ArrayList簡介
ArrayList是基於數組實現的,是一個動態數組,其容量能自動增長,類似於C語言中的動態申請內存,動態增長內存。
ArrayList不是線程安全的,只能用在單線程環境下,多線程環境下可以考慮用Collections.synchronizedList(List l)函數返回一個線程安全的ArrayList類,也可以使用concurrent並發包下的CopyOnWriteArrayList類。
ArrayList實現了Serializable接口,因此它支持序列化,能夠通過序列化傳輸,實現了RandomAccess接口,支持快速隨機訪問,實際上就是通過下標序號進行快速訪問,實現了Cloneable接口,能被克隆。
ArrayList源碼剖析
ArrayList的源碼如下(加入了比較詳細的注釋):
package java.util; public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable { // 序列版本號 private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L; // ArrayList基於該數組實現,用該數組保存數據 private transient Object[] elementData; // ArrayList中實際數據的數量 private int size; // ArrayList帶容量大小的構造函數。 public ArrayList(int initialCapacity) { super(); if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity); // 新建一個數組 this.elementData = new Object[initialCapacity]; } // ArrayList無參構造函數。默認容量是10。 public ArrayList() { this(10); } // 創建一個包含collection的ArrayList public ArrayList(Collection<? extends E> c) { elementData = c.toArray(); size = elementData.length; if (elementData.getClass() != Object[].class) elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); } // 將當前容量值設為實際元素個數 public void trimToSize() { modCount++; int oldCapacity = elementData.length; if (size < oldCapacity) { elementData = Arrays.copyOf(elementData, size); } } // 確定ArrarList的容量。 // 若ArrayList的容量不足以容納當前的全部元素,設置 新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1” public void ensureCapacity(int minCapacity) { // 將“修改統計數”+1,該變量主要是用來實現fail-fast機制的 modCount++; int oldCapacity = elementData.length; // 若當前容量不足以容納當前的元素個數,設置 新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1” if (minCapacity > oldCapacity) { Object oldData[] = elementData; int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1; //如果還不夠,則直接將minCapacity設置為當前容量 if (newCapacity < minCapacity) newCapacity = minCapacity; elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } } // 添加元素e public boolean add(E e) { // 確定ArrayList的容量大小 ensureCapacity(size + 1); // Increments modCount!! // 添加e到ArrayList中 elementData[size++] = e; return true; } // 返回ArrayList的實際大小 public int size() { return size; } // ArrayList是否包含Object(o) public boolean contains(Object o) { return indexOf(o) >= 0; } //返回ArrayList是否為空 public boolean isEmpty() { return size == 0; } // 正向查找,返回元素的索引值 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; } // 反向查找,返回元素的索引值 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; } // 反向查找(從數組末尾向開始查找),返回元素(o)的索引值 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; } // 返回ArrayList的Object數組 public Object[] toArray() { return Arrays.copyOf(elementData, size); } // 返回ArrayList元素組成的數組 public <T> T[] toArray(T[] a) { // 若數組a的大小 < ArrayList的元素個數; // 則新建一個T[]數組,數組大小是“ArrayList的元素個數”,並將“ArrayList”全部拷貝到新數組中 if (a.length < size) return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass()); // 若數組a的大小 >= ArrayList的元素個數; // 則將ArrayList的全部元素都拷貝到數組a中。 