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Java集合框架概覽之ArrayList源碼刨析

 更新時(shí)間:2023年03月27日 11:06:00   作者:用戶7664884630538  
本文主要從一個(gè)簡(jiǎn)單的代碼入手,對(duì)ArrayList?的最常用的源碼進(jìn)行刨析,文中源碼摘自?JDK1.8,源碼的注釋部分博主也加入了自己的翻譯,歡迎讀者食用

一、從一段簡(jiǎn)單的代碼入手

下面是一段簡(jiǎn)單的集合操作代碼,實(shí)例化一個(gè) ArrayList 集合并插入和獲取元素的代碼:

    public static void main(String[] args) {
        // 實(shí)例化一個(gè)初始容量為5的 ArrayList 集合
        List list = new ArrayList<String>(6);
        // 向指定索引位置插入數(shù)據(jù)
        list.add(1, "hello");// 代碼行號(hào):17
        // 獲取指定索引位置的數(shù)據(jù)
        System.out.println(list.get(1));
    }

小伙伴可以先思考一下執(zhí)行的結(jié)果是什么?

好啦,揭曉謎底:

Exception in thread "main" java.lang.IndexOutOfBoundsException: Index: 1, Size: 0
    at java.util.ArrayList.rangeCheckForAdd(ArrayList.java:665)
    at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:477)
    at com.example.qgdemo.studydemo.Test.Test2.main(Test2.java:17)

細(xì)心的小伙伴已經(jīng)注意到了上面的那段代碼有一行專門標(biāo)注了行號(hào),而執(zhí)行的結(jié)果的異常行號(hào)剛好是我標(biāo)注的那一行,不難得出 就是在:list.add(1, "hello");這一行就拋出了異常。那么問(wèn)題到底出現(xiàn)在哪里了呢?

下面我們從這短短幾行代碼逐行深入源碼去刨析,挖出隱藏寶藏。

二、初始化

ArrayList的初始化

先從集合的初始化入手:

List list = new ArrayList<String>(5);

上源碼(硬菜):

	/**
     * The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.
     * The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. Any
     * empty ArrayList with elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
     * will be expanded to DEFAULT_CAPACITY when the first element is added.
     */
    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
    /**
     * Shared empty array instance used for empty instances.
     */
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    /**
     * Constructs an empty list with the specified initial capacity.
     * 根據(jù)指定的初始化容量構(gòu)造一個(gè)空的 list 集合
     * @param  initialCapacity  the initial capacity of the list 初始化的容量
     * @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity
     *         is negative 如果指定的容量為負(fù)數(shù)則拋出異常
     */
    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);
        }
    }

簡(jiǎn)單分析一下這段源碼:

  • ArrayList 底層采用普通的數(shù)組來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù),通過(guò) elementData 這一成員變量來(lái)存儲(chǔ)集合的數(shù)據(jù)。
  • 在實(shí)例化是當(dāng)傳入的參數(shù)大于零,則實(shí)例化一個(gè)對(duì)應(yīng)容量的 Object 數(shù)組并賦值給我們的 elementData 成員變量。
  • 在實(shí)例化是當(dāng)傳入的參數(shù)等于零,安裝默認(rèn)的 EMPTY_ELEMENTDATA 空數(shù)組賦值給elementData 成員變量。
  • 在實(shí)例化是當(dāng)傳入的參數(shù)小于零,則拋出指定的 IllegalArgumentException 異常信息。

小貼士: 細(xì)心的小伙伴會(huì)注意到我們的 elementData成員變量使用了 transient 關(guān)鍵字修飾,這里簡(jiǎn)單科普一下:

被 transient 修飾的變量不能被序列化。

transient 只能作用于實(shí)現(xiàn)了 Serializable 接口的類當(dāng)中。

transient 只能用來(lái)修飾普通成員變量字段。

分析到這里目前沒(méi)有發(fā)現(xiàn)關(guān)于我們的問(wèn)題的信息,我們繼續(xù)往下看。

三、添加元素

ArrayList添加元素

現(xiàn)在到了我們的重頭戲,從執(zhí)行結(jié)果反饋來(lái)看,拋出異常的位置就在這:list.add(1, "hello");,讓我們磨刀霍霍向源碼一探究竟。

