Java集合-ArrayList 详解
ArrayList 概述
- ArrayList的底层实现就是一个动态数组，他的容量大小可以自动扩展。
- ArrayList不是线程安全的，只能用在单线程环境下，多线程环境下可以考虑用Collections.synchronizedList(List l)函数返回一个线程安全的ArrayList类，也可以使用concurrent并发包下的CopyOnWriteArrayList类。
ArrayList 详解
1.私有属性
/**
* Default initial capacity.//初始化数组时默认长度
*/
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
/**
* 默认大小的空实例。我们区分EMPTY_ELEMENTDATA是在第一个元素添加的时候
* Shared empty array instance used for default sized empty instances. We
* distinguish this from EMPTY_ELEMENTDATA to know how much to inflate when
* first element is added.
*/
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
* The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.
* The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. Any
* empty ArrayList with elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
* will be expanded to DEFAULT_CAPACITY when the first element is added.存放元素的数组
*/
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
/**
* The size of the ArrayList (the number of elements it contains). 数组大小
*
* @serial
*/
private int size;Java的serialization提供了一种持久化对象实例的机制。当持久化对象时，可能有一个特殊的对象数据成员，我们不想用serialization机制来保存它。为了在一个特定对象的一个域上关闭serialization，可以在这个域前加上关键字transient。
2.最大长度
ArrayList最大长度 是2^31-1-8.（具体的自己也没有搞的太清楚，看注释说可能导致OutOfMemoryError，请求的数组大小超过VM限制）
/**
* The maximum size of array to allocate.
* Some VMs reserve some header words in an array.
* Attempts to allocate larger arrays may result in
* OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
*/
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;3.构造函数
ArrayList提供了三种方式的构造器，可以构造一个默认初始容量为0的空列表(在第一次add的时候容量会变为10)、构造一个指定初始容量的空列表以及构造一个包含指定collection的元素的列表，这些元素按照该collection的迭代器返回它们的顺序排列的。
/**
* 注意：在使用无参初始化集合时，初始化集合的容量仍为0。只有在第一次添加元素的时候。动态数组的容量大小才会是默认的10。
* 构造一个空列表的初始容量10。
*/
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
/**
* 构造一个与指定初始容量的空列表。
*
* @param 初始化默认容量
*/
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
//新建一个数组
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
//使用默认空数组
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
/**
* 构造一个包含指定集合的元素的列表
*
* @param c 集合
*/
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
//将指定的集合转换为数组，并赋值
elementData = c.toArray();
//判断数组不为空
if ((size = elementData.length) != 0) {
//如果elementData不是数组对象的话，重新复制数组
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// replace with empty array.
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}4.分配数组容量
使用的无参构造函数创建的ArrayList的大小默认是0，只有在第一次add元素的时候，动态数组的容量才为默认值10.如果添加的元素大于数组的容量，内部的数组会进行动态扩容，扩容后大小是扩容前的1.5倍。
/**
* 增加ArrayList的容量，确保它可以容纳最低容量参数指定的元素的个数。
* @param minCapacity 需要的最小容量
*/
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
//如果存放元素的数组与默认的空数组不是同一个对象时，返回0，否则返回默认只
int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
? 0
: DEFAULT_CAPACITY;
//如果所需最小的容量，大于目前所拥有的容量，则申请扩容
if (minCapacity > minExpand){
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
}
/**
* 重置分配容量的大小。如果存放元素数组第一次扩容时，如果指定扩容后的大小小于默认值，则初始化的大小为默认值
*/
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
//判断存放元素的数组是否发生变化（扩容）。
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
/**
* 判断是否需要排序
*/
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
//modCount是AbstractList的属性。已从结构上修改 此列表的次数。
modCount++;
//所需的最小容量大于数组的容量
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity)；
}
/**
* 增加容量以确保它至少能够容纳最小容量参数指定的元素数量。
*
* @param minCapacity the desired minimum capacity
*/
private void grow(int minCapacity) {
int oldCapacity = elementData.length;
//增加原来容量的1／2
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
//新增的容量是否满足指定的最小容量
