List 接口的大小可变数组的实现。实现了所有可选列表操作,并允许包括 null 在内的所有元素。除了实现 List 接口外,此类还提供一些方法来操作内部用来存储列表的数组的大小。(此类大致上等同于 Vector 类,除了此类是不同步的。)

size、isEmpty、get、set、iterator 和 listIterator 操作都以固定时间运行。add 操作以分摊的固定时间 运行,也就是说,添加 n 个元素需要 O(n) 时间。其他所有操作都以线性时间运行(大体上讲)。与用于 LinkedList 实现的常数因子相比,此实现的常数因子较低。

每个 ArrayList 实例都有一个容量。该容量是指用来存储列表元素的数组的大小。它总是至少等于列表的大小。随着向 ArrayList 中不断添加元素,其容量也自动增长。并未指定增长策略的细节,因为这不只是添加元素会带来分摊固定时间开销那样简单。

ArrayList 的头信息如下:

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

ArrayList的基本使用方式:

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List<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("string1");
list.add("string2");
list.set(1, "ss2");
System.out.println(list.get(1));
System.out.println(list.indexOf("string1"));
System.out.println(list.size());

看下ArrayList当中定义的变量:

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private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;//列表默认容量

private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

private transient Object[] elementData;//添加到list当中的元素都存放在这个数组当中

private int size;

下面是ArrayList的无参构造方法(jdk1.7):

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public ArrayList() {
super();
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}

可以看出将空数组赋值给了elementData;下面在看下当第一次调用add()方法会如何处理:

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

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == 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);
}

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);
}

可以看出来当第一次进行add操作的时候,调用ensureCapacityInternal(1)方法。

由于默认构造方法的时候elementData是等于EMPTY_ELEMENTDATA的所以数组的最小容量minCapacity会被赋值成默认的大小为10。

紧接着调用ensureExplicitCapacity(10)方法。在ensureExplicitCapacity方法中minCapacity的值是传入进来的10,elementData元素是空数组所以长度是0,会进去grow(10)方法当中。

grow方法会给内部的elementData数组进行扩容。

看下ArrayList带参数的构造方法:

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public ArrayList(int initialCapacity) {
super();
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
this.elementData = new Object[initialCapacity];
}

public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
size = elementData.length;
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
}

下面来分析remove方法:

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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;
}

private void rangeCheck(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}

E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
}

首先判断传入进来的索引是否大于size,如果大于则抛出异常。

然后获取elementData数组中的元素。求出这个元素后面还有几个元素numMoved,如果numMoved大于0进行数组移动。

再来看另外重载的add方法:

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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++;
}
private void rangeCheckForAdd(int index) {
if (index > size || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == 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);
}
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);
}

在指定索引的位置添加元素,处理过程如下:

首先,判断索引是否合法。
然后判断内部数组elementData是否需要扩容,如果需要则扩容。
最后,将索引处开始元素向后移动,然后将新元素添加到索引位置当中。

再来看set方法,set方法是将指定索引的位置元素用新元素进行替换,并且返回老元素:

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public E set(int index, E element) {
rangeCheck(index);

E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
return oldValue;
}

private void rangeCheck(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}

看下remove方法的另外重载方法:

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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
}

这个是移除传入的元素,首先判断传入的元素是否为null。如果为null则对元素的比较使用==,如果不为null则使用对象的equals方法比较。fastRemove的处理跟remove(int index)里面的处理逻辑一样。

最后看看定位元素索引的方法,indexOf和lastIndexOf方法:

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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;
}

lastIndexOf就从数组后面往前面遍历,思路很开阔。

以上就是ArrayList大致的实现方式和一些方法的源代码。总体上来看是很简单的容器,里面的实现方式也很值得我们去学习。

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