    /**
     * Inserts the specified element at the specified position in this
     * list. Shifts the element currently at that position (if any) and
     * any subsequent elements to the right (adds one to their indices).
     * 向 ArrayList 中指定的位置插入指定的元素,如果當(dāng)前位置已經(jīng)有元素,則會(huì)將該位置之后的所有元素統(tǒng)一往后移一位。
     * @param index index at which the specified element is to be inserted 待插入的索引位置
     * @param element element to be inserted 待插入的元素
     * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc} 下標(biāo)越界異常
     */
    public void add(int index, E element) {
        rangeCheckForAdd(index); // 越界檢查

        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!! 是否擴(kuò)容的判斷
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                         size - index); // 數(shù)組拷貝
        elementData[index] = element; // 將待添加的元素放入指定的位置
        size++; // 集合的實(shí)際大小累加
    }
     /**
     * The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
     *  ArrayList 的成員變量,保存了已有元素的數(shù)量
     * @serial
     */
    private int size;
    
    /**
     * A version of rangeCheck used by add and addAll.
     */
    private void rangeCheckForAdd(int index) {
        if (index > size || index < 0)
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }

源碼刨析:

  • 首先看rangeCheckForAdd(index);這一行,這個(gè)方法主要是檢查待插入的 index 索引是否越界或者非法。 經(jīng)過(guò)縝密分析(debug ),發(fā)現(xiàn)正是這里的檢查拋出的異常,導(dǎo)致我們出師未捷身先死/(ㄒoㄒ)/~~,第一步就被絆倒了。
  • 既然判斷的是 index 和 size 的大小,那么我們回過(guò)頭看一下:private int size; 這個(gè)玩意,通過(guò)其注釋我們得知這個(gè)成員變量保存了已有元素的數(shù)量,那么問(wèn)題就很明顯了:我們初始化后的集合雖然已經(jīng)有了一個(gè)指定容量的數(shù)組,但是并沒(méi)有實(shí)際元素,所以 size 依然為0。不難得出結(jié)論:==這種指定位置插入元素的方法必須從下標(biāo)0開(kāi)始順次插入元素,你敢隔空插入它就敢死給你看!==

好了,雖然問(wèn)題的根源找到了,但是源碼我們還是要繼續(xù)往下看的。

	// 判斷是否需要擴(kuò)容
    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }

    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++; // 修改次數(shù)累加

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
    /**
     * Increases the capacity to ensure that it can hold at least the
     * number of elements specified by the minimum capacity argument.
     * 增加集合的容量以確保容納至少
     * @param minCapacity the desired minimum capacity
     */
    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);// 將原容量擴(kuò)容至原來(lái)的1.5倍,以本例來(lái)說(shuō)就是擴(kuò)容至:6+3=9
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity; //取 newCapacity 和 minCapacity 的最大值賦值給 newCapacity,考慮了溢出的情況
        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);
    }
    /**
     * The maximum size of array to allocate. 定義了數(shù)組允許分配的最大長(zhǎng)度
     * Some VMs reserve some header words in an array. 一些虛擬機(jī)在數(shù)列中會(huì)保留一些頭部信息(需要預(yù)留一定容量)
     * Attempts to allocate larger arrays may result in 嘗試取分配更長(zhǎng)的數(shù)組可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存溢出
     * OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit :申請(qǐng)的數(shù)組長(zhǎng)度超過(guò)了虛擬機(jī)的限制
     */
    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
    
    private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow 溢出檢查
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? // 如果申請(qǐng)的最小容量比數(shù)組的容量上限還大則容量設(shè)置為:
            Integer.MAX_VALUE : // Integer.MAX_VALUE,否則設(shè)置為:數(shù)組容量上限(MAX_ARRAY_SIZE)
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }

源碼刨析:

  • 這一方法:private void ensureCapacityInternal(int minCapacity)主要是為了檢查集合是否可以滿足指定的最小數(shù)量的元素的要求。
  • 如果滿足的話,則只需要將修改次數(shù):modCount++ 累加就完事。
  • 如果容量不夠用了,則需要進(jìn)行擴(kuò)容,那么就需要調(diào)用 grow(int minCapacity) 方法來(lái)執(zhí)行擴(kuò)容任務(wù)。
  • 通過(guò) int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); 方法將原來(lái)的容量擴(kuò)容1.5倍,后續(xù)的兩個(gè) if 判斷考慮了 newCapacity 溢出的情況,最終保證了 newCapacity 必然為正數(shù)。

