源码分析
属性
// 默认的初始化容量
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
// 用于无参构造中初始化一个空数组
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// ArrayList 是动态数组实现的，我们操作ArrayList 实际就是操作的这个对象
private transient Object[] elementData;
// 数组长度
private int size;
构造方法
// 无参构造，初始化一个没有元素的数组
public ArrayList() {
super();
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
// 自定义初始化容量
public ArrayList(int initialCapacity) {
super();
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity);
this.elementData = new Object[initialCapacity];
}
// 创建一个包含 collection 的数组
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
size = elementData.length;
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
}
增
public boolean add(E e)：在数组末尾增加一个元素
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1);
elementData[size++] = e;
return true;
}
扩充容量，设置尾部元素，数组长度自增。
返回值为 true。
public void add(int index, E element)：在 index 位置插入元素
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);
ensureCapacityInternal(size + 1);
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
1). 越界检测和容量扩充
2). index 位置之后的元素全部往后挪动一个单位
3). 为 index 位置填入元素，数组长度 +1
public boolean addAll(Collection<? extends E> c)：在数组末尾添加一组元素
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount
System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
简单不解释。只要数组改变就返回 true。
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c)：在 index 位置插入一组元素
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
rangeCheckForAdd(index);
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityInternal(size + numNew);
int numMoved = size - index;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew, numMoved);
System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
类似 add(int index, E element)。只要数组有改变就返回 true。
删
E remove(int index)：指定下标删除元素
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
return oldValue;
}
1). 进行越界检查，修改 modCount
2). 将移除位置之后的元素全部往前挪动一个位置
3). 将最后一个位置的元素置为空同时将数组长度减一
4). 返回的对象是删除的元素
boolean remove(Object o)：删除此元素
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementData[index] == null) {
fastRemove(index);
return true;
}
} else {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (o.equals(elementData[index])) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}
1). 若此元素为空，顺序遍历数组，找到第一个也为空的元素并且删除，返回 true
2). 若此元素不为空，顺序遍历数组，找到相等的元素并且删除，返回 true
3). 若是找不到就会返回 false
4). 删除元素使用的方法是 faseRemove 如下：基本和 remove(int index) 一样的
private void fastRemove(int index)：和 remove(int index) 一样
private void fastRemove(int index) {
modCount++;
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
}
public boolean removeAll(Collection<?> c)：删除所有和 c 中元素相同的元素
public boolean removeAll(Collection<?> c) {
return batchRemove(c, false);
}
调用 batchRemove 方法。遍历判断 c 是否包含元素。若包含，则不理会。若不包含就会依次存入该数组中。
返回值：只要集合有改变，就会返回 true。
下面的 retainAll 方法参考 removeAll。基本相同。
public boolean retainAll(Collection<?> c)：删除所有和 c 中元素不同的元素
public boolean retainAll(Collection<?> c) {
return batchRemove(c, true);
}
private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement)：设计的挺巧妙的，一个方法多用。
private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {
final Object[] elementData = this.elementData;
int r = 0, w = 0;
boolean modified = false;
try {
for (; r < size; r++)
if (c.contains(elementData[r]) == complement)
elementData[w++] = elementData[r];
} finally {
if (r != size) {
System.arraycopy(elementData, r, elementData, w, size - r);
w += size - r;
}
if (w != size) {
for (int i = w; i < size; i++)
elementData[i] = null;
modCount += size - w;
size = w;
modified = true;
}
}
return modified;
}
如果 w 不等于 size，说明此数组没有填充完。所以从 w 位置开始后面的都置为空。修改数组大小。
protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex)：删除两个位置之间的元素
protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
modCount++;
int numMoved = size - toIndex;
System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex, numMoved);
int newSize = size - (toIndex-fromIndex);
