一、前言
有了前一篇对集合类的概述，我们知道ArrayList是属于Collection类系中的一个具体实现类，其特点是长度可以动态改变，集合内部使用数组保存元素。下面我们对源码进行分析。
二、ArrayList源代码分析
2.1 类的继承关系
|
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{} |
说明：可以看出ArrayList类实现了List、RandomAccess、Cloneable和Serializable接口。我们可以看出ArrayList是List类系中的具体类。RandomAccess用于支持快速随机访问，Cloneable用于支持深拷贝。同时还继承了AbstractList抽象类，使Arraylist可以选择性的实现List接口中的方法。在定义的时候使用了泛型来支持类型动态加载。
2.2类的属性
|
/** * The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored. The * capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. */ // Object数组，用于保存ArrayList的元素，此数组的长度为ArrayList的容量 private transient Object[] elementData; /** * The size of the ArrayList (the number of elements it contains). */ // ArrayList的长度，即此ArrayList元素的个数 private int size; //定义数组最大的size private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8; |
说明：ArrayList中定义了一个Object的数组用于保存元素，故归根结底对于ArrayList的所有操作其实都是对数组的操作，因此在随机访问时效率高，而和改变数组大小相关的操作如插入删除操作效率低。
2.3构造方法
|
/** * Constructs an empty list with the specified initial capacity. */ ，抛出异常信息 public ArrayList(int initialCapacity) { super(); if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: " + initialCapacity); // 定义一个指定大小的Object数组 this.elementData = new Object[initialCapacity]; } /** * Constructs an empty list with an initial capacity of ten. */ public ArrayList() { // 调用上面的带参构造函数 this(10); } /** * Constructs a list containing the elements of the specified collection, in * the order they are returned by the collection's iterator. */ // 创建一个ArrayList，其中包含参数集合中的所有元素，顺序为迭代器返回的顺序 public ArrayList(Collection<? extends E> c) { elementData = c.toArray(); size = elementData.length; // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652) // 当调用toArray函数返回的类型不为Object数组使，使用Arrays.copyOf()函数完成拷贝 if (elementData.getClass() != Object[].class) elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); } |
说明：ArrayList支持三种构造方式：默认大小、指定大小和指定元素。其中使用指定元素或指定大小构造时，所得到的ArrayList对象可以正常使用其所有函数完成增删改等操作。
2.4核心函数分析
、contains(Object o)函数
|
/** * Returns the index of the first occurrence of the specified element in * this list, or -1 if this list does not contain the element. */ // 返回特定元素（包括null）第一次出现的index，如果不存在则返回-1，比较相等时用的是equals方法 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 boolean contains(Object o) { 时说明存在 return indexOf(o) >= 0; } |
说明：使用containes或者indexOf方法时需要重写equals方法。
、添加元素的函数
|
/** * Appends the specified element to the end of this list. */ public boolean add(E e) { ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! //扩充数组后将元素添加到数组中 elementData[size++] = e; return true; } |
在添加元素时，首先要确保保存元素的数组能够再添加一个元素。在add函数内部首先调用了ensureCapacityInternal函数；函数代码如下：
|
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { modCount++; // overflow-conscious code //如果最小需要容量大于数组的长度时，需要对数组长度扩充 if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity); } |
此函数比较存放元素所需空间和数组的长度，如果长度不够，则调用grow函数扩充数组容量，参数为元素个数。函数代码如下：
|
private void grow(int minCapacity) { // overflow-conscious code int oldCapacity = elementData.length; // 将数组原始长度又移一位加上原始长度，得到新的数组长度 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //如果新的数组长度仍然小于元素个数，则直接将元素个数当作新的数组长度 if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity; //如果新的数组长度大于最大支持数组长度获取最大数组长度 if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // minCapacity is usually close to size, so this is a win: //将数组元素复制到新的数组 elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } |
grow函数按照一定的规则获取新的数组长度，并将元素复制到新的数组中，其中如果新的数组长度大于支持的最大值时，会调用hugeCapacity函数获取获取整数的最大值作为数组长度。其中函数源代码如下：
|
private static int hugeCapacity(int minCapacity) { if (minCapacity < 0) // overflow throw new OutOfMemoryError(); return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE; } |
添加元素大致的流程是：调用add方法----------->扩充数组-------------->添加元素
将元素添加到指定index中：
|
public void add(int index, E element) { 或者大于数组长度都将抛出异常 rangeCheckForAdd(index); // 扩充容量 ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! //将index索引后面的元素全部向后移动一位 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); elementData[index] = element; size++; } |
添加多个元素到集合的末尾
|
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) { // 获取集合对应的数组 Object[] a = c.toArray(); // 获取数组长度 int numNew = a.length; // 扩充容量 ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount // 将集合元素添加到数组的末尾 System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew); size += numNew; return numNew != 0; } |
添加多个元素到指定index
|
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) { // 检查index是否合法 rangeCheckForAdd(index); Object[] a = c.toArray(); int numNew = a.length; // 扩充数组 ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount int numMoved = size - index; // 移动index以后的元素 if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew, numMoved); //将元素添加到到数组中 System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew); size += numNew; return numNew != 0; } |
说明：当在中间插入元素时，要对数组元素进行重排序，因此效率要低。
、删除元素函数
删除指定index的元素
|
E elementData(int index) { return (E) elementData[index]; } public E remove(int index) { // 检查index的合法性 rangeCheck(index); modCount++; // 保存要删除的元素 E oldValue = elementData(index); int numMoved = size - index - 1; if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, numMoved); // 将最后一个元素设置为null elementData[--size] = null; // Let gc do its work return oldValue; } |
删除操作实质上是用后面的元素覆盖掉前面要删除的元素，最后将末尾元素设置为null的操作
删除指定第一次出现的元素
|
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; // Let gc do its work } public boolean remove(Object o) { if (o == null) { //可以remove一个null元素 for (int index = 0; index < size; index++) if (elementData[index] == null) { fastRemove(index); return true; } } else { for (int index = 0; index < size; index++) //以来equals方法，所以元素需要重写equals方法 if (o.equals(elementData[index])) { fastRemove(index); return true; } } return false; } |
删除操作依赖于equals方法，并且可以删除null；
删除指定集合中的所有元素，该方法依赖containes方法比较元素，因此元素同样需要重新定义equals方法
|
private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) { final Object[] elementData = this.elementData; int r = 0, w = 0; boolean modified = false; try { for (; r < size; r++) if (c.contains(elementData[r]) == complement) elementData[w++] = elementData[r]; } finally { // Preserve behavioral compatibility with AbstractCollection, // even if c.contains() throws. //如果有异常发生，将发生异常后面的元素直接拷贝到数组中 if (r != size) { System.arraycopy(elementData, r, elementData, w, size - r); w += size - r; } //如果新数组元素个数小于之前数组的长度，将w之后的元素全部设置为null if (w != size) { for (int i = w; i < size; i++) elementData[i] = null; modCount += size - w; size = w; modified = true; } } return modified; } // 删除若干个元素 public boolean removeAll(Collection<?> c) { // 调用batchRemove函数 return batchRemove(c, false); } |
收获：在对数组进行增删改查等操作时，应该首先检查index的合法性
删除所有不在参数集合中的元素
|
public boolean retainAll(Collection<?> c) { return batchRemove(c, true); } |
三、总结
ArrayList对于元素的操作底层实现全部是基于对数组的操作实现的，因此具有随机访问效率高，但是插入删除效率低的特点。