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原创

Java集合类之ArrayList

2023-10-27 06:54:20
2
0

ArryList是一个依靠数组存储元素的类

继承和实现关系:

 ArrayList<E> extends AbstractList<E>  implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable 

关键属性:

/**
     * Default initial capacity.
     * 默认初始容量
     */
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
 
    /**
     * Shared empty array instance used for empty instances.
     * 用于空实例的共享空数组实例。
     */
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
 
    /**
     * Shared empty array instance used for default sized empty instances. We
     * distinguish this from EMPTY_ELEMENTDATA to know how much to inflate when
     * first element is added.
     * 用于默认大小的空实例的共享空数组实例。
     * 我们将其与EMPTY_ELEMENTDATA区分开来,以了解添加第一个元素时扩容多少。
     */
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
 
    /**
     * 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.
     * 存储实际元素的数组,transient 修饰的属性不能被序列化
     */
    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
 
    /**
     * The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
     * 包含的元素个数
     * @serial
     */
    private int size;
 

提炼出来就是下面五个:

    1.DEFAULT_CAPACITY = 10;
    2.EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    3.DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    4.elementData;
    5.size;

构造方法:

1.无参构造方法

    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

2.指定初始容量的有参构造方法

    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);
        }
    }
 
3.从其他集合获取数据的有参构造方法
    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
        elementData = c.toArray();
        if ((size = elementData.length) != 0) {
            // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
            if (elementData.getClass() != Object[].class)
                elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
        } else {
            // replace with empty array.
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        }
    }
 

添加元素和扩容机制:

    public boolean add(E e) {
        // 关键方法 
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

ensureCapacityInternal方法涉及到了容量判断和扩容的实现

    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }

calculateCapacity方法判断和计算容量,看下面代码可知道,如果是空数组,则选择DEFAULT_CAPACITY(默认容量=10)和 minCapacity之间大的那一个,非空数组直接返回minCapacity

    private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        return minCapacity;
    }

再看ensureExplicitCapacity方法,有段判断逻辑: minCapacity - elementData.length > 0 ,即元素个数要超过容量的时候就会执行具体的扩容方法:grow方法

    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {  
        // modCount记录list结构被修改的次数,添加删除都会加一,但是修改不会
        modCount++;
 
        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
 

grow方法具体实现

    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        // 获取旧的容量
        int oldCapacity = elementData.length;
        // 新的容量等于1.5倍旧容量(向下取整)
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        // 如果扩大之后的容量不够,则新的容量等于minCapacity
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        // 如果新的容量超过了MAX_ARRAY_SIZE(2的31次方减一,再减8),则调用hugeCapacity方法获取大容量
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        // 按照新的容量创建数组
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }
 

hugeCapacity方法获取最大容量

    private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }
 

Arrays.copyOf方法底层调用的是一个native方法:System.arraycopy方法

    public static native void arraycopy(Object src,  int  srcPos,
                                        Object dest, int destPos,
                                        int length);
 
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汪****翔
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Java集合类之ArrayList

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ArryList是一个依靠数组存储元素的类

继承和实现关系:

 ArrayList<E> extends AbstractList<E>  implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable 

关键属性:

/**
     * Default initial capacity.
     * 默认初始容量
     */
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
 
    /**
     * Shared empty array instance used for empty instances.
     * 用于空实例的共享空数组实例。
     */
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
 
    /**
     * Shared empty array instance used for default sized empty instances. We
     * distinguish this from EMPTY_ELEMENTDATA to know how much to inflate when
     * first element is added.
     * 用于默认大小的空实例的共享空数组实例。
     * 我们将其与EMPTY_ELEMENTDATA区分开来,以了解添加第一个元素时扩容多少。
     */
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
 
    /**
     * 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.
     * 存储实际元素的数组,transient 修饰的属性不能被序列化
     */
    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
 
    /**
     * The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
     * 包含的元素个数
     * @serial
     */
    private int size;
 

提炼出来就是下面五个:

    1.DEFAULT_CAPACITY = 10;
    2.EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    3.DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    4.elementData;
    5.size;

构造方法:

1.无参构造方法

    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

2.指定初始容量的有参构造方法

    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);
        }
    }
 
3.从其他集合获取数据的有参构造方法
    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
        elementData = c.toArray();
        if ((size = elementData.length) != 0) {
            // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
            if (elementData.getClass() != Object[].class)
                elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
        } else {
            // replace with empty array.
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        }
    }
 

添加元素和扩容机制:

    public boolean add(E e) {
        // 关键方法 
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

ensureCapacityInternal方法涉及到了容量判断和扩容的实现

    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }

calculateCapacity方法判断和计算容量,看下面代码可知道,如果是空数组,则选择DEFAULT_CAPACITY(默认容量=10)和 minCapacity之间大的那一个,非空数组直接返回minCapacity

    private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        return minCapacity;
    }

再看ensureExplicitCapacity方法,有段判断逻辑: minCapacity - elementData.length > 0 ,即元素个数要超过容量的时候就会执行具体的扩容方法:grow方法

    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {  
        // modCount记录list结构被修改的次数,添加删除都会加一,但是修改不会
        modCount++;
 
        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
 

grow方法具体实现

    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        // 获取旧的容量
        int oldCapacity = elementData.length;
        // 新的容量等于1.5倍旧容量(向下取整)
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        // 如果扩大之后的容量不够,则新的容量等于minCapacity
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        // 如果新的容量超过了MAX_ARRAY_SIZE(2的31次方减一,再减8),则调用hugeCapacity方法获取大容量
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        // 按照新的容量创建数组
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }
 

hugeCapacity方法获取最大容量

    private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }
 

Arrays.copyOf方法底层调用的是一个native方法:System.arraycopy方法

    public static native void arraycopy(Object src,  int  srcPos,
                                        Object dest, int destPos,
                                        int length);
 
文章来自个人专栏
Java源码分析
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