Java集合源码分析系列-（一）ArrayList源码剖析

Miyang 发布于2019-08-15 12:00 / 2844人阅读

摘要：需要注意的是，通过构造函数定义初始量是动态数组的实际大小。带容量的构造函数新建一个容量为的数组默认构造函数，默认为空构造一个包含指定元素的第一个构造方法使用提供的来初始化数组的大小。

前言

今天介绍经常使用的一个Java集合类——ArrayList（基于JDK1.8.0_121）。ArrayList在工作和日常面试中经常被使用或者提到。总的来说，工作中使用ArrayList主要是因为动态数组的方便性，面试中出现ArrayList经常是和LinkedList/Vector一起出现，分析这三种集合的异同。

ArrayList类图

图片是直接从IntelliJ中导出来的，其中：蓝色线条意味着继承，绿色线条意味着接口实现。

ArrayList源码剖析 ArrayList定义

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

我们首先需要明白并且牢记在内心的是，ArrayList本质上是一个数组，但是与Java中基础的数组所不同的是，它能够动态增长自己的容量。
通过ArrayList的定义，可以知道ArrayList继承了AbstractList，同时实现了List,RandomAccess,Cloneable和java.io.Serializable接口。

继承了AbstractList类，实现了List，意味着ArrayList是一个数组队列，提供了诸如增删改查、遍历等功能。
实现了RandomAccess接口，意味着ArrayList提供了随机访问的功能。RandomAccess接口在Java中是用来被List实现，用来提供快速访问功能的。在ArrayList中，即我们可以通过元素的序号快速获取元素对象。
实现了Cloneable接口，意味着ArrayList实现了clone()函数，能被克隆。
实现了java.io.Serializable接口，意味着ArrayList能够通过序列化进行传输。

ArrayList关键属性

private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
transient Object[] elementData;
private int size;

(1)ArrayList的默认容量为10；
(2)elementData是"Object类型的数组"，所有ArrayList元素都保存在elementData中。在ArrayList中，elementData是一个动态数组。需要注意的是，ArrayList通过构造函数ArrayList(int initialCapacity)定义初始量initialCapacity；
(3)size是动态数组的实际大小。

//ArrayList带容量的构造函数
public ArrayList(int initialCapacity) {
    if (initialCapacity > 0) {
    //新建一个容量为initialCapacity的数组
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
    } else if (initialCapacity == 0) {
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    } else {
        throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                           initialCapacity);
    }
}
//ArrayList默认构造函数，默认为空
public ArrayList() {

    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
// 构造一个包含指定元素的list
public ArrayList(Collection c) {
    elementData = c.toArray();
    if ((size = elementData.length) != 0) {
        if (elementData.getClass() != Object[].class)
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
    } else {
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
}

第一个构造方法使用提供的initialCapacity来初始化elementData数组的大小。
第二个构造方法默认数组为0。
第三个构造方法则将提供的集合转成数组返回给elementData（返回若不是Object[]将调用Arrays.copyOf方法将其转为Object[]）。

ArrayList主要方法源码剖析 增加

public boolean add(E e) {
    //扩容判断
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

public void add(int index, E element) {
    //判断index是否越界，错误产生IndexOutOfBoundsException
    rangeCheckForAdd(index);
    //进行扩容检查
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    //对数组进行复制，将空出的Index位置出入element，并将index后的所有数据后移一个位置。
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                     size - index);
    //将index上的数据设置为element
    elementData[index] = element;
    //容量+1
    size++;
}

删除

public E remove(int index) {
    //边界检查
    rangeCheck(index);
        
    modCount++;
    //oldValue即要删除的元素
    E oldValue = elementData(index);
    //要复制的元素
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                         numMoved);
    //释放最后一个元素
    elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

    return oldValue;
}

public boolean remove(Object o) {
    //对o进行判断
    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;
}

更新

public E set(int index, E element) {
    //数组扩容
    rangeCheck(index);
    //获取要更新的位置的数据
    E oldValue = elementData(index);
    //更新元素
    elementData[index] = element;
    return oldValue;
}

总结 1.ArrayList底层是通过数组来保存数据的。默认的容量是10. 2.JDK1.8中，ArrayList扩容使用位运算newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1) 3.ArrayList实现java.io.Serializable的方式。当写入到输出流时，先写入“容量”，再依次写入“每一个元素”；当读出输入流时，先读取“容量”，再依次读取“每一个元素”。

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