }
10 }- ArrayList(Collection<? extends E> c)構造方法
1 //就是將個Collection轉換為ArrayList
2 public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
3 elementData = c.toArray();
4 if ((size = elementData.length) != 0) {
5 // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
6 if (elementData.getClass() != Object[].class)//進行物件校驗
7 elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
8 } else {
9 // replace with empty array.
10 this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
11 }
12 }
2.add()方法
- add確保陣列已使用長度（size）， size+1確保之後足夠存下 下一個資料。
- 如果當前陣列已使用長度（size）加1後的大於當前的陣列長度，則呼叫grow方法，增長陣列，grow方法會將當前陣列的長度變為原來容量的1.5倍。
- 當第一次新增元素的時候this.size+1 的值是1，所以第一次新增的時候會將當前elementData陣列的長度變為10。
- 新增的資料有地方儲存之後，則將新元素新增到位於size的位置上。
- 返回新增成功布爾值。
1 public boolean add(E e) {
2 ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! 確定內部容量是否夠了
3 elementData[size++] = e;//賦值
4 return true;
5 }
從原始碼看add方法就是很正常的進行賦值的操作，這裡ensureCapacityInternal是陣列的核心下面進行詳細介紹。
1 private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
2 if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
3 return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
4 }
5 return minCapacity;
6 }
//確保新增的元素有地方儲存，當第一次新增元素的時候this.size+1 的值是1，所以第一次新增的時候會將當前elementData陣列的長度變為10：
陣列擴容條件判斷:當前所需的陣列最小長度與陣列的長度對比，如果大於0，則增長陣列長度。
1 private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
2 modCount++;
3
4 // overflow-conscious code
5 if (minCapacity - elementData.length > 0)
6 grow(minCapacity);
7 }
陣列擴容:
1 private void grow(int minCapacity) {
2 // overflow-conscious code
3 int oldCapacity = elementData.length; //將擴充前的elementData大小給oldCapacity
4 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);//newCapacity就是1.5倍的oldCapacity
5 if (newCapacity - minCapacity < 0)//elementData就空陣列的時候，length=0，那麼oldCapacity=0，newCapacity=0判斷成立，初始化elementData的大小了，就是為10.
6 newCapacity = minCapacity;
7 if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)//如果newCapacity超過了最大的容量限制，就呼叫hugeCapacity，也就是將能給的最大值給newCapacity
8 newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
9 // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
10 //新的容量大小已經確定好了，就copy陣列，改變容量大小咯。
11 elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
12 }
hugeCapacity()用來賦最大值。
1 //這個就是上面用到的方法
2 private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
3 if (minCapacity < 0) // overflow
4 throw new OutOfMemoryError();
5 //如果minCapacity都大於MAX_ARRAY_SIZE，那麼就Integer.MAX_VALUE返回，反之將MAX_ARRAY_SIZE返回。
6 //Integer.MAX_VALUE:2147483647 MAX_ARRAY_SIZE：2147483639 也就是說最大也就能給到第一個數值。還是超過了這個限制，就要溢位了。相當於arraylist給了兩層防護。
7 return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
8 Integer.MAX_VALUE :
9 MAX_ARRAY_SIZE;
10 }
3.void add(int，E)；在特定位置新增元素，也就是插入元素
在制定位置賦值，主要進行以下步驟，arryList集合的核心是arraycopy這個，這個後面具體介紹。
- 判斷索引有沒有越界
- 自增修改次數
- 將指定位置（index）上的元素儲存到oldValue
- 將指定位置（index）上的元素都往前移動一位
- 將最後面的一個元素置空，好讓垃圾回收器回收
- 將原來的值oldValue返回
1 public void add(int index, E element) {
2 rangeCheckForAdd(index);//校驗。
3 ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
4 //這個方法就是用來在插入元素之後，要將index之後的元素都往後移一位，
5 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
6 size - index);
7 //在目標位置上存放元素
8 elementData[index] = element;
9 size++;//size增加1
10 }
4.remove(int)：通過刪除指定位置上的元素
remove執行的方法如下:
- 判斷索引有沒有越界
- 自增修改次數
- 將指定位置（index）上的元素儲存到oldValue
- .將指定位置（index）上的元素都往前移動一位
- 將最後面的一個元素置空
- 將原來的值oldValue返回
1 public E remove(int index) {
2 rangeCheck(index);//檢查
3 modCount++;//這個作用很多，比如用來檢測快速失敗(failfast)的一種標誌。
4 E oldValue = elementData(index);//通過索引直接找到該元素
5 int numMoved = size - index - 1;//計算要移動的位數。
6 if (numMoved > 0)
7 //這個方法也已經解釋過了，就是用來移動元素的。
8 System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
9 numMoved);
10 //將--size上的位置賦值為null，讓gc回收它。
11 elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
12 //返回刪除的元素。
13 return oldValue;
14 }
5.System.arrayCopy這個是陣列的擴容的核心api
如圖屬性詳解:
| 引數 | 說明 |
| src | 原陣列 |
| srcPos | 原陣列 |
| dest | 目標陣列 |
| destPos | 目標陣列的起始位置 |
| length | 要複製的陣列元素的數目 |
1 public static void arraycopy(Object src, int srcPos, Object dest, int destPos, int length)//這個是native方法
具體使用請檢視這個案例:
int data[] = new int[]{1, 2, 3, 4};
int bigdata[] = new int[6];
System.arraycopy(data, 0, bigdata, 0, 4);
結果：{1,2,3,4,0,0}
如圖所示：
四、總結:
- arrayList可以存放null。
- arrayList本質上就是一個elementData陣列。
- arrayList中removeAll(collection c)和clear()的區別就是removeAll可以刪除批量指定的元素，而clear是刪除集合中的全部元素。
- arrayList由於本質是陣列，所以它在資料的查詢方面會很快，而在插入刪除這些方面，效能下降很多。
- arrayList實現了RandomAccess，所以在遍歷它的時候推薦使用for迴圈。
- arrayList的實質是System.arraycopy方法，arraycopy其實是淺拷貝。