System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size); if (a.length > size) a[size] = null; return a; } // 獲取index位置的元素值 public E get(int index) { RangeCheck(index); return (E) elementData[index]; } // 設置index位置的值為element public E set(int index, E element) { RangeCheck(index); E oldValue = (E) elementData[index]; elementData[index] = element; return oldValue; } // 將e添加到ArrayList中 public boolean add(E e) { ensureCapacity(size + 1); // Increments modCount!! elementData[size++] = e; return true; } // 將e添加到ArrayList的指定位置 public void add(int index, E element) { if (index > size || index < 0) throw new IndexOutOfBoundsException( "Index: "+index+", Size: "+size); ensureCapacity(size+1); // Increments modCount!! System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); elementData[index] = element; size++; } // 刪除ArrayList指定位置的元素 //本欄目
關於ArrayList的源碼,給出幾點比較重要的總結:
1、注意其三個不同的構造方法。無參構造方法構造的ArrayList的容量默認為10,帶有Collection參數的構造方法,將Collection轉化為數組賦給ArrayList的實現數組elementData。
2、注意擴充容量的方法ensureCapacity。ArrayList在每次增加元素(可能是1個,也可能是一組)時,都要調用該方法來確保足夠的容量。當容量不足以容納當前的元素個數時,就設置新的容量為舊的容量的1.5倍加1,如果設置後的新容量還不夠,則直接新容量設置為傳入的參數(也就是所需的容量),而後用Arrays.copyof()方法將元素拷貝到新的數組(詳見下面的第3點)。從中可以看出,當容量不夠時,每次增加元素,都要將原來的元素拷貝到一個新的數組中,非常之耗時,也因此建議在事先能確定元素數量的情況下,才使用ArrayList,否則建議使用LinkedList。
3、ArrayList的實現中大量地調用了Arrays.copyof()和System.arraycopy()方法。我們有必要對這兩個方法的實現做下深入的了解。
首先來看Arrays.copyof()方法。它有很多個重載的方法,但實現思路都是一樣的,我們來看泛型版本的源碼:
public static <T> T[] copyOf(T[] original, int newLength) { return (T[]) copyOf(original, newLength, original.getClass()); }很明顯調用了另一個copyof方法,該方法有三個參數,最後一個參數指明要轉換的數據的類型,其源碼如下:
public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) { T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class) ? (T[]) new Object[newLength] : (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength); System.arraycopy(original, 0, copy, 0, Math.min(original.length, newLength)); return copy; }這裡可以很明顯地看出,該方法實際上是在其內部又創建了一個長度為newlength的數組,調用System.arraycopy()方法,將原來數組中的元素復制到了新的數組中。
下面來看System.arraycopy()方法。該方法被標記了native,調用了系統的C/C++代碼,在JDK中是看不到的,但在openJDK中可以看到其源碼。該函數實際上最終調用了C語言的memmove()函數,因此它可以保證同一個數組內元素的正確復制和移動,比一般的復制方法的實現效率要高很多,很適合用來批量處理數組。Java強烈推薦在復制大量數組元素時用該方法,以取得更高的效率。
4、注意ArrayList的兩個轉化為靜態數組的toArray方法。
本欄目
第一個,Object[] toArray()方法。該方法有可能會拋出java.lang.ClassCastException異常,如果直接用向下轉型的方法,將整個ArrayList集合轉變為指定類型的Array數組,便會拋出該異常,而如果轉化為Array數組時不向下轉型,而是將每個元素向下轉型,則不會拋出該異常,顯然對數組中的元素一個個進行向下轉型,效率不高,且不太方便。
第二個,<T> T[] toArray(T[] a)方法。該方法可以直接將ArrayList轉換得到的Array進行整體向下轉型(轉型其實是在該方法的源碼中實現的),且從該方法的源碼中可以看出,參數a的大小不足時,內部會調用Arrays.copyOf方法,該方法內部創建一個新的數組返回,因此對該方法的常用形式如下:
public static Integer[] vectorToArray2(ArrayList<Integer> v) { Integer[] newText = (Integer[])v.toArray(new Integer[0]); return newText; }5、ArrayList基於數組實現,可以通過下標索引直接查找到指定位置的元素,因此查找效率高,但每次插入或刪除元素,就要大量地移動元素,插入刪除元素的效率低。
6、在查找給定元素索引值等的方法中,源碼都將該元素的值分為null和不為null兩種情況處理,ArrayList中允許元素為null。