Java ArrayList实例化 java arraylist原理

ArrayList

• 一、 ArrayList的概述
• 二、属性
• 三、方法

• 1、构造方法
• 2、get 方法
• 3、add 方法
• 4、set 方法
• 5、remove 方法
• 6、grow 方法
• 7、size 方法
• 8、indexOf 方法和 lastIndexOf

• 四、Vector

• 1.属性和构造方法
• 2.grow 方法

• 五、总结

一、 ArrayList的概述

ArrayList是List接口的可变数组的实现。实现了所有可选列表操作，并允许包括 null 在 内的所有元素。除了实现 List 接口外，此类还提供一些方法来操作内部用来存储列表的数 组的大小。
每个 ArrayList 实例都有一个容量，该容量是指用来存储列表元素的数组的大小。它总 是至少等于列表的大小。随着向 ArrayList 中不断添加元素，其容量也自动增长。自动增长 会带来数据向新数组的重新拷贝，因此，如果可预知数据量的多少，可在构造 ArrayList 时 指定其容量。在添加大量元素前，应用程序也可以使用 ensureCapacity 操作来增加 ArrayList 实例的容量，这可以减少递增式再分配的数量。
注意，此实现不是同步的。如果多个线程同时访问一个 ArrayList 实例，而其中至少一 个线程从结构上修改了列表，那么它必须保持外部同步。 相对比的，Vector 是线程安全的，其中涉及线程安全的方法皆被同步操作了

二、属性

//默认容量的大小 
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; 

//空数组常量
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

//默认的空数组常量
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMEN TDATA = {}; 

//存放元素的数组，从这可以发现 ArrayList 的底层实现就是一个 Object
数组 
transient Object[] elementData; 
 
//数组中包含的元素个数 
private int size; 
 
//数组的最大上限 
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALU E - 8;

ArrayList 的属性非常少，就只有这些。其中最重要的莫过于 elementData 了，ArrayList 所有的方法都是建立在 elementData 之上。接下来，我们就来看一下一些主要的方法 吧。

三、方法

1、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);
        }
    }
    
	public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

从构造方法中我们可以看见，默认情况下，elementData 是一个大小为 0 的空数组， 当我们指定了初始大小的时候，elementData 的初始大小就变成了我们所指定的初始 大小了。

2、get 方法

public E get(int index) { 
    rangeCheck(index); 
    return elementData(index); 
} 
 
private void rangeCheck(int index) { 
    if (index >= size) 
        throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg (index)); 
} 

E elementData(int index) {
        return (E) elementData[index];
 }

因为 ArrayList 是采用数组结构来存储的，所以它的 get 方法非常简单，先是判断一 下有没有越界，之后就可以直接通过数组下标来获取元素了，所以 get 的时间复杂 度是 O(1)。

3、add 方法

public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }
    
    public void add(int index, E element) {
        rangeCheckForAdd(index);

        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
         //调用一个 native 的复制方法，把 index 位置开始的元素都往后挪一位 
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                         size - index);
        elementData[index] = element;
        size++;
    }

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

    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;
        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }

ArrayList 的 add 方法也很好理解，在插入元素之前，它会先检查是否需要扩容，然 后再把元素添加到数组中最后一个元素的后面。在 ensureCapacityInternal 方法中， 我们可以看见，如果当 elementData 为空数组时，它会使用默认的大小去扩容。所以 说，通过无参构造方法来创建 ArrayList 时，它的大小其实是为 0 的，只有在使用到 的时候，才会通过 grow 方法去创建一个大小为 10 的数组。

第一个 add 方法的复杂度为 O(1)，虽然有时候会涉及到扩容的操作，但是扩容的次 数是非常少的，所以这一部分的时间可以忽略不计。如果使用的是带指定下标的 add 方法，则复杂度为 O(n)，因为涉及到对数组中元素的移动，这一操作是非常耗时的。

4、set 方法

public E set(int index, E element) {
        rangeCheck(index);

        E oldValue = elementData(index);
        elementData[index] = element;
        return oldValue;
    }

set 方法的作用是把下标为 index 的元素替换成 element，跟 get 非常类似，所以就不 在赘述了，时间复杂度度为 O(1)。

5、remove 方法

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;
    }

remove 方法与 add 带指定下标的方法非常类似，也是调用系统的 arraycopy 方法来 移动元素，时间复杂度为 O(n)。

6、grow 方法

private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

grow 方法是在数组进行扩容的时候用到的，从中我们可以看见，ArrayList 每次扩容 都是扩 1.5 倍，然后调用 Arrays 类的 copyOf 方法，把元素重新拷贝到一个新的数组 中去。

7、size 方法

public int size() {
        return size;
    }

size 方法非常简单，它是直接返回 size 的值，也就是返回数组中元素的个数，时间 复杂度为 O(1)。这里要注意一下，返回的并不是数组的实际大小。

8、indexOf 方法和 lastIndexOf

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;
    }

indexOf 方法的作用是返回第一个等于给定元素的值的下标。它是通过遍历比较数组 中每个元素的值来查找的，所以它的时间复杂度是 O(n)。
lastIndexOf 的原理跟 indexOf 一样，而它仅仅是从后很多方法都跟 ArrayList 一样，只是多加了个 synchronized 来保证线程安全罢了。 往前找起罢了。

四、Vector

Vector 很多方法都跟 ArrayList 一样，只是多加了个 synchronized 来保证线程安全

1.属性和构造方法

Vector 比 ArrayList 多了一个属性：

protected int capacityIncrement;

这个属性是在扩容的时候用到的，它表示每次扩容只扩 capacityIncrement 个空间就 足够了。该属性可以通过构造方法给它赋值。先来看一下构造方法：

public Vector(int initialCapacity, int capacityIncrement) {
        super();
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
        this.capacityIncrement = capacityIncrement;
    }


    public Vector(int initialCapacity) {
        this(initialCapacity, 0);
    }

    public Vector() {
        this(10);
    }

从构造方法中，我们可以看出 Vector 的默认大小也是 10，而且它在初始化的时候就 已经创建了数组了，这点跟 ArrayList 不一样

2.grow 方法

private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ?
                                         capacityIncrement : oldCapacity);
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

从 grow 方法中我们可以发现，newCapacity 默认情况下是两倍的 oldCapacity，而当 指定了 capacityIncrement 的值之后，newCapacity 变成了 oldCapacity+capacityIncrement。

五、总结

1、ArrayList 创建时的大小为 0；当加入第一个元素时，进行第一次扩容时，默认容 量大小为 10。
2、ArrayList 每次扩容都以当前数组大小的 1.5 倍去扩容。
3、Vector 创建时的默认大小为 10。
4、Vector 每次扩容都以当前数组大小的 2 倍去扩容。当指定了 capacityIncrement 之 后，每次扩容仅在原先基础上增加 capacityIncrement 个单位空间。
5、ArrayList 和 Vector 的 add、get、size 方法的复杂度都为 O(1)，remove 方法的复 杂度为 O(n)。
6、ArrayList 是非线程安全的，Vector 是线程安全的