Java(List接口)集合ArrayList源码分析
概述
ArrayList本质上就是一个动态数组，所以通过下标访问的效率高，但是在增删操作时，需要消耗的性能较大。
类关系结构图
相关的接口抽象类的介绍
| 类名 | 说明 |
|---|---|
| AbstractCollection | 实现了Collection中大量的函数,除了特定的几个函数iterator()和size()之外的函数 |
| AbstractList | 该接口继承于AbstractCollection，并且实现List接口的抽象类。 它实现了List中除size()、get(int location)之外的函数。 AbstractList的主要作用：它实现了List接口中的大部分函数 和AbstractCollection相比，AbstractList抽象类中，实现了iterator()接口 |
| RandomAccess | RandmoAccess接口，即提供了随机访问功能。RandmoAccess是java中用来被List实现，为List提供快速访问功能的。在ArrayList中，我们即可以通过元素的序号快速获取元素对象；这就是快速随机访问 |
| List | 有序队列接口，提供了一些通过下标访问元素的函数 List是有序的队列，List中的每一个元素都有一个索引；第一个元素的索引值是0，往后的元素的索引值依次+1 |
关键字段
/**
* Default initial capacity.
* 默认的数组的长度
*/
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
/**
* Shared empty array instance used for empty instances.
* 空数组
*/
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 = {};
/**
* The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.
* The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. Any
* empty ArrayList with elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
* will be expanded to DEFAULT_CAPACITY when the first element is added.
* 集合中存储数据的 数组对象
*/
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
/**
* The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
* 集合中元素的个数
* @serial
*/
private int size;
初始操作
无参构造
elementData=null;无参构造去并不会真实的创建数组，数组会在add方法中去创建，有助于性能的提升，懒加载的方式。
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
// this.elementData = {}
}
有参构造
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
// 初始长度大于0 就创建一个指定大小的数组
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
// {}数组赋值给 this.elementData
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
add 方法
第一次添加
/**
* 将元素添加到集合的尾部
*
* @param e element to be appended to this list
* @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add})
*/
public boolean add(E e) {
// 确定容量 动态扩容 size 初始 0
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
// 将要添加的元素 添加到数组中 elementData[0] = 1 --> size = 1
elementData[size++] = e;
return true;
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
// ensureExplicitCapacity(10)
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
/**
* elementData {}
minCapacity 1
*/
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
// 10 1 return 10
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
// 5
return minCapacity;
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++; // 增长 操作次数
// minCapacity 10
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
private void grow(int minCapacity) { // 10
// 记录原来的容量
int oldCapacity = elementData.length; // 0
// newCapacity = 0
// 计算新的容量 新容量为老容量的1.5倍，第一次为0
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
// newCapacity = 10
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// {} {,,,,,,,,,} 返回一个新的数组 长度为10
// 把原来的数组中的内容拷贝到一个新建的指定容量为newCapacity的数组中，扩容
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
第二次添加
elementData = {1,,,,,,,,,};
size = 1;
public boolean add(E e) {
// 2
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e; // elementData[1] = 2 size = 2
return true;
}
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
// 2
return minCapacity;
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code 2 - 10
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
第十一次添加
elementData = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
size = 10;
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
// ensureExplicitCapacity(11)
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// 11 - 10 > 0
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
private void grow(int minCapacity) { // 11
// 10
int oldCapacity = elementData.length;
// 15 newCapacity 是oldCapacity的1.5倍
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:
// {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10} -- > {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,,,,,}
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
get方法
public E get(int index) {
// 检查下标是否合法
rangeCheck(index);
// 通过下标获取数组对应的元素
return elementData(index);
}
set方法
public E set(int index, E element) {
rangeCheck(index); // 检查下标
// 获取下标原来的值
E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
return oldValue;
}
remove方法
public E remove(int index) {
// 检查下标
rangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
// 获取要移动的元素的个数 {1,2,3,4,5,6,7,8,9} // 3 size=9 index=3
// {1,2,3,5,6,7,8,9,null}
int numMoved = size - index - 1; // 5
if (numMoved > 0)
// 源数组 开始下标 目标数组 开始下标 长度
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
// 删除的节点对应的信息
return oldValue;
}
FailFast机制
快速失败机制，也就是在多线程操作一个List数据的时候如果出现数据安全问题会直接抛异常（java.util.ConcurrentModificationException）。