ArrayList类的申明
ArrayList是一个支持泛型的，底层通过数组实现的一个可以存任意类型的数据结构，源码中的定义如下：
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{}
ArrayList类继承了AbstractList抽象类，AbstractList提供了List接口的默认实现
ArrayList实现了以下几个接口：
List<E>接口：约定List的操作规范，提供了一系列操作方法约定
RandomAccess接口：该接口约定其实现类支持随机访问，即可以通过下标的方式访问其中的元素
Cloneable接口：约定其实现类实例是可以被克隆的，通过调用Object.clone方法返回该对象的浅拷贝
Serializable接口：约定其实现类实例可以被序列化和反序列化
ArrayList主要字段、属性说明
// 版本号
private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
// 缺省容量
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
// 空对象数组
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 缺省空对象数组
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 元素数组
transient Object[] elementData;
// 实际元素大小，默认为0
private int size;
// 最大数组容量
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
其中有个重要的属性elementData其作用是存放集合元素,这说明了ArrayList内部其实是通过数组实现的。其修饰符transient 表明这个字字段在序列化时被忽略不序列化。
ArrayList部分方法分析
构造函数
- 无参构造函数：初始化一个长度为0的空数组
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
- ArrayList(int) 构造函数：初始化一个指定长度的数组
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
//初始化一个容量为initialCapacity的数组
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
//初始化空数组
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
//如果尝试初始化一个容量小于0的数组，则直接抛异常
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
- ArrayList(Collection<? extends E>)构造函数：初始化一个数组，并将参数集合中的元素复制到数组中
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
//将参数集合转化为数组，赋值到ArrayList内部存储属性上
elementData = c.toArray();
if ((size = elementData.length) != 0) {
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
//如果elementData数组类型不是Object[],则重新将elementData中元素转为Object复制到elementData中
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
//为空则返回空数组
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
上面的代码中为什么要再次判断？Collection类本身的toArray方法是返回Object[]类型数组，但是Java中如果子类如果继承Collection并重写了toArray方法，则返回的可能并不是Object[]类型数值，比如String[]等其他类型
Add(E e)、add(int index, E element)、addAll(Collection<? extends E> c) 、addAll(int index, Collection<? extends E> c)
ArrayList提供了这两个add操作方法，Add(E e)直接向素组末尾添加元素，add(int index, E element)向指定index索引处添加元素
//直接向素组末尾添加元素
public boolean add(E e) {
//判断数组容量是否还可以添加，不够添加则扩充数组容量
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
//将元素添加到数组末尾
elementData[size++] = e;
return true;
} private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
} private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
//用于迭代器
modCount++; //期望的最小数组容量大于当前数组容量，则扩容
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
} //计算期望最小的素组容量
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
// DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA空数组
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
// DEFAULT_CAPACITY=10，也就是说如果此时最小返回一个长度为10的数组
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
return minCapacity;
} //扩容
private void grow(int minCapacity) {
//当前数组容量
int oldCapacity = elementData.length;
//计算新素组容量，为当前数组容量的1.5倍
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
//判断新数组容量与期望数组容量大小，取值大的一方
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
// MAX_ARRAY_SIZE =Integer.MAX_VALUE – 8= 2147483639
//如果新数组容量大于2147483639，则使用扩展到最大Integer.MAX_VALUE
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
//将原数组中的元素拷贝到新素组中
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
上面的代码注释已经写的很清楚了，add方法的逻辑是首选检查数组容量是否够用，如果容量不足，则进行扩容，扩容策略是如果原素组为空，则返回一个长度为10的数组，否则数组容量扩充到原素组的1.5倍，最终数组容量最大为Integer.Max_VALUE=2147483647
//向指定索引处添加元素
public void add(int index, E element) {
//检查指定索引合法性
rangeCheckForAdd(index); ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
add(int index, E element)内部多了一个验证指定索引合法性逻辑，其他与add(E element)实现逻辑基本一致。
//添加集合
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
//检查是否需要扩容
ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount
System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
rangeCheckForAdd(index); Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount 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;
}
addAll方法实现逻辑与add方法基本相同
get(int index)
get方法返回此列表中指定位置的元素，内部实现首先判断一下索引是否越界（居然没有判断小于0，实际上小于0时，数组读取也会抛异常），然后取出对应索引位置处的元素，另外由于ArrayList内部是用Object[]实现存储的，get(int index)返回泛型E，实际上elementData(index)内部实现将Object转为E
public E get(int index) {
//验证索引是否越界
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}
private void rangeCheck(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
set(int index,E element)
set方法的功能是将指定索引处的元素修改为element值，并返回该位置原来的值
