JDK1.8 ArrayList部分源码分析小记

底层数据结构

底层的数据结构就是数组，数组元素类型为Object类型，即可以存放所有类型数据。

我们对ArrayList类的实例的所有的操作底层都是基于数组的。

继承与实现关系

ArrayList继承的父类为：AbstractList(抽象类)

实现的接口有：List(规定了List的操作规范)、RandomAccess(可随机访问)、Cloneable(可拷贝)、Serializable(可序列化)

友情提示：因为ArrayList实现了RandomAccess接口，所以尽量用for(int i = 0; i < size; i++) 来遍历而不要用Iterator迭代器来遍历，后者在效率上要差一些

public class ArrayList
    
      extends AbstractList
     
              implements List
      
       , RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
      
     
    

部分属性

类的属性中核心的属性为elementData，类型为Object[]，用于存放实际元素，并且被标记为transient，也就意味着在序列化的时候，此字段是不会被序列化的。

友情提示：ArrayList的默认容量为10

// 缺省容量    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;    // 元素数组(调用指定初始值的构造函数时elementData的长度会变成指定值)    transient Object[] elementData;     // 空对象数组    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};    // 缺省空对象数组    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

常用构造函数

友情提示：创建ArrayList时尽量设置初始大小(使用ArrayList(int initialCapacity)构造函数)

/**     * ArrayList带容量大小的构造函数     *     * @param initialCapacity     */    //说明：指定elementData数组的大小，不允许初始化大小小于0，否则抛出异常。    public ArrayList(int initialCapacity) {        if (initialCapacity > 0) {// 初始容量大于0            this.elementData = new Object[initialCapacity];// 初始化元素数组(新建一个数组)        } else if (initialCapacity == 0) {// 初始容量为0            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;// 为空对象数组        } else {// 初始容量小于0，抛出异常            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: " +                    initialCapacity);        }    }        /**     * ArrayList无参构造函数。默认容量是10     */    //说明：当未指定初始化大小时，会给elementData赋值为空集合。    public ArrayList() {        // 无参构造函数，设置元素数组为空        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;    }

常用函数分析

友情提示：

add方法：当容量到达size时进行扩容(add(E e)中先调用了ensureCapacity(size+1)方法，之后将元素的索引赋给elementData[size]，而后size自增)，扩容为当前容量的0.5倍(若果ArrayList的当前容量为10，那么一次扩容后的容量为15)set方法：调用set方法时会检验索引是否合法(只校验了上限)(index不能等于size(index<size))get方法：调用get方法时也会检验索引是否合法(只校验了上限)(index不能等于size(index<size))remove方法：在移除指定下标的元素时，会把指定下标到数组末尾的元素向前移动一个单位，并且会把数组最后一个元素设置为null，这样是为了方便之后整个数组不被使用时，可以被GC；元素移动时使用的是System.arraycopy()方法

/**     * 添加元素     *     * @param e     * @return     */    public boolean add(E e) {        //确保elementData数组有合适的大小        ensureCapacityInternal(size + 1);         elementData[size++] = e;        return true;    }    /**     * 设定指定下标索引的元素值     *     * @param index     * @param element     * @return     */    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;    }    /**     * 获取指定下标的元素     *     * @param index     * @return     */    //说明：get函数会检查索引值是否合法（只检查是否大于size，而没有检查是否小于0），    // 值得注意的是，在get函数中存在element函数，element函数用于返回具体的元素　    public E get(int index) {        // 检验索引是否合法        rangeCheck(index);        return elementData(index);    }    // Positional Access Operations    /**     * 位置访问操作     *     * @param index     * @return     */    //说明：返回的值都经过了向下转型(Object -> E(泛型))    @SuppressWarnings("unchecked")    E elementData(int index) {        return (E) elementData[index];    }    /**     * 移除指定下标元素     *     * @param index     * @return     */    //说明：remove函数用户移除指定下标的元素    // 此时会把指定下标到数组末尾的元素向前移动一个单位，并且会把数组最后一个元素设置为null，这样是为了方便之后将整个数组不被使用时，可以会被GC。    //提醒：元素移动时使用的是System.arraycopy()方法    public E remove(int index) {        // 检查索引是否合法        rangeCheck(index);        modCount++;        E oldValue = elementData(index);        // 需要移动的元素的个数        int numMoved = size - index - 1;        if (numMoved > 0)            System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index,                    numMoved);        // 赋值为空，有利于进行GC        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work        // 返回旧值        return oldValue;    }    /**     * 在指定下标位置插入元素     * @param index     * @param element     */    public void add(int index, E element) {        //检查索引是否合法        rangeCheckForAdd(index);        ensureCapacityInternal(size + 1);         System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,                size - index);        elementData[index] = element;        size++;    }

