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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構上修改了列表,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的構造方法:ArrayList提供了三種不同的構造方法
1) ArrayList(),構造一個初始容量為 10 的空列表。
2) ArrayList(int initialCapacity),構造一個具有指定初始容量的空列表。
3) ArrayList(Collection<? extends E> c),構造一個包含指定 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類型的數組

 }

 

 

 public ArrayList() {

  this(10); //調用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); //復制指定的數組,返回包含相同元素和長度的Object類型的數組

 }

當采用不帶參數的構造方法ArrayList()生成一個集合對象時,其實是在底層調用ArrayList(int initialCapacity)這一構造方法生產一個長度為10的Object類型的數組。當采用帶有集合類型參數的構造方法時,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); // 擴大數組容量

  elementData[size++] = e;  //將元素e添加到下標為size的Object數組中,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組下標超過數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); // 擴大數組容量

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

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

  size++;

  }

public void ensureCapacity(int minCapacity) {

  modCount++;

  int oldCapacity = elementData.length; //原數組的容量

  if (minCapacity > oldCapacity) {

    Object oldData[] = elementData;

    int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1; //定義新數組的容量,為原數組容量的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); //復制指定的數組,返回新數組的容量為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組,長度為原數組的1.5倍+1,并將原數組中的元素copy到新數組中,并且后續(xù)添加的元素都會放在新數組中,當新數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]; //返回數組下標為index的數組元素

  }
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]; //獲取指定下標的數組元素

 

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

  if (numMoved > 0)

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

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

 

  return oldValue;

  }

 

 public boolean remove(Object o) {

  if (o == null) { //如果傳入的參數為null

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

    if (elementData[index] == null) { //移除首次出現的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部分關鍵源碼的分析,知道了ArrayList底層的實現原理,關于ArrayList源碼有以下幾點幾點總結:
 1) ArrayList 底層是基于數組來實現的,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造方法,無參數的構造方法默認在底層生成一個長度為10的Object類型的數組,當集合中添加的元素個數大于10,數組會自動進行擴容,即生成一個新的數組,并將原數組的元素放到新數組中。
3) ensureCapacity方法對數組進行擴容,它會生成一個新數組,長度是原數組的1.5倍+1,隨著向ArrayList中不斷添加元素,當數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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