JAVASE-ArrayList详解_arraylist javase构造器

特性

分析ArrayList的特性可以从它实现的接口中找出一点蛛丝马迹，主要是看RandomAccess ，Cloneadble，java.io.Serializable，这三个是标记接口，何为标记接口，标记接口指的是，实现某些标记接口就代表它有某些能力（见下面具体解释），AbstractList里面都是一些抽象方法需要具体实现的

RandomAccess

支持随机访问（基于下标）,为了能够更好地判断集合是ArrayList还是LinkedList，从而能够更好选择更优的遍历方式，提高性能！

Cloneadble

支持拷贝：实现Cloneable接口，重写clone方法、方法内容默认调用父类的clone方法。
深拷贝：
变量的所有引用类型变量（除了String）都需要实现Cloneable（数组可以直接调用clone方法），clone方法中，引用类型需要各
自调用clone，重新赋值

public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
    Study s = (Study) super.clone();
    s.setScore(this.score.clone());
    return s;
}
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浅拷贝：
基础类型的变量拷贝之后是独立的，不会随着源变量变动而变
String类型拷贝之后也是独立的
引用类型拷贝的是引用地址，拷贝前后的变量引用同一个堆中的对象

public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
    Study s = (Study) super.clone();
    return s;
}
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对象中属性变化如下：
基础类型
基础类型是独立，拷贝后的对象的基本属性不会随着原对象对属性的修改而改变
String类型
基础类型是独立，拷贝后的对象的基本属性不会随着原对象对属性的修改而改变

java.io.Serializable

这个Serializable是为了ArrayList可以实现序列化和反序列化，
序列化：
将对象状态转换为可保存或传输的格式的过程
反序列化：
将可保存或传输的格式转换为对象状态的过程

大家在开发的时候都见这个序列号，这个序列号就是在序列化和反序列化的过程中起到秘钥的作用，如果类的序列号产生了变化，在序列化和反序列化的过程中会出现报错

基本属性

private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;//序列化版本号（类文件签名），如果不写会默认生成，类内容的改变会影响签名变化，导致反序列化失败
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;//如果实例化时未指定容量，则在初次添加元素时会进行扩容使用此容量作为数组长度
//static修饰，所有的未指定容量的实例(也未添加元素)共享此数组，两个空的数组有什么区别呢？ 就是第一次添加元素时知道该 elementData 从空的构造函数还是有参构造函数被初始化的。以便确认如何扩容。空的构造器则初始化为10，有参构造器则按照扩容因子扩容
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
transient Object[] elementData; // arrayList真正存放元素的地方，长度大于等于size
private int size;//arrayList中的元素个数
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构造器

//无参构造器，构造一个容量大小为 10 的空的 list 集合，但构造函数只是给 elementData 赋值了一个空的数组，其实是在第一次添加元素时容量扩大至 10 的。
public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
//当使用无参构造函数时是把 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 赋值给 elementData。 当 initialCapacity 为零时则是把 EMPTY_ELEMENTDATA 赋值给 elementData。 当 initialCapacity 大于零时初始化一个大小为 initialCapacity 的 object 数组并赋值给 elementData。
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);
    }
}
//将 Collection 转化为数组，数组长度赋值给 size。 如果 size 不为零，则判断 elementData 的 class 类型是否为 ArrayList，不是的话则做一次转换。 如果 size 为零，则把 EMPTY_ELEMENTDATA 赋值给 elementData，相当于new ArrayList(0)。
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 {
        // 指向空数组
        elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
}
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主要方法

添加元素–默认尾部添加

//每次添加元素到集合中时都会先确认下集合容量大小。然后将 size 自增 1赋值
public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  
    elementData[size++] = e;
    return true;
}
//判断如果 elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 就取 DEFAULT_CAPACITY 和 minCapacity 的最大值也就是 10。这就是 EMPTY_ELEMENTDATA 与 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 的区别所在。同时也验证了上面的说法：使用无参构造函数时是在第一次添加元素时初始化容量为 10 的
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
//对modCount自增1，记录操作次数，如果 minCapacity 大于 elementData 的长度，则对集合进行扩容,第一次添加元素时 elementData 的长度为零
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        grow(minCapacity);
}
//涉及扩容，会消耗性能，但是如果提前指定容量，会提升性能，可以达到与linkedList相当，甚至超越
//测试方法
public void addEffect(){
    //不指定下标插入
    int length = 10000000;
    List al = new ArrayList(length);//指定容量时   效率相当
    List ll = new LinkedList();
    long start5 = System.currentTimeMillis();
    for(int i=0;i <length;i++){
        al.add(i);
    }
    long end5 = System.currentTimeMillis();
    System.out.println(end5-start5);
    long start6 = System.currentTimeMillis();
    for(int i=0;i <length;i++){
        ll.add(i);
    }
    long end6 = System.currentTimeMillis();
    System.out.println(end6-start6);
}
执行结果：
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指定下标添加元素

