在java中ArrayList集合底層的擴(kuò)容原理
第一章 前言概述
第01節(jié) 概述
底層說(shuō)明
ArrayList是List的實(shí)現(xiàn)類,它的底層是用Object數(shù)組存儲(chǔ),線程不安全
后期應(yīng)用
適合用于頻繁的查詢工作,因?yàn)榈讓邮菙?shù)組,可以快速通過(guò)數(shù)組下標(biāo)進(jìn)行查找
第02節(jié) 區(qū)別
區(qū)別方向 | ArrayList集合 | LinkedList集合 |
線程安全 | 不安全 | 不安全 |
底層原理 | Object類型數(shù)組 | 雙向鏈表 |
隨機(jī)訪問(wèn) | 支持(實(shí)現(xiàn) RandomAccess接口) | 不支持 |
內(nèi)存占用 | ArrayList 浪費(fèi)空間, 底層是數(shù)組,末尾預(yù)留一部分容量空間 | LinkedList占用空間比ArrayList多,存在頭尾地址值占用空間 |
小結(jié)
ArrayList 集合的特點(diǎn):
1. 線程不安全
2. 底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是數(shù)組(查詢快,增刪慢,支持快速隨機(jī)訪問(wèn))
3. 內(nèi)存占用會(huì)存在部分浪費(fèi),末尾會(huì)預(yù)留一部分容量空間
第二章 核心代碼
第01節(jié) 成員變量
代碼
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{ /** * 默認(rèn)初始容量大小, 默認(rèn)初始化容量為10 */ private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; /** * 空數(shù)組。當(dāng)集合內(nèi)容置空的時(shí)候,底層使用空數(shù)組標(biāo)記 */ private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {}; /** * 用于無(wú)參數(shù)構(gòu)造方法,創(chuàng)建對(duì)象的時(shí)候,使用這個(gè)數(shù)組定義。 * 相比上面的數(shù)組 EMPTY_ELEMENTDATA 可以進(jìn)行區(qū)分,知道在添加元素的過(guò)程當(dāng)中,容量增加多少 */ private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; /** * 保存ArrayList數(shù)據(jù)的數(shù)組,這個(gè)數(shù)組會(huì)不斷的改變,前面沒(méi)有被 final 修飾表示地址值會(huì)發(fā)生的變化 */ transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access /** * ArrayList 所包含的元素個(gè)數(shù),也就是在 ArrayList 集合底層,通過(guò) size()方法,獲取到的元素個(gè)數(shù) */ private int size; }
補(bǔ)充
1. ArrayList 集合底層存在6個(gè)成員變量 還有一個(gè) private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L; 序列化使用, 目前針對(duì)于當(dāng)前的操作過(guò)程當(dāng)中, 暫時(shí)不會(huì)使用得到。 2. ArrayList 集合當(dāng)中核心的兩個(gè)成員變量 A. 底層維護(hù)數(shù)組 transient Object[] elementData; B. 存儲(chǔ)的元素個(gè)數(shù) private int size;
第02節(jié) 構(gòu)造方法
代碼
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{ /** * 構(gòu)造一個(gè)初始長(zhǎng)度為0的空數(shù)組。 */ public ArrayList() { this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA; } /** * 在構(gòu)造方法當(dāng)中,傳遞一個(gè)參數(shù)集合c,將集合 c 轉(zhuǎn)換成為新的列表 * elementData 當(dāng)中的數(shù)據(jù),就是新集合存放的數(shù)據(jù) * c.toArray 就是將原始集合的數(shù)據(jù)取出 * 如果取出的集合長(zhǎng)度不為零的情況下,則復(fù)制 參數(shù)集合c 到 elementData 當(dāng)中 * 如果取出的集合長(zhǎng)度為零的情況下,則賦值為空數(shù)組 EMPTY_ELEMENTDATA */ public ArrayList(Collection<? extends E> 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; } } /** * 指定參數(shù)的長(zhǎng)度大小 * 如果初始化的長(zhǎng)度大于0,則返回新的數(shù)組 * 如果初始化的長(zhǎng)度等于0,則返回默認(rèn)的空數(shù)組作為集合 this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; * 如果初始化的長(zhǎng)度小于0,則出現(xiàn)非法參數(shù)異常 */ 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); } } }
補(bǔ)充(一) 無(wú)參構(gòu)造創(chuàng)建對(duì)象
補(bǔ)充(二)帶參構(gòu)造創(chuàng)建對(duì)象,帶有int類型參數(shù)
補(bǔ)充(三)帶參構(gòu)造創(chuàng)建對(duì)象,帶有 集合類型參數(shù)
第三章 擴(kuò)容操作
第01節(jié) 擴(kuò)容代碼
核心方法介紹