public E set(int index, E element) {
//验证索引合法性
rangeCheck(index);
//读取原来的值
E oldValue = elementData(index);
//替换为目标值
elementData[index] = element;
return oldValue;
}
remove(int index)、remove(Object o)、removeAll(Collection<?> c)、removeIf(Predicate<? super E> filter)、removeRange(int fromIndex, int toIndex)
ArrayList提供了一系列删除元素的方法，下面分析一个基础的remove(int index):
//删除指定索引处的元素
public E remove(int index) {
//校验索引合法性
rangeCheck(index); //删除操作影响数组列表结构，所以modCount自增1
modCount++;
//读取将要删除的元素
E oldValue = elementData(index);
//需要被移动的元素起始位置（该删除元素后面的元素都需要移动）
int numMoved = size - index - 1;
//存在移动的元素，则所有元素都往前移动一个位置
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
//由于所有元素都向前移动了，最后一个空出来的位置设置为null
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
//返回被删除的元素
return oldValue;
}
IndexOf(Object o) 、lastIndexOf(Object o)
如果我们需要检查列表中某个元素的位置，则可以使用indexOf方法，此方法返回被检查元素在列表中第一次出现的下标，如果未找到该元素，则返回-1
//查找指定元素的索引
public int indexOf(Object o) {
//顺序遍历数组，返回第一个出现位置的下标
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;
}
//不存在返回-1
return -1;
}
lastIndexOf(Object o)返回指定元素在数组中最后一次出现的下标
iterator()、listIterator()、listIterator(int index)
- iterator()方法： 返回一个ArrayList中元素的迭代器，实现代码如下：
public Iterator<E> iterator() {
return new Itr();
}
private class Itr implements Iterator<E> {
//下一个要返回元素的索引
int cursor; // index of next element to return
//最后一个返回元素的索引
int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
int expectedModCount = modCount;
Itr() {}
//判断是否还存在下一个元素
public boolean hasNext() {
return cursor != size;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
public E next() {
//校验，在迭代器进行元素遍历期间如果修改数组长度，则抛出异常
checkForComodification();
int i = cursor;
if (i >= size)
throw new NoSuchElementException();
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length)
throw new ConcurrentModificationException();
//指向下一个元素
cursor = i + 1;
//返回索引值为i处的元素，并将i赋值给lastRet:代表最后返回元素的索引
return (E) elementData[lastRet = i];
}
//通过迭代器删除元素，不会抛异常
public void remove() {
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
try {
ArrayList.this.remove(lastRet);
cursor = lastRet;
lastRet = -1;
expectedModCount = modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
@Override
@SuppressWarnings("unchecked")
public void forEachRemaining(Consumer<? super E> consumer) {
Objects.requireNonNull(consumer);
final int size = ArrayList.this.size;
int i = cursor;
if (i >= size) {
return;
}
final Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
while (i != size && modCount == expectedModCount) {
consumer.accept((E) elementData[i++]);
}
// update once at end of iteration to reduce heap write traffic
cursor = i;
lastRet = i - 1;
checkForComodification();
}
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
迭代器的实际应用：
1. 使用迭代器iterator遍历：
Iterator<Integer> list= array.iterator();
while(list.hasNext()){
//array.add(4); add() 和remove()会导致modCount发生变化,从而导致迭代过程中抛出异常
int value = it.next();
//使用迭代器提供的remove()方法避免抛异常，原因：迭代器的remove方法在删除元素之后对将ArrayList的modCount覆盖了迭代器类的expectedModCount
it.remove(); }
2.使用forEach遍历：反编译class文件可以发现其本质还是使用了iterator迭代器
for(Integer item : array){
//item.add()和item.remove()都将报错
System.out.println(value);
}
- listIterator()方法：返回返回ArrayList元素的列表迭代器，与Iterator迭代器相比，它还提供了向前遍历，增加元素，修改元素的操作，其实现代码如下
public ListIterator<E> listIterator() {
return new ListItr(0);
}
private class ListItr extends Itr implements ListIterator<E> {
ListItr(int index) {
super();
//初始化游标
cursor = index;
}
//判断是否存在上 一个元素
public boolean hasPrevious() {
return cursor != 0;
}
//返回下一个将遍历的元素索引
public int nextIndex() {
return cursor;
}
//返回前一个元素索引
public int previousIndex() {
return cursor - 1;
}
//向前遍历：返回当前索引的上一个元素
@SuppressWarnings("unchecked")
public E previous() {
//校验，在迭代器进行元素遍历期间如果修改数组长度，则抛出异常
checkForComodification();
//计算前一个元素索引
int i = cursor - 1;
if (i < 0)
throw new NoSuchElementException();
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length)
throw new ConcurrentModificationException();
//游标指向前一个元素
cursor = i;
41 //返回前一个元素
return (E) elementData[lastRet = i];
}
//修改当前位置的元素
public void set(E e) {
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
try {
ArrayList.this.set(lastRet, e);
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
//当前位置新增元素
public void add(E e) {
checkForComodification();
try {
int i = cursor;
ArrayList.this.add(i, e);
cursor = i + 1;
lastRet = -1;
expectedModCount = modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
}
最后：ArrayList其实就是一个动态的Array，并且提供了一些便携的操作方法而已。