其他方法介绍

友情提示:rangeCheckForAdd方法用于add(int index, E element)和addAll(int index, Collection<? extends E> c)方法中检验索引是否合法；rangeCheck方法用于get、set等方法中检验索引是否合法(因为不改变数据结构，故index不能取到size，最大只能取到size-1)

//检验索引是否合法(只校验了上限)(index不能等于size(index
    
     = size)            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));    }    //检验索引是否合法(校验了上限和下限)(index可以等于size(0<=index<=size))    private void rangeCheckForAdd(int index) {        if (index > size || index < 0)            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));    }
    

扩容策略

// 确定ArrarList的容量。    // 若ArrayList的容量不足以容纳当前的全部元素，设置 新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”    public void ensureCapacity(int minCapacity) {        int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)                ? 0                : DEFAULT_CAPACITY;//默认容量10        if (minCapacity > minExpand) {            ensureExplicitCapacity(minCapacity);        }    }    //确保elementData数组有合适的大小    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {// 判断元素数组是否为空数组            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);// 取较大值        }        //确保elemenData数组有合适的大小        ensureExplicitCapacity(minCapacity);    }    //确保elemenData数组有合适的大小    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {        // 结构性修改加1        modCount++;        // overflow-conscious code        if (minCapacity - elementData.length > 0)            grow(minCapacity);    }        //对数组进行扩容    private void grow(int minCapacity) {        // overflow-conscious code        int oldCapacity = elementData.length;// 旧容量        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);// 新容量为旧容量的1.5倍        if (newCapacity - minCapacity < 0)// 新容量小于参数指定容量，修改新容量            newCapacity = minCapacity;        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)// 新容量大于最大容量            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);// 指定新容量        // 拷贝扩容        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);    }

部分方法测试

• add方法

public class AddTest {    @Test    public void test1(){        //我们可以看到，在add方法之前开始elementData = {}；        // 调用add方法时会继续调用，直至grow，最后elementData的大小变为10，        // 之后再返回到add函数，把8放在elementData[0]中        List
    
      lists = new ArrayList
     
      ();        lists.add(8);    }    @Test    public void test2(){        //说明：我们可以知道，在调用add方法之前，elementData的大小已经为6，之后再进行传递，不会进行扩容处理。        List
      
        lists = new ArrayList
       
        (6);//elementData.length=6        lists.add(8);    }    }
       
      
     
    

• rangeCheck方法

public class RangeCheckTest {    @Test    public void test() {        List list = new ArrayList();        list.add(1);        list.add(2);        list.add(3);        //该语句报ArrayIndexOutOfBoundsException异常是rangeCheck(index)引发的(index >= size)        System.out.println(list.get(10));        //rangeCheck(index)方法只校验上线，该语句报ArrayIndexOutOfBoundsException异常是elementData[index]引发的        System.out.println(list.get(-1));        list.remove(-1);//同上        Object[] a = new Object[]{1, 2, 3};        System.out.println(a[-1]);    }}

• indexOf方法

public class IndexOfTest {    @Test    public void test(){        List list = new ArrayList();        list.add(null);        list.add(2);        list.add(2);        list.add(null);        System.out.println(list.indexOf(null));//0        System.out.println(list.indexOf(2));//1        System.out.println(list.indexOf(3));//-1    }}

• toArray方法

public class ToArrayTest {    @Test    public void test() {        List list = new ArrayList(10);        list.add(1);        list.add(2);        list.add(3);        list.add(4);        Object[] array =list.toArray();        //调用Arrays.copyOf()-->调用System.arraycopy()    }}