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
//将要扩展的容量是否超出最大长度
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
//复制原数组，并返回指定长度的数组
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0)
throw new OutOfMemoryError();
//设置了最大值，这里不知道为什么又用最大整数
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}modCoundt:modCount是AbstractList的属性。已从结构上修改 此列表的次数。从结构上修改是指更改列表的大小，或者打乱列表，从而使正在进行的迭代产生错误的结果。 在ArrayList的所有涉及结构变化的方法中都增加modCount的值，包括：add()、remove()、addAll()、removeRange()及clear()方法。这些方法每调用一次，modCount的值就加1。
5.ArrayList常用的api
ArrayList一些比较常用的api
1. add(E e);//将指定的元素追加到此列表的末尾。
2. add(int index, E element);//将指定的元素插入这个列表的指定位置
/**
* @param index 指定元素要插入的索引
* @param element 要插入的元素
*/
public void add(int index, E element) {
//越界判断
rangeCheckForAdd(index);
//申请动态数组容量
ensureCapacityInternal(size + 1);
//将角标大于等于index，全部向后移动
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
//插入元素
elementData[index] = element;
size++;
}
3. addAll(Collection<? extends E> c)；//将集合添加到当前集合内
4. addAll(int index, Collection<? extends E> c)；//将集合添加到当前集合指定的角标内
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
rangeCheckForAdd(index);
//将集合转化为数组
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityInternal(size + numNew);
//需要一定的第一个角标
int numMoved = size - index;
if (numMoved > 0)
//移动数组
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,numMoved);
//将制定的数组copy到指定位置
System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
5. size()；//获取集合的大小
6. isEmpty()；//判读集合的size是否等于0
7. indexOf(Object o)；//指定的元素是否存在集合内，存在返回角标，不存在返回－1；
public int indexOf(Object o) {
//因为动态数组没有放满的话，有null对象
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;
}
8. lastIndexOf(Object o)；//从后面遍历指定元素是否存在集合
9. contains(Object o)；//集合是否存在指定的元素，内部就是判断index大于0
10. get(int index)；//获取指定位置元素对象
11. set(int index, E element)；//将指定位置的元素替换为指定的元素
12. remove(int index)；//删除该列表中指定位置的元素。后面的元素整体向前移动
/**
* @param index 指定的角标
* @return 返回移除的对象
*/
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
//需要移动的数量
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
//将index+1 的
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
//gc回收资源
elementData[--size] = null;
return oldValue;
}
13. remove(Object o);//移除指定的元素
/**
* @param o 指定的元素
* @return true 如果此列表包含指定的元素
*/
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
for (int index = 0; index < size; index++)
//存在元素
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;
}
/**
* 私有删除方法，跳过边界检查(与remove(int index)的区别就是没有进行边界检查)
*/
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;
}
12. clear();//清除集合所有元素
13. retainAll(Collection<?> c);//保留指定的元素，其他的全部移除（取交集）
14. removeAll(Collection<?> c);//移除指定的元素集合（取补集）
/**
* @param c 操作此集合的元素
* @param complement 标识此方法是移除或保留指定集合的元素 true 保留当前集合与指定集合的交集（retainAll） false 保留当前集合与指定集合的补集集（removeAll）
*/
private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {
//当前的集合的动态数组
final Object[] elementData = this.elementData;
int r = 0, w = 0;
//标识是否发生变化
boolean modified = false;
try {
for (; r < size; r++)
//根据complement的值，决定取补集还是交集
if (c.contains(elementData[r]) == complement)
elementData[w++] = elementData[r];
} finally {
//因为contains会抛出异常，保留与AbstractCollection的行为兼容性
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;
}
15. toArray();//将集合转化为数组
16. toArray(T[] a);//方法返回一个包含所有在此列表中正确的序列中的元素(从第一个到最后一个元素)数组
/**
* @param a 要存储列表的元素的阵列，如果它足够大; 否则，为此目的分配相同运行时类型的新数组。
* @return 一个包含列表元素的数组
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
public <T> T[] toArray(T[] a) {
//指定的数组大小小于集合的大小
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;
}6.迭代器Iterator和ListIterator
6.1 ArrayList的Iterator