小貼士: 上面的:grow(int minCapacity)方法用到了移位運(yùn)算符。 java中有三種移位運(yùn)算符: << :左移運(yùn)算符,num << 1,相當(dāng)于num乘以2。 >> :右移運(yùn)算符,num >> 1,相當(dāng)于num除以2。 >>>:無(wú)符號(hào)右移,忽略符號(hào)位,空位都以0補(bǔ)齊。

確定了集合的新容量,接下來(lái)就需要將集合的舊數(shù)據(jù)拷貝到新數(shù)組當(dāng)中:

        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                         size - index);
//[#System] 調(diào)用了系統(tǒng)級(jí)的數(shù)組拷貝方法
	/**
	 * @param      src      the source array. 源數(shù)組
     * @param      srcPos   starting position in the source array. 源數(shù)組的起始下標(biāo)
     * @param      dest     the destination array. 目標(biāo)數(shù)組
     * @param      destPos  starting position in the destination data. 目標(biāo)數(shù)組的起始下標(biāo)
     * @param      length   the number of array elements to be copied. 需要拷貝的元素?cái)?shù)量
     * */
    public static native void arraycopy(Object src,  int  srcPos,
                                        Object dest, int destPos,
                                        int length);

源碼刨析:

  • 這塊內(nèi)容沒(méi)啥好說(shuō)的,無(wú)非就是調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)進(jìn)行新舊數(shù)據(jù)的拷貝。
  • 主要看看上面數(shù)組拷貝方法的注釋,做一個(gè)大致的了解。

四、ArrayList獲取元素

ArrayList 由于是基于數(shù)組來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的,所以支持按指定下標(biāo)來(lái)獲取數(shù)據(jù):

    /**
     * Returns the element at the specified position in this list.
     * 返回集合指定位置的元素
     * @param  index index of the element to return 要返回的元素下標(biāo)
     * @return the element at the specified position in this list 指定下標(biāo)的元素
     * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc} 下標(biāo)越界異常
     */
    public E get(int index) {
        rangeCheck(index); // 索引越界檢查

        return elementData(index); // 按下標(biāo)獲取元素
    }
    /**
     * Checks if the given index is in range.  If not, throws an appropriate
     * runtime exception.  This method does *not* check if the index is
     * negative: It is always used immediately prior to an array access,
     * which throws an ArrayIndexOutOfBoundsException if index is negative.
     */
    private void rangeCheck(int index) {
        if (index >= size)
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }

源碼刨析:

  • 這塊內(nèi)容主要也就進(jìn)行了一次下標(biāo)越界的檢查,檢查通過(guò)就直接返回?cái)?shù)據(jù)。

五、刪除元素

ArrayList 主要提供了:指定下標(biāo)刪除,按元素刪除,批量刪除,特定條件刪除,下標(biāo)區(qū)間刪除等方法。

5.1 指定下標(biāo)刪除

    /**
     * Removes the element at the specified position in this list.
     * Shifts any subsequent elements to the left (subtracts one from their
     * indices).
     * 刪除特定位置的集合元素,將該元素之后的所有元素往前挪一位。
     * @param index the index of the element to be removed 待刪除的元素下標(biāo)
     * @return the element that was removed from the list 返回已刪除的元素
     * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc} 下標(biāo)越界異常
     */
    public E remove(int index) {
        rangeCheck(index); // 下標(biāo)越界檢查

        modCount++; // 修改次數(shù)累加
        E oldValue = elementData(index);

        int numMoved = size - index - 1; // 計(jì)算需要移動(dòng)的元素?cái)?shù)量,指的就是當(dāng)前刪除位置之后的元素?cái)?shù)量
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved); // 重新進(jìn)行數(shù)據(jù)拷貝
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work 將數(shù)組末尾空缺出來(lái)的位置引用置為null,便于GC

        return oldValue;
    }

源碼刨析:

  • 首先就是進(jìn)行下標(biāo)越界的檢查,然后就是修改次數(shù)的累加以及獲取待刪除的舊數(shù)據(jù)。
  • 這塊:int numMoved = size - index - 1; 主要是計(jì)算一下當(dāng)前待刪除元素之后有多少需要移動(dòng)的元素?cái)?shù)量。
  • 這個(gè) numMoved 的值可能為 0 ,比如說(shuō)當(dāng)前集合就一個(gè)元素,在刪除下標(biāo)為 0 的時(shí)候,numMoved 的值就為 0 ,所以接下來(lái)做了一次 if 是否大于零的判斷,如果為 true,則執(zhí)行數(shù)組的拷貝,將需要處理的元素全部往前移動(dòng)一位。
  • 上一步移動(dòng)完元素之后,數(shù)組的最后一個(gè)位置就空缺出來(lái)了,然后就通過(guò) elementData[--size] = null; 將該位置的引用置為 null 便于GC處理。

5.2 按元素刪除

    /**
     * Removes the first occurrence of the specified element from this list,
     * 如果集合中指定的元素存在的話,刪除首次出現(xiàn)的那個(gè)指定元素。
     * if it is present.  If the list does not contain the element, it is
     * 如果指定元素不存在,則不會(huì)有什么影響。
     * unchanged.  More formally, removes the element with the lowest index
     * <tt>i</tt> such that 
     * 一般情況下,會(huì)刪除下標(biāo)最小的那個(gè)元素
     * <tt>(o==null ? get(i)==null : o.equals(get(i)))</tt>
     * (if such an element exists).  Returns <tt>true</tt> if this list
     * contained the specified element (or equivalently, if this list
     * changed as a result of the call).
     * 
     * @param o element to be removed from this list, if present 待刪除的元素
     * @return <tt>true</tt> if this list contained the specified element 如果元素存在則返回true,反之為false
     */
    public boolean remove(Object o) {
        if (o == null) { // 如果待刪除的元素為 null,則直接遍歷數(shù)組元素和 null 進(jìn)行匹配
            for (int index = 0; index < size; index++)
                if (elementData[index] == null) {
                    fastRemove(index); // 執(zhí)行刪除操作
                    return true;
                }
        } else {
            for (int index = 0; index < size; index++)
                if (o.equals(elementData[index])) { // 遍歷匹配所有元素
                    fastRemove(index);// 執(zhí)行刪除操作
                    return true;
                }
        }
        return false;
    }
    /*
     * Private remove method that skips bounds checking and does not
     * return the value removed.
     */
    private void fastRemove(int index) {
        modCount++; // 修改次數(shù)累加
        int numMoved = size - index - 1;// 計(jì)算需要移動(dòng)的元素?cái)?shù)量,指的就是當(dāng)前刪除位置之后的元素?cái)?shù)量
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);// 重新進(jìn)行數(shù)據(jù)拷貝
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work 將數(shù)組末尾空缺出來(lái)的位置引用置為null,便于GC
    }

源碼刨析:

  • 首先根據(jù)待刪除的元素是否為 null 進(jìn)行分別處理。
  • 如果待刪除的元素是 null 的話,則遍歷所有數(shù)組元素和 null 進(jìn)行匹配,匹配到第一個(gè)的話則執(zhí)行刪除,直接返回true。
  • 如果不是,則遍歷所有數(shù)組元素和待刪除元素進(jìn)行 equals 匹配,匹配到第一個(gè)的話則執(zhí)行刪除,直接返回true。
  • 對(duì)于 fastRemove 這個(gè)方法的話,筆者認(rèn)為在上一個(gè)指定下標(biāo)刪除的時(shí)候可以直接調(diào)用這個(gè)方法的。

小貼士: 由上述源碼可以得出一個(gè)結(jié)論:==如果你想刪除一個(gè) ArrayList 中的 所有 null 元素,調(diào)用一次 remove(null); 是無(wú)法刪除全部的null元素的。==

