Java集合框架ArrayList源碼分析（一）

更新時間：2016年08月13日 11:47:08 作者：風中程序猿

這篇文章主要為大家詳細介紹了Java集合框架ArrayList源碼分析，感興趣的小伙伴們可以參考一下

ArrayList底層維護的是一個動態(tài)數(shù)組，每個ArrayList實例都有一個容量。該容量是指用來存儲列表元素的數(shù)組的大小。它總是至少等于列表的大小。隨著向 ArrayList 中不斷添加元素，其容量也自動增長。

ArrayList不是同步的（也就是說不是線程安全的），如果多個線程同時訪問一個ArrayList實例，而其中至少一個線程從結(jié)構(gòu)上修改了列表，那么它必須保持外部同步，在多線程環(huán)境下，可以使用Collections.synchronizedList方法聲明一個線程安全的ArrayList，例如：
List arraylist = Collections.synchronizedList(new ArrayList());
下面通過ArrayList的源碼來分析其原理。
1、ArrayList的構(gòu)造方法：ArrayList提供了三種不同的構(gòu)造方法
1) ArrayList()，構(gòu)造一個初始容量為 10 的空列表。
2) ArrayList(int initialCapacity)，構(gòu)造一個具有指定初始容量的空列表。
3) ArrayList(Collection<? extends E> c)，構(gòu)造一個包含指定 collection 的元素的列表，這些元素是按照該 collection 的迭代器返回它們的順序排列的。

源碼如下：

private transient Object[] elementData;

public ArrayList(int initialCapacity) {

  super();

  if (initialCapacity < 0)

    throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity);

  this.elementData = new Object[initialCapacity]; //生成一個長度為10的Object類型的數(shù)組

 }

 

 

 public ArrayList() {

  this(10); //調(diào)用ArrayList(int i)

 }<br><br>

 public ArrayList(Collection<? extends E> c) {

    elementData = c.toArray();  //返回包含此 collection 中所有元素的數(shù)組

  size = elementData.length;

  // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)

  if (elementData.getClass() != Object[].class)

   elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); //復制指定的數(shù)組，返回包含相同元素和長度的Object類型的數(shù)組

 }

當采用不帶參數(shù)的構(gòu)造方法ArrayList()生成一個集合對象時，其實是在底層調(diào)用ArrayList(int initialCapacity)這一構(gòu)造方法生產(chǎn)一個長度為10的Object類型的數(shù)組。當采用帶有集合類型參數(shù)的構(gòu)造方法時，在底層生成一個包含相同的元素和長度的Object類型的數(shù)組。

2、add方法：ArrayList提供了兩種添加元素的add方法
1) add(E e)，將指定的元素添加到此列表的尾部。
2) add(int index, E e)，將指定的元素插入此列表中的指定位置。向右移動當前位于該位置的元素（如果有）以及所有后續(xù)元素（將其索引加 1）private int size;

public boolean add(E e) {

  ensureCapacity(size + 1); // 擴大數(shù)組容量

  elementData[size++] = e;  //將元素e添加到下標為size的Object數(shù)組中，并且執(zhí)行size++

  return true;

  }

 

 public void add(int index, E element) {

  if (index > size || index < 0) //如果指定要插入的數(shù)組下標超過數(shù)組容量或者指定的下標小于0，拋異常

    throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+", Size: "+size);

 

  ensureCapacity(size+1); // 擴大數(shù)組容量

  System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,size - index); //從指定源數(shù)組中復制一個數(shù)組，復制從指定的位置開始，到目標數(shù)組的指定位置結(jié)束。<br>                                          // elementData --- 源數(shù)組  index --- 源數(shù)組中的起始位置  <br>                                          // elementData --- 目標數(shù)組 index+1 --- 目標數(shù)組中的起始位置<br>                                          // size - index --- 要復制的數(shù)組元素的數(shù)量

  elementData[index] = element; //將要添加的元素放到指定的數(shù)組下標處

  size++;

