簡(jiǎn)介
ArrayList 是 java 集合框架中比較常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)了蛙酪。繼承自 AbstractList，實(shí)現(xiàn)了 List 接口带猴。底層基于數(shù)組實(shí)現(xiàn)容量大小動(dòng)態(tài)變化姑丑。允許 null 的存在。同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了 RandomAccess呀忧、Cloneable师痕、Serializable 接口，所以ArrayList 是支持快速訪問(wèn)而账、復(fù)制胰坟、序列化的。
成員變量
ArrayList 底層是基于數(shù)組來(lái)實(shí)現(xiàn)容量大小動(dòng)態(tài)變化的福扬。
/**
* The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
*/
private int size; // 實(shí)際元素個(gè)數(shù)
transient Object[] elementData;
注意：上面的 size 是指 elementData 中實(shí)際有多少個(gè)元素腕铸，而 elementData.length 為集合容量，表示最多可以容納多少個(gè)元素铛碑。
默認(rèn)初始容量大小為 10;
/**
* Default initial capacity.
*/
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
這個(gè)變量是定義在 AbstractList 中的狠裹。記錄對(duì) List 操作的次數(shù)。主要使用是在 Iterator汽烦，是防止在迭代的過(guò)程中集合被修改涛菠。
protected transient int modCount = 0;
下面兩個(gè)變量是用在構(gòu)造函數(shù)里面的
/**
* 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 = {};
兩個(gè)空的數(shù)組有什么區(qū)別呢？ We distinguish this from EMPTY_ELEMENTDATA to know how much to inflate when first element is added. 簡(jiǎn)單來(lái)講就是第一次添加元素時(shí)知道該 elementData 從空的構(gòu)造函數(shù)還是有參構(gòu)造函數(shù)被初始化的撇吞。以便確認(rèn)如何擴(kuò)容俗冻。
構(gòu)造函數(shù)
- 無(wú)慘構(gòu)造函數(shù)
/**
* Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
*/
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
注意：注釋是說(shuō)構(gòu)造一個(gè)容量大小為 10 的空的 list 集合，但構(gòu)造函數(shù)了只是給 elementData 賦值了一個(gè)空的數(shù)組牍颈，其實(shí)是在第一次添加元素時(shí)容量擴(kuò)大至 10 的迄薄。
- 構(gòu)造一個(gè)初始容量大小為 initialCapacity 的 ArrayList
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);
}
}
由以上源碼可見：
當(dāng)使用無(wú)參構(gòu)造函數(shù)時(shí)是把 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 賦值給 elementData。
當(dāng) initialCapacity 為零時(shí)則是把 EMPTY_ELEMENTDATA 賦值給 elementData煮岁。
當(dāng) initialCapacity 大于零時(shí)初始化一個(gè)大小為 initialCapacity 的 object 數(shù)組并賦值給 elementData讥蔽。
- 使用指定 Collection 來(lái)構(gòu)造 ArrayList 的構(gòu)造函數(shù)
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;
}
}
將 Collection 轉(zhuǎn)化為數(shù)組并賦值給 elementData，把 elementData 中元素的個(gè)數(shù)賦值給 size画机。
如果 size 不為零冶伞，則判斷 elementData 的 class 類型是否為 Object[]，不是的話則做一次轉(zhuǎn)換步氏。
如果 size 為零响禽，則把 EMPTY_ELEMENTDATA 賦值給 elementData，相當(dāng)于new ArrayList(0)荚醒。
主要操作方法解析
- add 操作
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