public void add(int index, E element) {
    rangeCheckForAdd(index);//下标越界检查
    ensureCapacityInternal(size + 1);  //同上  判断扩容,记录操作数
    //依次复制插入位置及后面的数组元素，到后面一格，不是移动，因此复制完后，添加的下标位置和下一个位置指向对同一个对象
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                     size - index);
    elementData[index] = element;//再将元素赋值给该下标
    size++;
}
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扩容

private void grow(int minCapacity) {
    int oldCapacity = elementData.length;//获取当前数组长度
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);//默认将扩容至原来容量的 1.5 倍
    if (newCapacity - minCapacity < 0)//如果1.5倍太小的话，则将我们所需的容量大小赋值给newCapacity
        newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)//如果1.5倍太大或者我们需要的容量太大，那就直接拿 newCapacity = (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE 来扩容
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);//然后将原数组中的数据复制到大小为 newCapacity 的新数组中，并将新数组赋值给 elementData。
}
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删除元素

public E remove(int index) {
    rangeCheck(index);//首先会检查 index 是否合法
    modCount++;//操作数+1
    E oldValue = elementData(index);
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)//判断要删除的元素是否是最后一个位,如果 index 不是最后一个，就从 index + 1 开始往后所有的元素都向前拷贝一份。然后将数组的最后一个位置空,如果 index 是最后一个元素那么就直接将数组的最后一个位置空
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
    elementData[--size] = null; //让指针最后指向空，进行垃圾回收
    return oldValue;
}
//当我们调用 remove(Object o) 时，会把 o 分为是否为空来分别处理。然后对数组做遍历，找到第一个与 o 对应的下标 index，然后调用 fastRemove 方法，删除下标为 index 的元素。
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;
}
//fastRemove(int index) 方法和 remove(int index) 方法基本全部相同。
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; 
}
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remove 方法的弊端。
1、只能进行remove操作，add、clear 等 Itr 中没有。
2、调用 remove 之前必须先调用 next。因为 remove 开始就对 lastRet 做了校验。而 lastRet 初始化时为 -1。
3、next 之后只可以调用一次 remove。因为 remove 会将 lastRet 重新初始化为 -1
不可变集合

Collections.unmodifiableList可以将list封装成不可变集合（只读），但实际上会受源list的改变影响
public void unmodifiable() {
    List list = new ArrayList(Arrays.asList(4,3,3,4,5,6));//缓存不可变配置
    List modilist = Collections.unmodifiableList(list);//只读
    modilist.set(0,1);//会报错UnsupportedOperationException
    //modilist.add(5,1);
    list.set(0,1);
    System.out.println(modilist.get(0));//打印1
}
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Arrays.asList

public void testArrays(){
    long[] arr = new long[]{1,4,3,3};
    List list = Arrays.asList(arr);//基本类型不支持泛型化，会把整个数组当成一个元素放入新的数组，传入可变参数
    System.out.println(list.size());//打印1
}
//可变参数
public static <T> List<T> asList(T... a) {
        return new ArrayList<>(a);
}
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注意：基本类型不支持泛型化，会把整个数组当成一个元素放入新的数组，传入可变参数,因此size打印结果是1

什么是fail-fast？

fail-fast机制是java集合中的一种错误机制。
当使用迭代器迭代时，如果发现集合有修改，则快速失败做出响应，抛出ConcurrentModificationException异常。
这种修改有可能是其它线程的修改，也有可能是当前线程自己的修改导致的，比如迭代的过程中直接调用remove()删除元素等。
另外，并不是java中所有的集合都有fail-fast的机制。比如，像最终一致性的ConcurrentHashMap、CopyOnWriterArrayList等都是没有fast-fail的。
fail-fast是怎么实现的：
ArrayList、HashMap中都有一个属性叫modCount，每次对集合的修改这个值都会加1，在遍历前记录这个值到expectedModCount中，遍历中检查两者是否一致，如果出现不一致就说明有修改，则抛出ConcurrentModificationException异常。
底层数组存/取元素效率非常的高(get/set)，时间复杂度是O(1)，而查找（比如：indexOf，contain），插入和删除元素效率不太高，时间复杂度为O(n)。
插入/删除元素会触发底层数组频繁拷贝，效率不高，还会造成内存空间的浪费，解决方案：linkedList
查找元素效率不高，解决方案：HashMap（红黑树）