  }

public void ensureCapacity(int minCapacity) {

  modCount++;

  int oldCapacity = elementData.length; //原數(shù)組的容量

  if (minCapacity > oldCapacity) {

    Object oldData[] = elementData;

    int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1; //定義新數(shù)組的容量，為原數(shù)組容量的1.5倍+1

      if (newCapacity < minCapacity)

    newCapacity = minCapacity;

      // minCapacity is usually close to size, so this is a win:

      elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); //復制指定的數(shù)組，返回新數(shù)組的容量為newCapacity

  }

  }

如果集合中添加的元素超過了10個，那么ArrayList底層會新生成一個數(shù)組，長度為原數(shù)組的1.5倍+1，并將原數(shù)組中的元素copy到新數(shù)組中，并且后續(xù)添加的元素都會放在新數(shù)組中，當新數(shù)組的長度無法容納新添加的元素時，重復該過程。這就是集合添加元素的實現(xiàn)原理。

3、get方法：
1) get(int index)，返回此列表中指定位置上的元素。

public E get(int index) {
  RangeCheck(index); //檢查傳入的指定下標是否合法
 
  return (E) elementData[index]; //返回數(shù)組下標為index的數(shù)組元素

  }
private void RangeCheck(int index) {
  if (index >= size) //如果傳入的下標大于或等于集合的容量，拋異常
    throw new IndexOutOfBoundsException(
    "Index: "+index+", Size: "+size);

  }

4、remove方法：
1) E remove(int index)，移除此列表中指定位置上的元素。向左移動所有后續(xù)元素（將其索引減 1）。
2) boolean remove(Object o)，移除此列表中首次出現(xiàn)的指定元素（如果存在）。如果列表不包含此元素，則列表不做改動，返回boolean值。

public E remove(int index) {

  RangeCheck(index); //檢查指定的下標是否合法

 

  modCount++;

  E oldValue = (E) elementData[index]; //獲取指定下標的數(shù)組元素

 

  int numMoved = size - index - 1; //要移動的元素個數(shù)

  if (numMoved > 0)

    System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); //移動數(shù)組元素

  elementData[--size] = null; // Let gc do its work

 

  return oldValue;

  }

 

 public boolean remove(Object o) {

  if (o == null) { //如果傳入的參數(shù)為null

      for (int index = 0; index < size; index++)

    if (elementData[index] == null) { //移除首次出現(xiàn)的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) { //移除指定位置的元素,實現(xiàn)方法類似remove(int i)

    modCount++;

    int numMoved = size - index - 1;

    if (numMoved > 0)

      System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,

               numMoved);

    elementData[--size] = null; // Let gc do its work

  }

5、clone方法：
1) Object clone()，返回此ArrayList實例的淺表副本（不復制這些元素本身）。

public Object clone() {
  try {
    ArrayList<E> v = (ArrayList<E>) super.clone(); //調(diào)用Object類的clone方法返回一個ArrayList對象
    v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size); //復制目標數(shù)組
    v.modCount = 0;
    return v;

  } catch (CloneNotSupportedException e) {

    // this shouldn't happen, since we are Cloneable

    throw new InternalError();

  }

  }

以上通過對ArrayList部分關(guān)鍵源碼的分析，知道了ArrayList底層的實現(xiàn)原理，關(guān)于ArrayList源碼有以下幾點幾點總結(jié)：
1) ArrayList 底層是基于數(shù)組來實現(xiàn)的，可以通過下標準確的找到目標元素，因此查找的效率高；但是添加或刪除元素會涉及到大量元素的位置移動，效率低。
2) ArrayList提供了三種不同的構(gòu)造方法，無參數(shù)的構(gòu)造方法默認在底層生成一個長度為10的Object類型的數(shù)組，當集合中添加的元素個數(shù)大于10，數(shù)組會自動進行擴容，即生成一個新的數(shù)組，并將原數(shù)組的元素放到新數(shù)組中。
3) ensureCapacity方法對數(shù)組進行擴容，它會生成一個新數(shù)組，長度是原數(shù)組的1.5倍+1，隨著向ArrayList中不斷添加元素，當數(shù)組長度無法滿足需要時，重復該過程。

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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