由此可見：每次添加元素到集合中時(shí)都會(huì)先確認(rèn)下集合容量大小芋类。然后將 size 自增 1。ensureCapacityInternal 函數(shù)中判斷如果 elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 就取 DEFAULT_CAPACITY 和 minCapacity 的最大值也就是 10界阁。這就是 EMPTY_ELEMENTDATA 與 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 的區(qū)別所在梗肝。同時(shí)也驗(yàn)證了上面的說(shuō)法：使用無(wú)慘構(gòu)造函數(shù)時(shí)是在第一次添加元素時(shí)初始化容量為 10 的。ensureExplicitCapacity 中對(duì) modCount 自增 1铺董，記錄操作次數(shù)巫击，然后如果 minCapacity 大于 elementData 的長(zhǎng)度，則對(duì)集合進(jìn)行擴(kuò)容精续。顯然第一次添加元素時(shí) elementData 的長(zhǎng)度為零坝锰。那我們來(lái)看看 grow 函數(shù)。
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);
}
很簡(jiǎn)單明了的一個(gè)函數(shù)重付，默認(rèn)將擴(kuò)容至原來(lái)容量的 1.5 倍顷级。但是擴(kuò)容之后也不一定適用，有可能太小确垫，有可能太大弓颈。所以才會(huì)有下面兩個(gè) if 判斷帽芽。如果1.5倍太小的話，則將我們所需的容量大小賦值給newCapacity翔冀，如果1.5倍太大或者我們需要的容量太大导街，那就直接拿 newCapacity = (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE 來(lái)擴(kuò)容。然后將原數(shù)組中的數(shù)據(jù)復(fù)制到大小為 newCapacity 的新數(shù)組中纤子，并將新數(shù)組賦值給 elementData搬瑰。
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++;
}
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount
System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
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;
}
有以上源碼可知，add(int index, E element)控硼，addAll(Collection<? extends E> c)泽论，addAll(int index, Collection<? extends E> c) 操作是都是先對(duì)集合容量檢查 ，以確保不會(huì)數(shù)組越界卡乾。然后通過(guò) System.arraycopy() 方法將舊數(shù)組元素拷貝至一個(gè)新的數(shù)組中去翼悴。
- remove 操作
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
}
當(dāng)我們調(diào)用 remove(int index) 時(shí)，首先會(huì)檢查 index 是否合法幔妨，然后再判斷要?jiǎng)h除的元素是否位于數(shù)組的最后一個(gè)位置抄瓦。如果 index 不是最后一個(gè)，就再次調(diào)用 System.arraycopy() 方法拷貝數(shù)組陶冷。說(shuō)白了就是將從 index + 1 開始向后所有的元素都向前挪一個(gè)位置钙姊。然后將數(shù)組的最后一個(gè)位置空，size - 1埂伦。如果 index 是最后一個(gè)元素那么就直接將數(shù)組的最后一個(gè)位置空煞额，size - 1即可。
當(dāng)我們調(diào)用 remove(Object o) 時(shí)沾谜，會(huì)把 o 分為是否為空來(lái)分別處理膊毁。然后對(duì)數(shù)組做遍歷，找到第一個(gè)與 o 對(duì)應(yīng)的下標(biāo) index基跑，然后調(diào)用 fastRemove 方法婚温，刪除下標(biāo)為 index 的元素。其實(shí)仔細(xì)觀察 fastRemove(int index) 方法和 remove(int index) 方法基本全部相同媳否。
- get操作
public E get(int index) {
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}
由于 ArrayList 底層是基于數(shù)組實(shí)現(xiàn)的栅螟，所以獲取元素就相當(dāng)簡(jiǎn)單了，直接調(diào)用數(shù)組隨機(jī)訪問(wèn)即可篱竭。
迭代器 iterator
有使用過(guò)集合的都知道力图，在用 for 遍歷集合的時(shí)候是不可以對(duì)集合進(jìn)行 remove操作的，因?yàn)?remove 操作會(huì)改變集合的大小掺逼。從而容易造成結(jié)果不準(zhǔn)確甚至數(shù)組下標(biāo)越界吃媒，更嚴(yán)重者還會(huì)拋出 ConcurrentModificationException。
foreach 遍歷等同于 iterator。為了搞清楚異常原因赘那，我們還必須過(guò)一遍源碼刑桑。
public Iterator<E> iterator() {
return new Itr();
}
原來(lái)是直接返回一個(gè) Itr 對(duì)象。
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();
