Java 集合 ArrayList 详解_java idea arraylist

IDEA 查看 ArrayList 类结构图

IDEA 进入 ArrayList 源码类，按 ctrl+alt+u 即可

蓝色实线：类 继承 类
绿色实线：接口 继承 接口
绿色虚线：类 实现 接口

本文主要是对 ArrayList 类作一个自己学习记录，对于其他涉及的类点到为止

1. RandomAccess
   我们点进去发现，这就是一个空架子，一个标记接口。表示实现了此接口，也就能进行随机访问。
   参考文章
2. Serializable
   也是一个标记接口，表示对象可以序列化与反序列化。
   参考文章

下面正式介绍今天的主角：ArrayList
在平时的项目中 ArrayList 是用到最多的 Java 内部集合之一，当然另外的就是 HashMap。在此之前可以看看这篇文章：数组与ArrayList

ArrayList 内部定义的变量

在 IDEA 中快捷键：Ctrl + F12 会显示本类的方法和变量等

 /**
     * Default initial capacity.  默认初始化数组大小(注意是在第一次真正添加数据时，才会初始化)
     */
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

    /**
     * Shared empty array instance used for empty instances.
     */
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    /**
     * 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 = {};
    /* 上面为什么会定义两个空数组，待会下面会分析到 */

    /**
     * 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.
     */
     // 底层数组：真正数据存放的位置
    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

    /**
     * The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
     *
     * @serial
     */
     // 保存在数组中元素的个数（取数据长度，很方便）
    private int size;
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34

构造函数

/**
     * 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) {
        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;
        }
    }
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45

add 函数

//每次添加在数组最后一个元素的位置
 public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

//指定位置添加元素
 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++;
    }
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17

两者都有 ensureCapacityInternal ，不同的是，指定位置添加，需要复制元素，这也很好理解：在数组中间添加一个元素，需要把插入位置后面的元素都往后移一个位置。就是给新元素腾位置的

二：
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        return minCapacity;
    }

一：
    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }
三：
    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

从 add 函数进入后，上面三个函数的执行顺序如上
第一个函数只是承接了参数，没有实质做用
第二个函数：calculateCapacity 直译就是：计算容量，

private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
//只有当使用空构造函数，初始化对象才会走 if 语句
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        return minCapacity;
    }
1
2
3
4
5
6
7

第三个函数 ensureExplicitCapacity ：确保明确的容量:
首先就将 modCount 加一操作，这个字段的值，涉及 fail-fast；再判断容量是否够用

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

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
1
2
3
4
5
6
7

最后就是真正增加底层数组容量的函数：
主要看信数组的大小：int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
右移1位，相当于除以2，所以这就是为什么说 ArrayList 扩容是增加自身容量的 1.5 倍
Arrays.copyOf 最终也是调用 System 下面的 native 方法：arraycopy

   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);
    }
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

remove

 // 根据下标，删除一个数据（就是覆盖）
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;
}
// 根据元素删除数据（进去源码里面看，它是先找到这个元素的下标，再去删除元素），本质和传入下标是一样的。
public boolean remove(Object o){}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17

DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA

• 避免不必要的空间浪费
  在 Java7 中是只有 EMPTY_ELEMENTDATA 这一个空数组的，为什么 Java8 添加了一个 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 呢？且也是一个空数组。

Java7：
public ArrayList(int initialCapacity) {
        super();
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
    }
 Java8：
  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);
        }
    }

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

当容量是 0 的时候，避免产生多余的空数组

在计算容量的时候不同

Java7:
 private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
       if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) {
           minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
       }

       ensureExplicitCapacity(minCapacity);
   }
Java8:
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
       if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
           return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
       }
       return minCapacity;
   }

   private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
       ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
   }
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

Java8 是以 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 作为比较，即在调用空构造函数的情况下才会走 if 语句 ：

  if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
 其他情况下就不会走这句代码。
1
2
3
4

EMPTY_ELEMENTDATA是为了优化创建ArrayList空实例时产生不必要的空数组，使得所有ArrayList空实例都指向同一个空数组。DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA是为了确保无参构成函数创建的实例在添加第一个元素时，最小的容量是默认大小10。

总结

整体来说：ArrayList 集合类的源码不难，看到变量中有两个空数组的时候，可能会有些许疑惑，但是对比这 Java7 源码看看，就清楚的多了。我们学习的时候，也要多采用这种对比学习法方法，这样理解的更快、更好！