來(lái)自于 ArrayList 集合當(dāng)中的方法: 1. public boolean add(E e){ ... } 2. private void add(E e, Object[] elementData, int s){ .... } 3. private Object[] grow() 4. private Object[] grow(int minCapacity) 來(lái)自于其他類當(dāng)中的功能 1. Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); 表示來(lái)自于 數(shù)組工具類 Arrays 當(dāng)中的 copyOf() 底層使用的是 System.arraycopy() 方法 2. Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity) 表示來(lái)自于 數(shù)學(xué)工具類 Math 當(dāng)中的 max() 方法,比較兩個(gè)數(shù)據(jù)最大值,取較大者,返回
核心代碼解釋
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{ /** * 將指定的元素添加到此集合的末尾位置 * * modCount 是來(lái)自于父類的 AbstractList 當(dāng)中的成員變量 * add(e, elementData, size) 調(diào)用自己下面的重載方法 * return true 表示當(dāng)前的方法,一定可以添加成功,因?yàn)長(zhǎng)ist系列的集合添加數(shù)據(jù)都是允許成功的 true 如果是Set此方法返回false */ public boolean add(E e) { modCount++; add(e, elementData, size); return true; } /** * 這個(gè)方法是私有方法,僅僅自己可以使用。不允許外界訪問(wèn)得到。便于上面的 add() 方法重載調(diào)用的 * 參數(shù)1: 表示需要添加的元素?cái)?shù)據(jù) E e * 參數(shù)2: 表示成員變量當(dāng)中, 需要維護(hù)管理的底層數(shù)組 Object[] elementData * 參數(shù)3: 表示成員變量當(dāng)中, size 容器 elementData 當(dāng)中存放的真實(shí)有效的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù) * 方法里面的邏輯: 當(dāng)size已經(jīng)等于了內(nèi)部容器 elementData 的最大長(zhǎng)度,則準(zhǔn)備進(jìn)行擴(kuò)容的操作,擴(kuò)容使用 grow() 方法 * 無(wú)論上面是否進(jìn)行了擴(kuò)容的操作,這里都需要將添加的元素賦值到數(shù)組當(dāng)中,也就是 elementData[s] = e; * 并且將當(dāng)前成員變量的 size 在原始數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上面,增加1,表示添加了新的元素之后,長(zhǎng)度變化了,增加了1 */ private void add(E e, Object[] elementData, int s) { if (s == elementData.length) elementData = grow(); elementData[s] = e; size = s + 1; } /** * 這個(gè)方法是私有方法,僅僅自己可以使用。不允許外界訪問(wèn)得到。便于上面的 add() 方法調(diào)用的 * 方法的內(nèi)部調(diào)用了 ArrayList 當(dāng)中自己重載的方法 grow(size + 1) 同時(shí)傳入了參數(shù)。 * 這里參數(shù)的含義,表示的是 集合當(dāng)中總長(zhǎng)度 size + 1 表示在原始size基礎(chǔ)上增加1 * 方法的返回值是一個(gè)新的數(shù)組,也就是擴(kuò)容之后的數(shù)組 */ private Object[] grow() { return grow(size + 1); } /** * 這個(gè)方法是私有方法,僅僅自己可以使用。不允許外界訪問(wèn)得到。便于上面的 grow() 方法調(diào)用的 * 這里的參數(shù) minCapacity ,就是上面?zhèn)魅氲膮?shù) size + 1,也就是說(shuō)最小容量 minCapacity = size + 1 * 方法體當(dāng)中的執(zhí)行邏輯: * 1. 獲取到了底層維護(hù)數(shù)組的長(zhǎng)度 int oldCapacity = elementData.length; 這里就是舊容量 oldCapacity * 2. 判斷舊容量 oldCapacity 是否小于0,也就是 else 的邏輯, * 如果滿足 if 當(dāng)中的邏輯, 則表示 舊數(shù)組當(dāng)中存在數(shù)據(jù),并且 舊數(shù)組并不是 默認(rèn)容量的空數(shù)組地址值 * 說(shuō)明: 擴(kuò)容過(guò)的就不會(huì)是之前默認(rèn) DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 的地址值 * 在這種情況下,就會(huì)得到 1.5被的數(shù)組長(zhǎng)度整數(shù),傳遞給 Arrays.copyOf()方法進(jìn)行擴(kuò)容,得到新數(shù)組返回 * 如果滿足 else 當(dāng)中的邏輯,則返回 DEFAULT_CAPACITY 和 minCapacity 較大值。 * 說(shuō)明: DEFAULT_CAPACITY 值表示的是成員變量,默認(rèn)為 10 * 說(shuō)明: minCapacity 在低于10的時(shí)候,表示的會(huì)是擴(kuò)容添加的長(zhǎng)度1,2,3..9.10.11.. */ private Object[] grow(int minCapacity) { int oldCapacity = elementData.length; if (oldCapacity > 0 || elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { int newCapacity = ArraysSupport.newLength(oldCapacity, minCapacity - oldCapacity, /* minimum growth */ oldCapacity >> 1 /* preferred growth */); return elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } else { return elementData = new Object[Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity)]; } } }
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