在ArrayList内部通过iterator()获取Iterator对象。因为iterator()方法初始化了Itr对象。下面我们来看下Itr内部类的源码。
/**
* AbstractList.Itr的优化版本
*/
private class Itr implements Iterator<E> {
int cursor; // 要返回的下一个元素的索引
int lastRet = -1; // 返回的最后一个元素的索引，如果没有这样的话返回-1
int expectedModCount = modCount;
//判断集合是否发生变化
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
//判断是否有下一个
public boolean hasNext() {
return cursor != size;
}
//获取下一个的元素对象
@SuppressWarnings("unchecked")
public E next() {
checkForComodification();
int i = cursor;
if (i >= size)
throw new NoSuchElementException();
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length)
throw new ConcurrentModificationException();
//向后移动指针
cursor = i + 1;
//得到未移动指针前的对象
return (E) elementData[lastRet = i];
}
//移除当前指针下的元素，并将expectedModCount重新赋值（否则后续操作会抛异常）**注意：如果你没有调用next或者联系移除时会报错的**
public void remove() {
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
try {
ArrayList.this.remove(lastRet);
//移除元素后，重新设置指针位置，设置的位置是移除的位置
cursor = lastRet;
lastRet = -1;
expectedModCount = modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
@Override
@SuppressWarnings("unchecked") java 1.8使用lambda表达式遍历集合
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();
}
//遍历数组
while (i != size && modCount == expectedModCount) {
consumer.accept((E) elementData[i++]);
}
// 在迭代结束时更新一次以减少堆写入流量
cursor = i;
lastRet = i - 1;
checkForComodification();
}
}6.3 ArrayList的ListIterator
在ArrayList内部有两种方式获取ListIterator对象。分别是listIterator()、listIterator(int index)两种方式。listIterator()方法内部调用的是listIterator(0)，所以我们只需要关注listIterator(int index)的实现即可。
//内部初始化了一个ListItr，并设置迭代器的初始化角标
public ListIterator<E> listIterator(int index) {
if (index < 0 || index > size)
throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);
return new ListItr(index);
}下面我们来看下ListItr的内部实现。因为ListItr继承Itr。这里就只写不同之出。
/**
* AbstractList.ListItr的优化版本
*/
private class ListItr extends Itr implements ListIterator<E> {
ListItr(int index) {
super();
cursor = index;
}
//判断当前指针前面是否还有元素
public boolean hasPrevious() {
return cursor != 0;
}
//获取下一个角标
public int nextIndex() {
return cursor;
}
//获取上一个角标
public int previousIndex() {
return cursor - 1;
}
//获取指针对应的元素，同时向前移动指针 **注意：这个返回的和next返回的是有区别的**
@SuppressWarnings("unchecked")
public E previous() {
checkForComodification();
int i = cursor - 1;
if (i < 0)
throw new NoSuchElementException();
//获取当前集合的数组
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length)
throw new ConcurrentModificationException();
//一定指针
cursor = i;
//返回指针的对应的元素
return (E) elementData[lastRet = i];
}
//设置元素 注意事项：见6.4
public void set(E e) {
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
try {
ArrayList.this.set(lastRet, e);
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
//添加元素
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();
}
}
}6.3 Iterator和ListIterator的区别
- 相同处
- ListIterator和Iterator都有hasNext()和next()方法，可以实现顺序向后遍历。
- 都又remove(),都能移除元素
- 不同处
- ListIterator有add()方法，可以向List中添加对象
- ListIterator有hasPrevious()和previous()方法，可以实现逆向（顺序向前）遍历。
- ListIterator可以定位当前的索引位置，nextIndex()和previousIndex()可以实现。
- ListIterator可以实现对象的修改，set()方法可以实现。
6.4 使用Iterator和ListIterator需要注意的事项
- remove()的限制
① Iterator: Iterator必须调用next()一次后，以为Iterator初始化时 lastRet为-1。remove也不能连续调用，因为每调用一次remove方法时lastRet就会重新被赋值为-1.
② ListIterator: ListIterator必须调用过next或previous，调用此方法会报错，因为lastRet 初始化为为 0。当用过迭代器的remove和add也会出现类似的错误。因为在移除的时候lastRet 会被重新赋值为-1 - ListIterator.set()的限制
ListIterator必须调用过next或previous，调用此方法会报错，因为lastRet 初始化为为 0。当用过迭代器的remove和add也会出现类似的错误。因为在移除的时候lastRet 会被重新赋值为-1
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