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Java集合-ArrayList源码解析-JDK1.8

發布時間：2023/12/20 java 27 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 Java集合-ArrayList源码解析-JDK1.8 小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

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ArrayList簡介
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ArrayList 是一個數組隊列，相當于動態數組。與Java中的數組相比，它的容量能動態增長。它繼承于AbstractList，實現了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable這些接口。

AbstractList、List提供了添加、刪除、修改、遍歷等功能。

RandmoAccess提供了隨機訪問功能

Cloneable提供了可以被克隆的功能

Serializable提供了序列化的功能

和Vector不同，ArrayList中的操作不是線程安全的！所以，建議在單線程中才使用ArrayList，而在多線程中可以選擇Vector或CopyOnWriteArrayList。

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ArrayList的屬性
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/**
* 數組默認的大小
*/
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

/**
* 使用數組大小為0時的默認緩沖區
*/
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

/**
* 使用ArrayList(int initialCapacity)構造方法時且initialCapacity為0時緩沖區
*/
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

/**
* 真實存儲arraylist元素的數組緩沖區
*/
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

/**
* List的實際大小
*/
private int size;
/**
* 數組可分配的最大大小
*/
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
/**
* ?特別注意這個是繼承自AbstractList的屬性，用來記錄List被修改的次數
*/
protected transient int modCount = 0;

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ArrayList的構造方法
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/**
* 無參構造方法，初始化elementData
*/
public ArrayList() {
? ?this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

/**
* 根據參數構建具有初始大小的構造方法
*/
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);
? ?}
}
/**
* 創建一個包含collection的ArrayList
*/
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;
? ?}
}

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ArrayList的方法
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接下來我們就以ArrayList的幾個比較經典的方法來看一下它是如何設計的。

首先是添加方法，添加的方法一共有3個：

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/**
? ?* 添加元素
? ?*/
? public boolean add(E e) {
? ? ? //計算數組最新的容量，以及判斷是否需要擴容
? ? ? ensureCapacityInternal(size + 1); ?// Increments modCount!!
? ? ? elementData[size++] = e;
? ? ? return true;
? }

? /**
? ?* 指定索引添加元素
? ?*/
? public void add(int index, E element) {
? ? ? //判斷索引是否越界
? ? ? rangeCheckForAdd(index);
? ? ? //計算數組最新的容量，以及判斷是否需要擴容
? ? ? ensureCapacityInternal(size + 1); ?// Increments modCount!!
? ? ? //調用系統底層的復制方法
? ? ? System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
? ? ? ? ? ? ? size - index);
? ? ? elementData[index] = element;
? ? ? //List長度+1
? ? ? size++;
? }
? ?/**
? ?* 添加一個集合
? ?*/
? 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;
? }

仔細觀察上方三個添加的方法，它們都調用了ensureCapacityInternal方法，這個方法的參數是執行當前添加操作所需要的數組容量。它會根據傳遞的參數來計算數組是否需要擴容，如果需要擴容則完成擴容操作。
不同之處在于，上方的兩個方法添加的只有一個元素，所以傳的size+1，而addAll因為是添加的一個集合所以傳的參數是size+集合的長度。

接著看這個方法的實現：

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/**
? ?* 計算數組最新的容量
? ?* @param minCapacity
? ?*/
? private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
? ? ? //如果創建ArrayList時指定大小為0
? ? ? if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
? ? ? ? ? //如果本次添加的大小比初始容量10大的話則不使用默認的容量10，直接使用本次添加的大小作為初始容量
? ? ? ? ? minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
? ? ? }

? ? ? ensureExplicitCapacity(minCapacity);
? }

? /**
? ?* 記錄修改次數，調用擴容方法
? ?* @param minCapacity
? ?*/
? private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
? ? ? modCount++;

? ? ? // overflow-conscious code
? ? ? if (minCapacity - elementData.length > 0)
? ? ? ? ? //擴容
? ? ? ? ? grow(minCapacity);
? }

? /**
? ?* 擴容
? ?*/
? private void grow(int minCapacity) {
? ? ? // 獲取原來的數組長度
? ? ? int oldCapacity = elementData.length;
? ? ? //新容量設置為老容量的1.5倍
? ? ? int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
? ? ? //如果新容量還不夠存放本次需要添加的大小，則直接擴容到本次添加的大小
? ? ? if (newCapacity - minCapacity < 0)
? ? ? ? ? newCapacity = minCapacity;
? ? ? //如果新容量超出數組最大容量
? ? ? if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
? ? ? ? ? newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
? ? ? // 調用Arrays的復制方法更新數據緩沖池
? ? ? elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
? }
? ? //判斷容量是否溢出
? private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
? ? ? if (minCapacity < 0) // overflow
? ? ? ? ? throw new OutOfMemoryError();
? ? ? return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
? ? ? ? ? ? ? Integer.MAX_VALUE :
? ? ? ? ? ? ? MAX_ARRAY_SIZE;
? }

