前言
本篇主要討論ArrayList集合,本人使用的jdk1.8
正文
成員變量
- 默認初始化容量(未指定容量,並且要在調用add方法時纔會用)
- 當ArrayList初始化時顯示指定容量爲0時的初始化數據
- 當ArrayList初始化時未顯示指定容量時的初始化數據
- ArrayList中存取數據的數組
- 數組中實際存儲數據的大小
- ArrayList中數組容量的最大值
構造方法
ArrayList有三個構造方法;
- 初始化時顯示指定容量
當顯示指定容量爲0時,使用EMPTY_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);
}
}
- 初始化時未指定容量
未顯示指定數組容量時,使用DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
;
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
- 將其他集合類轉爲ArrayList
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;
}
}
常用的方法
add()方法
向ArrayList中添加元素;add方法有兩種方式
- 直接添加數據,不指定位置
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
該方法直接將數據存儲到了數組的末尾,並且size
會自增1,在增加數據之前會調用ensureCapacityInternal
方法對數組容量進行校驗,也就是自動擴容;擴容留到後邊講;
- 添加數據,並指定數據存儲的位置
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++;
}
將數據存入數組指定位置,首先會調用rangeCheckForAdd
檢查index
是否越界,然後就是ensureCapacityInternal
方法進行擴容校驗,然後在調用System.arraycopy
方法對原數組進行復制,將數組從下標爲index到結尾的所有數據整體向後移一位,這個方法是很耗費內存的(我百度看到的博客基本上都是這麼說的),這時候下標爲index
的那段空間就爲空了,然後再將element
插入數組中的指定位置;
System.arraycopy
方法圖如下:
remove()方法
刪除ArrayList中的元素;remove方法也有兩種方式
- 根據下標刪除
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;
}
rangeCheck
方法檢查index
是否越界;可以看出最後就是調用System.arraycopy
方法來複制數組,將下標之後的所有元素向前移一位,然後size
再自減;並且清空最後的元素,最後返回刪除的元素;
- 傳入元素刪除數據
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;
}
根據傳入的數據來刪除數組中的元素:
1. 當傳入需要刪除的元素爲空時,首先會查找到第一個元素爲`null`的下標,然後調用`fastRemove`方法刪除元素;其中`fastRemove`方法與`remove(int index)`方法是一樣的,只是沒有返回值,這裏就不貼代碼了;
2. 當傳入`Object`不爲`null`時,會循環數組,找到`o.equals(elementData[index])`爲true時的元素的第一個下標,然後調用`fastRemove`來刪除元素
注意,都是刪除的第一個相同的元素,後面的就不會管了;
現象:在纔開始使用ArrayList
的時候,用for
循環來刪除ArrayList
中符合某一規則的元素,如果兩個相同元素在連續的位置上,會出現不能全部刪除現象,其實這是對ArrayList
的remove
方法的源碼不熟了;
remove
方法是將數組複製了一遍,產生了新的數組,這時數組裏面元素的下標都改變了,這時for
循環並沒有改變接着向後循環,所以相鄰的一個元素就無法刪除;
get()方法
獲取ArrayList中的元素
就一種方式;根據下標獲取元素
public E get(int index) {
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}
先調用rangeCheck
檢查下標是否越界,在獲取元素
set()方法
修改ArrayList中額元素;
也是就一種方式:根據傳入的下標及元素來修改
public E set(int index, E element) {
rangeCheck(index);
E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
return oldValue;
}
首先調用rangeCheck
檢查下標是否越界,獲取下標元素值,然後再用傳入的元素替換掉原來的元素;最後返回原來的元素;
size()方法
public int size() {
return size;
}
獲取ArrayList中實際使用的容量;不是數組容量;
數組容量自動增長
我們在使用ArrayList的時候都是調用add方法來添加元素,但是我們知道ArrayList是使用的數組來存儲元素,而數組是有長度,爲什麼我們使用add方法可以一直添加元素且不會報錯?
代碼如下:
// 1
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
//2
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
//3
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
//3.1
int oldCapacity = elementData.length;
//3.2
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
//3.3
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
//3.4
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
//3.5
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
擴容使用到了四個方法
ensureCapacityInternal
方法主要是判斷如果當前ArrayList是默認未指定容量的初始化時,然後選取minCapacity
與DEFAULT_CAPACITY
中的最大值賦予minCapacity
,再傳入下一個方法;ensureExplicitCapacity
方法接受minCapacity
參數,判斷下標是否超過當前數組的容量,如果超過則調用grow
方法,未超過則不調用;grow
方法就是擴容的主要方法,選取擴容的值;3.1 首先獲取原來數組的長度
oldCapacity
;3.2 進行擴容計算,代碼中使用了位運算,增加的那部分爲
oldCapacity
向右移一位的值,其實就是一半;3.3 判斷擴容後是否滿足
minCapacity
值3.4 判斷擴容後的
newCapacity
是否超過ArrayList允許的最大值,如果超過就用最大值替換3.5 調用
Arrays.copyOf
對數組進行擴容;
迭代器
代碼如下:
//1
public Iterator<E> iterator() {
return new Itr();
}
//2
private class Itr implements Iterator<E> {
int cursor; // index of next element to return
int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
int expectedModCount = modCount;
public boolean hasNext() {
return cursor != size;
}
@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();
cursor = i + 1;
return (E) elementData[lastRet = i];
}
public void remove() {
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
try {
ArrayList.this.remove(lastRet);
cursor = lastRet;
lastRet = -1;
expectedModCount = modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
}
主要說Itr
類中的三個變量及三個方法
三個變量:
cursor
:初始值爲零,返回下一個元素的索引lastRet
:返回的最後一個元素的索引;如果沒有,則爲-1expectedModCount
:略
三個方法:
hasNext
方法,判斷cursor
是否與size相等;就相當於判斷下標是否越界;next方法
:獲取下標爲cursor
的元素,且cursor
自增1remove
方法:調用了ArrayList
中的remove
方法刪除下標爲lastRet
的元素,且cursor
變爲lastRet
的值,這就解決了兩個連續元素不能刪除的現象了;
總結
- 容器底層採用數組存儲,申請內存爲連續空間,每次擴容爲1.5倍
- ArrayList的實現中大量調用了
Arrays.copyof()
和System.arraycopy()
方法,其實Arrays.copyof()
內部也是調用System.arraycopy()
。System.arraycopy()
爲Native方法 - ArrayList隨機元素時間複雜度O(1),插入刪除操作需大量移動元素,效率較低
- ArrayList可以存儲null值
- ArrayList線程是不安全的
- 對
ArrayList
進行選擇刪除時,不能用for
循環(ArrayList
刪除方法調用的System.arraycopy()
這個方法,生成的是一個新的數組,下標也已經改變了),建議用迭代器進行刪除。