}
}
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
從源碼可以看出募舟，ArrayList 定義了一個(gè)內(nèi)部類 Itr 實(shí)現(xiàn)了 Iterator 接口祠斧。在 Itr 內(nèi)部有三個(gè)成員變量。
cursor：代表下一個(gè)要訪問(wèn)的元素下標(biāo)胃珍。
lastRet：代表上一個(gè)要訪問(wèn)的元素下標(biāo)梁肿。
expectedModCount：代表對(duì) ArrayList 修改次數(shù)的期望值蜓陌，初始值為 modCount觅彰。
下面看看 Itr 的三個(gè)主要函數(shù)。
hasNext 實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單钮热，如果下一個(gè)元素的下標(biāo)等于集合的大小 填抬，就證明到最后了。
next 方法也不復(fù)雜隧期，但很關(guān)鍵飒责。首先判斷 expectedModCount 和 modCount 是否相等。然后對(duì) cursor 進(jìn)行判斷仆潮，看是否超過(guò)集合大小和數(shù)組長(zhǎng)度宏蛉。然后將 cursor 賦值給 lastRet ，并返回下標(biāo)為 lastRet 的元素性置。最后將 cursor 自增 1拾并。開始時(shí)，cursor = 0鹏浅，lastRet = -1嗅义；每調(diào)用一次 next 方法， cursor 和 lastRet 都會(huì)自增 1隐砸。
remove 方法首先會(huì)判斷 lastRet 的值是否小于 0之碗，然后在檢查 expectedModCount 和 modCount 是否相等。接下來(lái)是關(guān)鍵季希，直接調(diào)用 ArrayList 的 remove 方法刪除下標(biāo)為 lastRet 的元素褪那。然后將 lastRet 賦值給 cursor ，將 lastRet 重新賦值為 -1式塌，并將 modCount 重新賦值給 expectedModCount武通。
下面我們一步一步來(lái)分析 Itr 的操作。如圖一所示珊搀，開始時(shí) cursor 指向下標(biāo)為 0 的元素冶忱，lastRet 指向下標(biāo)為 -1 的元素，也就是 null。每調(diào)用一次 next囚枪，cursor 和lastRet 就分別會(huì)自增 1派诬。當(dāng) next 返回 "C" 時(shí)，cursor 和 lastRet 分別為 3 和 2 [圖二]链沼。
此時(shí)調(diào)用 remove默赂，注意是 ArrayList 的 remove，而不是 Itr 的 remove括勺。會(huì)將 D E 兩個(gè)元素直接往前移動(dòng)一位缆八，最后一位置空，并且 modCount 會(huì)自增 1疾捍。從 remove 方法可以看出奈辰。[圖三]。
此時(shí) cursor = 3乱豆，size = 4奖恰，沒(méi)有到數(shù)組末尾，所以循環(huán)繼續(xù)宛裕。來(lái)到 next 方法瑟啃，因?yàn)樯弦徊降?remove 方法對(duì) modCount 做了修改 ，致使 expectedModCount 與 modCount 不相等揩尸，這就是 ConcurrentModificationException 異常的原因所在蛹屿。從例子.png中也可以看出異常出自 ArrayList 中的內(nèi)部類 Itr 中的 checkForComodification 方法。
異常的解決：
直接調(diào)用 iterator.remove() 即可岩榆。因?yàn)樵谠摲椒ㄖ性黾恿?expectedModCount = modCount 操作错负。但是這個(gè) remove 方法也有弊端。
- 只能進(jìn)行remove操作朗恳，add湿颅、clear 等 Itr 中沒(méi)有。
- 調(diào)用 remove 之前必須先調(diào)用 next粥诫。因?yàn)?remove 開始就對(duì) lastRet 做了校驗(yàn)油航。而 lastRet 初始化時(shí)為 -1。
- next 之后只可以調(diào)用一次 remove怀浆。因?yàn)?remove 會(huì)將 lastRet 重新初始化為 -1
總結(jié)：
ArrayList 底層基于數(shù)組實(shí)現(xiàn)容量大小動(dòng)態(tài)可變谊囚。
擴(kuò)容機(jī)制為首先擴(kuò)容為原始容量的 1.5 倍。如果1.5倍太小的話执赡，則將我們所需的容量大小賦值給 newCapacity镰踏，如果1.5倍太大或者我們需要的容量太大，那就直接拿 newCapacity = (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE 來(lái)擴(kuò)容沙合。
擴(kuò)容之后是通過(guò)數(shù)組的拷貝來(lái)確保元素的準(zhǔn)確性的奠伪，所以盡可能減少擴(kuò)容操作。
ArrayList 的最大存儲(chǔ)能力：Integer.MAX_VALUE。
size 為集合中存儲(chǔ)的元素的個(gè)數(shù)绊率。elementData.length 為數(shù)組長(zhǎng)度谨敛，表示最多可以存儲(chǔ)多少個(gè)元素。
如果需要邊遍歷邊 remove 滤否，必須使用 iterator脸狸。且 remove 之前必須先 next，next 之后只能用一次 remove藐俺。