以上就是ArrayList動態擴容的實現方式了，這里注意一下擴容是通過新建一個數組來替換原先的數組來進行的：

1	elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);

接下來看刪除操作：

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/**
? ?* 遍歷數組，找出需要刪除的元素的索引，并調用刪除方法
? ?*/
? public boolean remove(Object o) {
? ? ? if (o == null) {
? ? ? ? ? for (int index = 0; index < size; index++)
? ? ? ? ? ? ? if (elementData[index] == null) {
? ? ? ? ? ? ? ? ? //具體刪除方法
? ? ? ? ? ? ? ? ? fastRemove(index);
? ? ? ? ? ? ? ? ? return true;
? ? ? ? ? ? ? }
? ? ? } else {
? ? ? ? ? for (int index = 0; index < size; index++)
? ? ? ? ? ? ? if (o.equals(elementData[index])) {
? ? ? ? ? ? ? ? ? fastRemove(index);
? ? ? ? ? ? ? ? ? return true;
? ? ? ? ? ? ? }
? ? ? }
? ? ? return false;
? }
/**
? ?* 刪除指定索引的元素
? ?*
? ?*/
? public E remove(int index) {
? ? ? //判斷是否越界
? ? ? rangeCheck(index);
? ? ? //記錄修改次數
? ? ? modCount++;
? ? ? E oldValue = elementData(index);
? ? ? //計算需要移動的位置
? ? ? int numMoved = size - index - 1;
? ? ? if (numMoved > 0)
? ? ? ? ? //使用系統底層方法移動數組，將需要刪除的元素放到數組最后
? ? ? ? ? System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
? ? ? ? ? ? ? ? ? numMoved);
? ? ? //數組長度減一，刪除數組最后一個位置的元素
? ? ? elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

? ? ? return oldValue;
? }
? /*
? ?* 刪除指定元素
? ?*/
? 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
? }

需要注意的是刪除一個元素也是通過底層的方法實現的。

接著看get和set相對就比較簡單了。

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public E get(int index) {
? ? ? //判斷索引是否越界
? ? ? rangeCheck(index);
? ? ? return elementData(index);
? }
? ?/**
? ?* 判斷索引是否越界
? ?*/
? private void rangeCheck(int index) {
? ? ? if (index >= size)
? ? ? ? ? throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
? }
? public E set(int index, E element) {
? ? ? //判斷索引是否越界
? ? ? rangeCheck(index);
? ? ? //獲取此索引原先的值
? ? ? E oldValue = elementData(index);
? ? ? elementData[index] = element;
? ? ? return oldValue;
? }

看了ArrayList的增刪改查方法相信你已經明白了為什么一直有人告訴你ArrayList查詢修改效率高而添加和刪除效率低了。

ArrayList的序列化方式同樣是比較有意思的，一開始看到ArrayList實現了Serializable我們就知道它是可以序列化的，但是實際存儲的數組elementData卻是transient，觀看下方代碼你就可以找到答案：

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/**
? * 將List寫入s，注意先寫容量，然后在寫數據
? * @param s
? * @throws java.io.IOException
? */
?private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
? ? ? ? ?throws java.io.IOException{
? ? ?// Write out element count, and any hidden stuff
? ? ?int expectedModCount = modCount;
? ? ?s.defaultWriteObject();

? ? ?// 首先寫數組容量
? ? ?s.writeInt(size);

? ? ?// 遍歷寫數組中的元素
? ? ?for (int i=0; i<size; i++) {
? ? ? ? ?s.writeObject(elementData[i]);
? ? ?}

? ? ?if (modCount != expectedModCount) {
? ? ? ? ?throw new ConcurrentModificationException();
? ? ?}
?}

?/**
? * 讀取s中的List
? */
?private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
? ? ? ? ?throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
? ? ?elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;

? ? ?// Read in size, and any hidden stuff
? ? ?s.defaultReadObject();

? ? ?// 首先讀數組容量
? ? ?s.readInt(); // ignored

? ? ?if (size > 0) {
? ? ? ? ?// be like clone(), allocate array based upon size not capacity
? ? ? ? ?ensureCapacityInternal(size);

? ? ? ? ?Object[] a = elementData;
? ? ? ? ?// Read in all elements in the proper order.
? ? ? ? ?for (int i=0; i<size; i++) {
? ? ? ? ? ? ?a[i] = s.readObject();
? ? ? ? ?}
? ? ?}
?}

鑒于篇幅有限，本篇文章僅列出上方部分代碼，ArrayList完整源碼解析請看：https://github.com/shiyujun/syj-study-demo！！！

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的Java集合-ArrayList源码解析-JDK1.8的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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