5.3 批量刪除

    /**
     * Removes from this list all of its elements that are contained in the
     * specified collection.
     * 按給定的特定元素集合去刪除當(dāng)前集合的匹配元素。
     * @param c collection containing elements to be removed from this list 包含待刪除元素的刪除
     * @return {@code true} if this list changed as a result of the call
     * @throws ClassCastException if the class of an element of this list
     *         is incompatible with the specified collection
     * (<a href="Collection.html#optional-restrictions" rel="external nofollow"  rel="external nofollow" >optional</a>)
     * @throws NullPointerException if this list contains a null element and the
     *         specified collection does not permit null elements
     * (<a href="Collection.html#optional-restrictions" rel="external nofollow"  rel="external nofollow" >optional</a>),
     *         or if the specified collection is null
     * @see Collection#contains(Object)
     */
    public boolean removeAll(Collection<?> c) {
        Objects.requireNonNull(c); // 對(duì) c 集合進(jìn)行空判斷
        return batchRemove(c, false); // 執(zhí)行批量刪除
    }
    // 批量刪除方法
    private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {
        final Object[] elementData = this.elementData;
        int r = 0, w = 0;
        boolean modified = false; // 操作結(jié)果標(biāo)識(shí)
        try {
        	// 通過(guò)遍歷原集合,將不符合刪除條件的 [r] 位置的元素替換掉 [w] 位置的元素,并將 [w] 累加。
            for (; r < size; r++) // 每次循環(huán) r++
                if (c.contains(elementData[r]) == complement) // 如果待刪除的集合不包含有原集合的元素
                    elementData[w++] = elementData[r]; // 則用原集合當(dāng)前下標(biāo)位置 [r] 的元素覆蓋掉下標(biāo)位置為 [w] 的元素
                    // 并將 [w] 累加。
        } finally {
            // Preserve behavioral compatibility with AbstractCollection,
            // even if c.contains() throws.
            // 只有在拋出異常時(shí):r != size ,那么此時(shí)需要將未比對(duì)的元素拼接在已經(jīng)處理過(guò)的元素后面
            if (r != size) {
                System.arraycopy(elementData, r,
                                 elementData, w,
                                 size - r);
                w += size - r; // 重新設(shè)置 [w] 的值,因?yàn)樵谙乱徊綍?huì)將 [w] 之后的元素設(shè)置為null,此時(shí)的 [r] 為拋出異常位置
            }
            // 在極端情況下,如果待刪除集合和原集合的元素完全無(wú)交集,則 `w == size`,這種情況下無(wú)需對(duì)原集合進(jìn)行任何操作。
            if (w != size) {
                // clear to let GC do its work
                for (int i = w; i < size; i++)
                    elementData[i] = null; // 將 [w] 之后的元素全部賦值為 null。
                modCount += size - w; // 對(duì) modCount 進(jìn)行重新設(shè)置
                size = w;
                modified = true;
            }
        }
        return modified;
    }
    // 集合是否包含指定的元素
    public boolean contains(Object o) {
        return indexOf(o) >= 0; // 遍歷集合查找指定元素
    }

源碼刨析:

  • 首先對(duì)傳入的參數(shù)集合進(jìn)行 null 判斷,如果為空則直接拋出異常。
  • 接下來(lái)就是通過(guò) batchRemove 方法執(zhí)行批量刪除。
  • 這個(gè):batchRemove方法首先會(huì)遍歷原集合,使用其 [r] 位置元素去匹配在待刪除集合是否存在:
  • 如果不存在,說(shuō)明該元素并不是要?jiǎng)h除元素,則:if (c.contains(elementData[r]) == complement) 返回true,此時(shí)的原集合的 [r] 位置元素需要覆蓋到原集合的 [w] 位置,此時(shí) [w] 進(jìn)行累加,方便下次進(jìn)行覆蓋。
  • 在循環(huán)完畢后,最終的結(jié)果就是:原集合的 [w] 位置之前的元素都是需要保留下來(lái)的。
  • finally 代碼塊中:進(jìn)行的第一個(gè) if (r != size) 判斷是為了在出現(xiàn)異常時(shí)(此時(shí)r != size)單獨(dú)將后續(xù)未處理完的 [r] 之后數(shù)據(jù)拷貝到原集合的 [r] 之后,保證數(shù)據(jù)的完整性。另外還需要重新計(jì)算 [w] 的值。
  • 在這一步:if (w != size) 判斷是為了將 [w] 之后的重疊需要?jiǎng)h除的數(shù)據(jù)賦值為 null,最后修改 modCount 和集合的大小 size 的值。
  • 總之按博主的理解,這個(gè)batchRemove方法總體思想是:將原數(shù)組中不匹配的元素通過(guò)替換的方式往前聚集,處理到最后那么后面的那部分元素就可以廢棄掉了。

