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JDK1.8中ArrayList集合源码解析_jdk1.8解析list对象

作者：正经夜光杯 | 2024-08-12 19:12:00

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jdk1.8解析list对象

ArrayList集合源码解析

在这里插入图片描述

  • 所有集合类都位于java.util包下。Java的集合类主要由两个接口派生而出：Collection和Map，Collection和Map是Java集合框架的根接口，这两个接口又包含了一些子接口或实现类

在这里插入图片描述

今天我们了解下List 接口

  1. List集合代表一个有序集合，集合中每个元素都有其对应的顺序索引。List集合允许使用重复元素，可以通过索引来访问指定位置的集合元素。

  2. List接口继承于Collection接口，它可以定义一个允许重复的有序集合。因为List中的元素是有序的，所以我们可以通过使用索引（元素在List中的位置，类似于数组下标）来访问List中的元素，这类似于Java的数组。

  3. List接口为Collection直接接口。List所代表的是有序的Collection，即它用某种特定的插入顺序来维护元素顺序。用户可以对列表中每个元素的插入位置进行精确地控制，同时可以根据元素的整数索引（在列表中的位置）访问元素，并搜索列表中的元素。

  4. 实现List接口的集合主要有：ArrayList、LinkedList、Vector、Stack。

ArrayList底层实现原理

在这里插入图片描述

ArrayList 底层基于数组实现的

	/**
     * 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.
     */
    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access



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类中的属性：

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
    /**
     *  版本号
     */
    private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;

    /**
     * 初始化长度
     */
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

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

    /**
     * 空实例的共享空数组
     */
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    /**
     * 元素数组
     */
    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

    /**
     * 长度 默认为0
     * @serial
     */
    private int size;
  
  }

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构造解析：

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	/**
	 * 构造具有指定初始容量的空列表。
	 */
    public ArrayList(int initialCapacity) {
   		 //初始容量 大于0则 elementData 如上设置成 定长数组
        if (initialCapacity > 0) {
            this.elementData = new Object[initialCapacity];
         // 如果等于 0 则默认空数组
        } else if (initialCapacity == 0) {
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
          //如果为负数 抛出异常   java.lang.IllegalArgumentException: Illegal Capacity: -1
        } else {
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        }
    }

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	/**
	 * 构造一个初始容量为10的空列表。如何分配10 下面介绍
	 */
	public ArrayList() {
	    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA; 
	}

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/**
 * 构造一个包含指定元素的列表
 */
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
    // 是将c直接转为Object[] 数组 赋值给elementData
    elementData = c.toArray();
    //如果 elementData 等于0的情况初始化空数组
    if ((size = elementData.length) != 0) {
        // 每个集合的toarray()的实现方法不一样，所以需要判断一下，如果不是Object[].class类型，那么久需要使用ArrayList中的方法去改造一下。
        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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核心方法：

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add(E e)

/**
 * 将指定的元素追加到此列表的末尾。
 */
public boolean add(E e) {
  		// 确定内部容量的方法
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

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// 确定内部容量的方法
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }



private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
    //因为数组如果是空的话，minCapacity=size+1；其实就是等于1，空的数组没有长度就存放不了，所以就将minCapacity变成10，也就是默认大小，
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        return minCapacity;
    }


private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;

        //如上所诉，因为数组如果是空的话，minCapacity=size+1；其实就是等于1，空的数组没有长度就存放不了，所以就将minCapacity变成10,第二次 elementData不是空数组了，也就是minCapacity代表着elementData中增加之后的实际数据个数，拿着它判断elementData的length是否够用，如果length不够用，那么肯定要扩大容量，不然增加的这个元素就会溢出。
        //好比我第一次进来我是需要10哥容量，你给我0个 我需要扩容
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
           //arrayList能自动扩展大小的关键方法就在这里了
            grow(minCapacity);
    }



 private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;



private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length; //获取扩容前elementData的长度
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //新数组的大小=老数组大小+老数组大小的一半 相当于1.5倍
       // 判断上面的扩容之后的大小newCapacity是否够装minCapacity个元素，不够就将数组长度设置为需要的长度 
        if (newCapacity - minCapacity < 0) 
            newCapacity = minCapacity;
       //判断新数组容量是否大于最大值  如果新数组容量比最大值(Integer.MAX_VALUE - 8)还大,那么交给hugeCapacity()去处理
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
            //copy数组，扩容机制的核心
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }


//判断是否抛异常  取最大值还是最大值-8
 private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }



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void add(int，E)
/**
 * 在特定位置添加元素，也就是插入元素
 */
public void add(int index, E element) {
        rangeCheckForAdd(index);
        //跟上面的分析一样
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        //这个方法就是用来在插入元素之后，要将index之后的元素都往后移一位，
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                         size - index);
        //在目标位置上存放元素
        elementData[index] = element;
        size++;
    }

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//校验下标合理 插入的位置肯定不能大于size 和小于0
//如果是，就报这个越界异常
private void rangeCheckForAdd(int index) {
        if (index > size || index < 0)
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }

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断点举例：

无参构造

public static void main(String[] args) {

        List arrayList = new ArrayList();
        arrayList.add("13");
    }

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第二次

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remove(int index)
// 通过删除指定位置上的元素
public E remove(int index) {
        rangeCheck(index);

        modCount++;
        //通过索引直接找到该元素
        E oldValue = elementData(index);
        //计算要移动的位数。
        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)
            // 用来移动元素
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);
        //将--size上的位置赋值为null，让gc(垃圾回收机制)更快的回收它。
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

        return oldValue;
    }

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remove(int index)
// 通过删除指定位置上的元素
public E remove(int index) {
        rangeCheck(index);

        modCount++;
        //通过索引直接找到该元素
        E oldValue = elementData(index);
        //计算要移动的位数。
        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)
            // 用来移动元素
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);
        //将--size上的位置赋值为null，让gc(垃圾回收机制)更快的回收它。
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

        return oldValue;
    }

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remove(Object o)
//通过遍历元素删除，通过(o == null) 发现arrayList是可以存放null值得。
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;
    }

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removeAll(Collection<?> c)
public boolean removeAll(Collection<?> c) {
        Objects.requireNonNull(c);
        return batchRemove(c, false);
    }

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//这个方法，用于两处地方，如果complement为false，则用于removeAll如果为true，则给retainAll()用，retainAll（）是用来检测两个集合是否有交集的。
   private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {
        final Object[] elementData = this.elementData; //将原集合，记名为A
        int r = 0, w = 0;   //r用来控制循环，w是记录有多少个交集
        boolean modified = false;  
        try {
            for (; r < size; r++)
//参数中的集合C一次检测集合A中的元素是否有，
                if (c.contains(elementData[r]) == complement)
//有的话，就给集合A
                    elementData[w++] = elementData[r];
        } finally {
            // Preserve behavioral compatibility with AbstractCollection,
            // even if c.contains() throws.
//如果contains方法使用过程报异常
            if (r != size) {
//将剩下的元素都赋值给集合A，
                System.arraycopy(elementData, r,
                                 elementData, w,
                                 size - r);
                w += size - r;
            }
            if (w != size) {
//这里有两个用途，在removeAll()时，w一直为0，就直接跟clear一样，全是为null。
//retainAll()：没有一个交集返回true，有交集但不全交也返回true，而两个集合相等的时候，返回false，所以不能根据返回值来确认两个集合是否有交集，而是通过原集合的大小是否发生改变来判断，如果原集合中还有元素，则代表有交集，而元集合没有元素了，说明两个集合没有交集。
                // clear to let GC do its work
                for (int i = w; i < size; i++)
                    elementData[i] = null;
                modCount += size - w;
                size = w;
                modified = true;
            }
        }
        return modified;
    }

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clear()：
//将elementData中每个元素都赋值为null，等待垃圾回收将这个给回收掉，所以叫clear
public void clear() {
        modCount++;

        // clear to let GC do its work
        for (int i = 0; i < size; i++)
            elementData[i] = null;

        size = 0;
    }

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get(int index)
public E get(int index) {
		// 检验索引是否合法
        rangeCheck(index);

        return elementData(index);
    }

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set()
public E set(int index, E element) {
        // 检验索引是否合法
        rangeCheck(index);
        // 旧值
        E oldValue = elementData(index);
        // 赋新值
        elementData[index] = element;
        // 返回旧值
        return oldValue;
    }

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indexOf()方法
public int indexOf(Object o) {
        if (o == null) {  //查找元素为空
            for (int i = 0; i < size; i++)  //循环，找到null返回
                if (elementData[i]==null)
                    return i;
        } else {
            for (int i = 0; i < size; i++)  // 遍历数组，找到第一个和指定元素相等的元素，返回下标
                if (o.equals(elementData[i]))
                    return i;
        }
        return -1;
    }

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