for (int i = newSize; i < size; i++) {
elementData[i] = null;
}
size = newSize;
}
1). 修改 modCount，toIndex 之后的所有元素都向前挪动 numMoved 个单位
2). 最后面的 numMoved 个单位置为空，修改数组长度
public void clear()：清空数组
public void clear() {
modCount++;
for (int i = 0; i < size; i++)
elementData[i] = null;
size = 0;
}
所有位置的元素都置为空，数组长度改为 0。
改
public E set(int index, E element)：替换掉 index 位置的元素
public E set(int index, E element) {
rangeCheck(index);
E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
return oldValue;
}
越界检测，获得 index 的旧元素并且设置上新元素。
返回旧元素。
查
public E get(int index)
public E get(int index) {
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}
越界检测，返回 index 位置的元素。
调整数组容量
// 扩充容量时会出现 size 很小而 length 很大的情况。出现空间浪费。使用这个方法将返回新的数组。size 和 length 相等。节省空间
public void trimToSize() {
modCount++;
if (size < elementData.length) {
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
}
}
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
int minExpand = (elementData != EMPTY_ELEMENTDATA)? 0 : DEFAULT_CAPACITY;
if (minCapacity > minExpand) {
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
if (minCapacity - elementData.length > 0) // 判断如果容量不足的时候再去扩充
grow(minCapacity);
}
// 新容量将至少为旧容量的约 150%
// 扩容后的容量和自定义容量相比去较大值，再和最大容量相比去较小值。
private void grow(int minCapacity) {
int oldCapacity = elementData.length;
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}
其他方法
public Object clone()：克隆 ArrayList
public Object clone() {
try {
ArrayList<E> v = (ArrayList<E>) super.clone();
v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
v.modCount = 0;
return v;
} catch (CloneNotSupportedException e) {
throw new InternalError();
}
}
并没有克隆集合内的元素。
public boolean contains(Object o)：判断集合是否包含元素 o
public boolean contains(Object o) {
return indexOf(o) >= 0;
}
public int indexOf(Object o) {
if (o == null) {
for (int i = 0; i < size; i++)
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = 0; i < size; i++)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}
public int lastIndexOf(Object o) {
if (o == null) {
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}
利用 indexof 定位元素。若能定位到就说明包含，否则就是不包含。
其他：
// 数组长度
public int size() {
return size;
}
// 判断是否为空
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
// 集合转化为数组
public Object[] toArray() {
return Arrays.copyOf(elementData, size);
}
public <T> T[] toArray(T[] a) {
if (a.length < size)
return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());
System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
if (a.length > size)
a[size] = null;
return a;
}
总结
1). 基于数组实现，是一个动态数组，增加元素的时候会自行扩容。
ArrayList 扩容后容量为旧容量的约 1.5 倍。而 Vector 扩容要看增长因子是否大于0，若大于0就增加增长因子这么大容量，否则扩容为旧容量的两倍。
private void grow(int minCapacity) {
int oldCapacity = elementData.length;
int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ? capacityIncrement : oldCapacity); // Vector 扩容
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
2). 增加（插入）元素的时候，总是需要先将插入位置之后的元素往后挪动一个元素，再进行插入操作。同理删除需要往前挪。和 LinkedList 相比效率低。
3). 修改元素和删除元素可以直接利用下标进行操作。比 LinkedList 效率高。
4). 允许元素为 NULL。
5). 非同步非线程安全。而 Vector 是同步的线程安全的。线程同步必定会对性能造成影响，所以 ArrayList 要比 Vector 性能好一些。
6). fase-fail 机制：迭代器在面临并发修改时候，能够马上反馈失败，避免将来不确定的时间发生不确定行为的风险。
private class Itr implements Iterator<E> {
int cursor;
int lastRet = -1;
int expectedModCount = modCount; // 赋值
public boolean hasNext() {
return cursor != size;
}
public E next() {
checkForComodification(); // 迭代过程中进行判断
int i = cursor;
if (i >= size)
throw new NoSuchElementException();
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length)
throw new ConcurrentModificationException();
cursor = i + 1;
return (E) elementData[lastRet = i];
}
public void remove() {
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification(); // 迭代过程中进行判断
try {
ArrayList.this.remove(lastRet);
cursor = lastRet;
lastRet = -1;
expectedModCount = modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
迭代器在初始化过程中会把 modCount 赋值给 exceptedModCount。在迭代器迭代的过程中如果发现这两个值不一样，就说明另外有线程对集合进行了修改，马上抛出异常。