5.4 特定條件刪除

	// 根據(jù)指定的過(guò)濾器判斷匹配的元素是否在集合內(nèi):Predicate 接口主要用來(lái)判斷一個(gè)參數(shù)是否符合要求。
    public boolean removeIf(Predicate<? super E> filter) {
        Objects.requireNonNull(filter); // 指定的過(guò)濾器的非null判斷
        // figure out which elements are to be removed 找出要?jiǎng)h除的元素
        // any exception thrown from the filter predicate at this stage 在這階段拋出的任何異常都不會(huì)使得集合發(fā)生改變
        // will leave the collection unmodified
        int removeCount = 0; // 刪除數(shù)目
        final BitSet removeSet = new BitSet(size); // BitSet是一種特殊類型的數(shù)組來(lái)保存位值,其中數(shù)組大小會(huì)隨需要增加
        final int expectedModCount = modCount; // 記錄修改次數(shù)
        final int size = this.size;
        // 這個(gè)循環(huán)主要是為了記錄需要?jiǎng)h除的元素?cái)?shù)目
        for (int i=0; modCount == expectedModCount && i < size; i++) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            final E element = (E) elementData[i];
            if (filter.test(element)) {
                removeSet.set(i); // 通過(guò) removeSet 來(lái)記錄需要?jiǎng)h除的集合下標(biāo)
                removeCount++; // 刪除數(shù)目進(jìn)行累加
            }
        }
        if (modCount != expectedModCount) { // 正常情況下這兩個(gè)值應(yīng)該是相等的,不相等說(shuō)明有了并發(fā)修改,則拋出異常 
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
        // shift surviving elements left over the spaces left by removed elements
        // 通過(guò)遍歷使用未刪除的元素替換已刪除元素,[i] 代表未刪除的元素下標(biāo),[j] 代表被替換的元素下標(biāo)
        final boolean anyToRemove = removeCount > 0;
        if (anyToRemove) {
            final int newSize = size - removeCount; // 記錄刪除后的新的容量
            for (int i=0, j=0; (i < size) && (j < newSize); i++, j++) {
                i = removeSet.nextClearBit(i);  // 找出未刪除元素的下標(biāo) [i]
                elementData[j] = elementData[i]; // 使用未刪除的元素 [i] 替換對(duì)應(yīng)位置 [j] 的元素
            }
            for (int k=newSize; k < size; k++) { // 將下標(biāo)從 [k] 到之后的位置的元素賦值為null
                elementData[k] = null;  // Let gc do its work
            }
            this.size = newSize;
            if (modCount != expectedModCount) { // 出現(xiàn)并發(fā)修改時(shí)拋出異常
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
            modCount++; // 修改次數(shù)累加
        }

        return anyToRemove;
    }

源碼刨析:

  • 這個(gè)方法 removeIf 支持指定一個(gè)過(guò)濾器(Predicate)來(lái)刪除指定的若干元素。
  • 在這個(gè)方法中用到了:final BitSet removeSet = new BitSet(size); BitSet 是一種特殊類型的數(shù)組,它只能記錄兩種狀態(tài):01,可以用來(lái)代表有沒(méi)有是與否等數(shù)據(jù)。在這塊是為了存儲(chǔ)需要刪除的元素的下標(biāo)。
  • 這里使用一個(gè)和集合的 size 一樣容量的 BitSet 來(lái)對(duì)應(yīng)每一個(gè)集合元素的下標(biāo),方便后續(xù)處理。
  • 通過(guò)for (int i=0; modCount == expectedModCount && i < size; i++) 這個(gè)循環(huán)匹配集合中需要?jiǎng)h除的元素,用其下標(biāo)來(lái)為 removeSet 對(duì)應(yīng)位置 [i] 的狀態(tài)位的值為true。
  • 到了if (modCount != expectedModCount) 這一步就是常規(guī)的并發(fā)修改的檢查,如果出現(xiàn)并發(fā)修改則直接拋出異常。
  • anyToRemove 的值大于零,也就是匹配到有需要?jiǎng)h除的元素,則開(kāi)始執(zhí)行數(shù)據(jù)的刪除操作。
  • 通過(guò) for (int i=0, j=0; (i < size) && (j < newSize); i++, j++)這個(gè)循環(huán)來(lái)處理,利用BitSet的i = removeSet.nextClearBit(i);獲取得到下一個(gè)值為false的下標(biāo)值,也就是獲取未被標(biāo)記刪除的元素下標(biāo)。
  • 進(jìn)行數(shù)據(jù)替換:elementData[j] = elementData[i];,上一步已經(jīng)獲取到未被標(biāo)記刪除的元素下標(biāo) [i],在這一步就可以順次替換掉 [j] 位置的元素,這樣一來(lái)就能保證未被標(biāo)記刪除的元素最終都集中在集合前面連續(xù)部分的位置,也就是在下標(biāo) [newSize] 之前。
  • 通過(guò)這部分:for (int k=newSize; k < size; k++) 進(jìn)行遍歷 [k] 之后的元素,執(zhí)行 elementData[k] = null; 把下標(biāo) [k] 以及之后的位置元素賦值為null,便于下一次的 GC 。
  • 最后再次進(jìn)行并發(fā)修改的檢查以及集合的修改次數(shù)的累加。

