Java Review - ArrayList 源码解读
生活随笔
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Java Review - ArrayList 源码解读
小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.
文章目錄
- 概述
- 方法的執行效率
- 源碼剖析
- 底層數據結構 -數組
- 構造函數
- 自動擴容機制
- set()
- get
- add()/addAll()
- remove()
- trimToSize()
- indexOf(), lastIndexOf()
- Fail-Fast
概述
從類的繼承圖上我們可知道，ArrayList實現了List接口。
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同時List是順序容器，即元素存放的數據與放進去的順序相同，允許放入null元素，
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ArrayList底層基于數組實現。
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每個ArrayList都有一個容量(capacity)，表示底層數組的實際大小，容器內存儲元素的個數不能多于當前容量。
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當向容器中添加元素時，如果容量不足，容器自動擴容。
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ArrayList<E>，可以看到是泛型類型， Java泛型只是編譯器提供的語法糖，數組是一個Object數組，可以容納任何類型的對象。
方法的執行效率
- size(), isEmpty(), get(), set()方法均能在常數時間內完成
- add()方法的時間開銷跟插入位置有關
- addAll()方法的時間開銷跟添加元素的個數成正比。
- 其余方法大都是線性時間。
為追求效率，ArrayList沒有實現同步(synchronized)，如果需要多個線程并發訪問，用戶可以手動同步，也可使用Vector替代
源碼剖析
底層數據結構 -數組
構造函數
/*** Constructs an empty list with the specified initial capacity.** @param initialCapacity the initial capacity of the list* @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity* is negative*/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);}}/*** Constructs an empty list with an initial capacity of ten.*/public ArrayList() {this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;}/*** Constructs a list containing the elements of the specified* collection, in the order they are returned by the collection's* iterator.** @param c the collection whose elements are to be placed into this list* @throws NullPointerException if the specified collection is null*/public ArrayList(Collection<? extends E> c) {Object[] a = c.toArray();if ((size = a.length) != 0) {if (c.getClass() == ArrayList.class) {elementData = a;} else {elementData = Arrays.copyOf(a, size, Object[].class);}} else {// replace with empty array.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;}}演示如下：
/*** 初始化的時候指定容量*/List list = new ArrayList<>(1);list.add(1);list.add(2);System.out.println(list.size());/*** 默認構造函數 ，數組大小為0*/list = new ArrayList();list.add("artisan");list.add("review");list.add("java");System.out.println(list.size());/*** 使用集合初始化一個ArrayList*/list = new ArrayList(Arrays.asList("I" , "Love" ,"Code"));System.out.println(list.size());自動擴容機制
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每當向數組中添加元素時，都需要檢查添加后元素的個數是否會超出當前數組的長度，如果超出，數組將會進行擴容，以滿足添加數據的需求。
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數組進行擴容時，會將老數組中的元素重新拷貝一份到新的數組中，每次數組容量的增長大約是其原容量的1.5倍。
這種操作的代價是很高的，因此在實際使用時，我們應該盡量避免數組容量的擴張。當我們可預知要保存的元素的多少時，要在構造ArrayList實例時，就指定其容量，以避免數組擴容的發生。
或者根據實際需求，通過調用ensureCapacity方法來手動增加ArrayList實例的容量。
- ArrayList#ensureCapacity(int minCapacity)暴漏了public方法可以允許程序猿手工擴容增加ArrayList實例的容量，以減少遞增式再分配的數量。
我們來看下效率對比
/*** 擴容對比*/long begin = System.currentTimeMillis();// 初始化1億的數據量final int number = 100000000 ;Object o = new Object();ArrayList list1 = new ArrayList<String>();for (int i = 0; i < number; i++) {list1.add(o);}System.out.println("依賴ArrayList的自動擴容機制，添加數據耗時:" +(System.currentTimeMillis() - begin));begin = System.currentTimeMillis();ArrayList list2 = new ArrayList<String>();// 手工擴容list2.ensureCapacity(number);for (int i = 0; i < number; i++) {list2.add(o);}System.out.println("手工ensureCapacity擴容后，添加數據耗時:" + (System.currentTimeMillis() - begin));
原因是因為，第一段如果沒有一次性擴到想要的最大容量的話，它就會在添加元素的過程中，一點一點的進行擴容，要知道對數組擴容是要進行數組拷貝的，這就會浪費大量的時間。如果已經預知容器可能會裝多少元素，最好顯示的調用ensureCapacity這個方法一次性擴容到位。
過程圖如下：
set()
底層是一個數組, 那ArrayList的set()方法也就是直接對數組的指定位置賦值
/*** Replaces the element at the specified position in this list with* the specified element.** @param index index of the element to replace* @param element element to be stored at the specified position* @return the element previously at the specified position* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}*/public E set(int index, E element) {rangeCheck(index);E oldValue = elementData(index);elementData[index] = element;return oldValue;}get
