JAVA集合框架探究（二）
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一、SubList源码解析
在上一篇AbstractList的源码里，有一个类是SubList，继承自AbstractList。平时经常会使用到，是返回list的一部分。下面看一下sublist是怎么实现的。
首先有几个成员变量，
private final AbstractList<E> l;
private final int offset;
private int size;
l是存放原list的引用。
offset字面意思是用来存储偏移量，具体有什么用一会再看。
size是用来存储当前元素数量。
1、SubList
SubList(AbstractList<E> list, int fromIndex, int toIndex) {
if (fromIndex < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException("fromIndex = " + fromIndex);
if (toIndex > list.size())
throw new IndexOutOfBoundsException("toIndex = " + toIndex);
if (fromIndex > toIndex)
throw new IllegalArgumentException("fromIndex(" + fromIndex +
") > toIndex(" + toIndex + ")");
l = list;
offset = fromIndex;
size = toIndex - fromIndex;
this.modCount = l.modCount;
}
构造函数中可以看到，l存储了list引用，offerset等于List的开始下标，size等于结束下标减去开始下标。SubList的修改次数modCount使用的是原list的modCount。
2、get set
public E set(int index, E element) {
rangeCheck(index);
checkForComodification();
return l.set(index+offset, element);
}
public E get(int index) {
rangeCheck(index);
checkForComodification();
return l.get(index+offset);
}
SubList中的get set方法均是将index加上offset，变为真正list的索引，这说明了SubList只是原List的一部分的引用。
3、add
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);
checkForComodification();
l.add(index+offset, element);
this.modCount = l.modCount;
size++;
}
SubList中的add也是将index加上offset，修改为真正的list的索引值，然后调用原List的add方法。并且会修改this.modCount。修改size。
4、rangeCheck
private void rangeCheck(int index) {
if (index < 0 || index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
可以看到很多方法都在最开始调用了这个方法，判断索引index是否有效。
5、rangeCheckForAdd
private void rangeCheckForAdd(int index) {
if (index < 0 || index > size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
rangeCheckForAdd 和 rangeCheck两个方法的区别是rangeCheckForAdd在add时调用，是>不是>=。
6、checkForComodification
private void checkForComodification() {
if (this.modCount != l.modCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
checkForComodification方法是比较modCount是否一致，因为this.modCount在构造函数中被初始化过，原list中的add也会修改modCount。如果两者不一致，就会抛出异常。
这个地方就需要注意，SubList只是原List的一段映射，如果对其进行了修改也会影响到原list。原List其余元素并没有被删除。另外因为SubList一直引用原List，也会影响原List被回收。
二、ArrayList源码解析
可以看到ArrayList的继承结构，ArrayList是List接口的一个实现类。我们知道ArrayList是基于数组实现的，所以查询效率是很高的。
1、构造方法
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
private int size;
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);
}
}
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
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;
}
}
可以看到ArrayLIst的默认初始化容量是10，这个是是elementData[]这个数组的大小，而size指的是数组里面存放有数据的数量，也就是list的大小。所以它们不是一个概念。
EMPTY_ELEMENTDATA是一个空数组，它的作用是当用户指定该 ArrayList 容量为 0 时，返回该空数组。DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA是另一个空数组实例，当用户没有指定 ArrayList 的容量时(即调用无参构造函数)，返回的是该数组。刚创建一个 ArrayList 时，其内数据量为 0。当用户第一次添加元素时，该数组将会扩容，变成默认容量为 10(DEFAULT_CAPACITY) 的一个数组。它与 EMPTY_ELEMENTDATA 的区别就是：该数组是默认返回的，而后者是在用户指定容量为 0 时返回。
elementData是真正存放元素的数组，当用户往集合里面添加元素时，该数组会进行扩容。
有两个构造函数，分别是有参和无参的：
- 无参构造函数中，数组初始化为DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA。
- 有参构造函数中，当数量>0时，会构造初始容量大小的数组。如果初始值为0的话，数组初始化为EMPTY_ELEMENTDATA。
还有一个参数为Collection的构造函数
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
//将集合转化成Object[]数组
elementData = c.toArray();
//把转化后的Object[]数组长度赋值给当前ArrayList的size，并判断是否为0
if ((size = elementData.length) != 0) {
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
// 这句话意思是：c.toArray 可能不会返回 Object[]，可以查看 java 官方编号为 6260652 的 bug
if (elementData.getClass() != Object[].class)
// 若 c.toArray() 返回的数组类型不是 Object[]，则利用 Arrays.copyOf(); 来构造一个大小为 size 的 Object[] 数组
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// 替换空数组
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
直接将Collection使用toArray方法转换为数组再赋值给elementData。并且将长度赋值为size()。
2、add
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
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++;
}
add方法不带Index时，是默认添加到最后。
add方法首先会检查index索引值是否合法。ensureCapacityInternal方法是保证数组容量足够。该方法定义如下：
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
当容量不够时会进行扩容，扩容方法后边再看。
然后使用arraycopy方法进行数组拷贝，再在指定位置添加元素。所以ArrayList插入元素性能较低。
3、remove
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;
}
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;
}
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; // clear to let GC do its work
}
remove方法也是同理，都需要进行arraycopy操作，性能比较低。
3.addAll
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
rangeCheckForAdd(index);
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount
int numMoved = size - index;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
numMoved);
System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
addAll方法是直接将Collection转为数组，再调用两次arraycopy完成插入。
4.grow
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);
}
每次扩容都是之前的1.5倍，如果扩容后超过MAX_ARRAY_SIZE，就设置为MAX_ARRAY_SIZE。MAX_ARRAY_SIZE也是Integer.MAX_VALUE - 8;
5.indexOf
public boolean contains(Object o) {
return indexOf(o) >= 0;
}
public int indexOf(Object o) {
if (o == null) {
for (int i = 0; i < size; i++)
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = 0; i < size; i++)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}
public int lastIndexOf(Object o) {
if (o == null) {
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}
这几个方法中，参数都是可以为Null的。
经过对ArrarList的源码进行分析，可以看到为什么ArrarList的查改性能高，增删性能较低的原因，后面我们再分析和它相反的一个类：LinkedList。
本文基于JDK1.8进行分析。