小貼士: 對(duì)于這個(gè)方法使用這里給一個(gè)簡(jiǎn)單的例子: 假設(shè)有一個(gè)字符串集合 list:["Google","Runoob","Taobao","Facebook"],我們想刪除所有帶有 ”oo“的元素; 則可以:list.removeIf(e -> e.contains("oo"));,最終的集合就變?yōu)椋篬"Taobao"]。

5.5 下標(biāo)區(qū)間刪除

    /**
     * Removes from this list all of the elements whose index is between
     * {@code fromIndex}, inclusive, and {@code toIndex}, exclusive.
     * 刪除下標(biāo)區(qū)間 [fromIndex]至[toIndex]之間的元素,包含[fromIndex] 但是不包含 [toIndex] 。
     * Shifts any succeeding elements to the left (reduces their index).
     * 將刪除區(qū)間之后的集合元素統(tǒng)一左移動(dòng)。
     * This call shortens the list by {@code (toIndex - fromIndex)} elements.
     * (If {@code toIndex==fromIndex}, this operation has no effect.)
     * 如果[fromIndex]和[toIndex]相等,則對(duì)集合無(wú)影響。
     * @throws IndexOutOfBoundsException if {@code fromIndex} or
     *         {@code toIndex} is out of range
     *         ({@code fromIndex < 0 ||
     *          fromIndex >= size() ||
     *          toIndex > size() ||
     *          toIndex < fromIndex})
     */
    protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
        modCount++; // 修改次數(shù)累加
        int numMoved = size - toIndex; // 需要移動(dòng)的元素?cái)?shù)量,也就是待刪除區(qū)間的末尾之后的元素?cái)?shù)量。
        System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,
                         numMoved); // 用刪除區(qū)間的末尾之后的元素拷貝至刪除區(qū)間的元素進(jìn)行覆蓋。

        // clear to let GC do its work
        int newSize = size - (toIndex-fromIndex); // 計(jì)算新的集合的長(zhǎng)度,方便后續(xù)進(jìn)行多余數(shù)組元素的置空
        for (int i = newSize; i < size; i++) {
            elementData[i] = null; // 將后半部分的多余位置的元素賦值為 null,方便GC。
        }
        size = newSize; // 重新設(shè)置集合的大小
    }

源碼刨析:

  • 這個(gè)方法可以指定刪除一段下標(biāo)區(qū)間的所有元素。
  • 首先進(jìn)行修改次數(shù)的累加:modCount++;,然后計(jì)算刪除區(qū)間的結(jié)束下標(biāo) [toIndex] 之后的元素?cái)?shù)量,也就是 numMoved ,這部分元素需要往前移動(dòng)來(lái)覆蓋待刪除區(qū)間的位置。
  • 以數(shù)組拷貝的方式:System.arraycopy 將后半部分有效元素往前移動(dòng)覆蓋掉刪除區(qū)間的位置。
  • 重新計(jì)算集合的大?。?code>int newSize = size - (toIndex-fromIndex),方便后續(xù)將后半部分空缺的位置的數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)效化。
  • 通過(guò)循環(huán)遍歷將后部分無(wú)效的集合元素進(jìn)行賦值 null 的操作,方便 GC 回收。
  • 重新設(shè)置集合的大小:size = newSize;

以上就是Java集合框架概覽之ArrayList源碼刨析的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于Java ArrayList的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!

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