get()方法也很簡單，需要注意的是由于底層數組是Object[]，得到元素后需要進行類型轉換。
/*** Returns the element at the specified position in this list.** @param index index of the element to return* @return the element at the specified position in this list* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}*/public E get(int index) {rangeCheck(index);return elementData(index);} @SuppressWarnings("unchecked")E elementData(int index) {return (E) elementData[index];}add()/addAll()
這兩個方法都是向容器中添加新元素，這可能會導致capacity不足，因此在添加元素之前，都需要進行剩余空間檢查，如果需要則自動擴容。擴容操作最終是通過grow()方法完成的
/*** Appends the specified element to the end of this list.** @param e element to be appended to this list* @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add})*/public boolean add(E e) {ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!elementData[size++] = e;return true;}/*** Inserts the specified element at the specified position in this* list. Shifts the element currently at that position (if any) and* any subsequent elements to the right (adds one to their indices).** @param index index at which the specified element is to be inserted* @param element element to be inserted* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}*/public void add(int index, E element) {rangeCheckForAdd(index);ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,size - index);elementData[index] = element;size++;}- add(E e) 在末尾添加
- add(int index, E e)需要先對元素進行移動，然后完成插入操作，也就意味著該方法有著線性的時間復雜度。
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addAll()方法能夠一次添加多個元素，根據位置不同也有兩個把本
一個是在末尾添加的addAll(Collection<? extends E> c)方法，
一個是從指定位置開始插入的addAll(int index, Collection<? extends E> c)方法。
跟add()方法類似，在插入之前也需要進行空間檢查，如果需要則自動擴容；如果從指定位置插入，也會存在移動元素的情況。]
addAll()的時間復雜度不僅跟插入元素的多少有關，也跟插入的位置相關。
remove()
remove()方法也有兩個方法
- 一個是remove(int index)刪除指定位置的元素
- 一個是remove(Object o)刪除第一個滿足o.equals(elementData[index])的元素
刪除操作是add()操作的逆過程，需要將刪除點之后的元素向前移動一個位置。需要注意的是為了讓GC起作用，必須顯式的為最后一個位置賦null值。
上面代碼中如果不手動賦null值，除非對應的位置被其他元素覆蓋，否則原來的對象就一直不會被回收。
/*** Removes the first occurrence of the specified element from this list,* if it is present. If the list does not contain the element, it is* unchanged. More formally, removes the element with the lowest index* <tt>i</tt> such that* <tt>(o==null ? get(i)==null : o.equals(get(i)))</tt>* (if such an element exists). Returns <tt>true</tt> if this list* contained the specified element (or equivalently, if this list* changed as a result of the call).** @param o element to be removed from this list, if present* @return <tt>true</tt> if this list contained the specified element*/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;}trimToSize()
將底層數組的容量調整為當前列表保存的實際元素的大小
/*** Trims the capacity of this <tt>ArrayList</tt> instance to be the* list's current size. An application can use this operation to minimize* the storage of an <tt>ArrayList</tt> instance.*/public void trimToSize() {modCount++;if (size < elementData.length) {elementData = (size == 0)? EMPTY_ELEMENTDATA: Arrays.copyOf(elementData, size);}}indexOf(), lastIndexOf()
獲取元素的第一次出現的index
/*** Returns the index of the first occurrence of the specified element* in this list, or -1 if this list does not contain the element.* More formally, returns the lowest index <tt>i</tt> such that* <tt>(o==null ? get(i)==null : o.equals(get(i)))</tt>,* or -1 if there is no such index.*/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;}獲取元素的最后一次出現的index
/*** Returns the index of the last occurrence of the specified element* in this list, or -1 if this list does not contain the element.* More formally, returns the highest index <tt>i</tt> such that* <tt>(o==null ? get(i)==null : o.equals(get(i)))</tt>,* or -1 if there is no such index.*/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;}Fail-Fast
ArrayList同樣采用了快速失敗的機制，通過記錄modCount參數來實現。在面對并發的修改時，迭代器很快就會完全失敗，而不是冒著在將來某個不確定時間發生任意不確定行為的風險。
具體參考前段時間寫的一篇博文如下：
Java - Java集合中的快速失敗Fail Fast 機制
總結
以上是生活随笔為你收集整理的Java Review - ArrayList 源码解读的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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