JDK源码系列(集合)--ArrayList源码分析

简介

ArrayList是一种以数组实现的List,与数组相比,它具有动态扩展的能力,因此也可称之为动态数组。

继承体系

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ArrayList实现了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable等接口。

ArrayList实现了List,提供了基础的添加、删除、遍历等操作。

ArrayList实现了RandomAccess,提供了随机访问的能力。

ArrayList实现了Cloneable,可以被克隆。

ArrayList实现了Serializable,可以被序列化。

源码解析

属性

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(1)DEFAULT_CAPACITY

默认容量为10,也就是通过new ArrayList()创建时的默认容量。

(2)EMPTY_ELEMENTDATA

空的数组,这种是通过new ArrayList(0)创建时用的是这个空数组。

(3)DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA

也是空数组,这种是通过new ArrayList()创建时用的是这个空数组,与EMPTY_ELEMENTDATA的区别是在添加第一个元素时使用这个空数组的会初始化为DEFAULT_CAPACITY(10)个元素。

(4)elementData

真正存放元素的地方,使用transient是为了不序列化这个字段。

至于没有使用private修饰,后面注释是写的“为了简化嵌套类的访问”,但是楼主实测加了private嵌套类一样可以访问。

private表示是类私有的属性,只要是在这个类内部都可以访问,嵌套类或者内部类也是在类的内部,所以也可以访问类的私有成员。

(5)size

真正存储元素的个数,而不是elementData数组的长度。

ArrayList(int initialCapacity)构造方法
传入初始容量,如果大于0就初始化elementData为对应大小,如果等于0就使用EMPTY_ELEMENTDATA空数组,如果小于0抛出异常。
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ArrayList()构造方法
不传初始容量,初始化为DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA空数组,会在添加第一个元素的时候扩容为默认的大小,即10。
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ArrayList(Collection c)构造方法
传入集合并初始化elementData,这里会使用拷贝把传入集合的元素拷贝到elementData数组中,如果元素个数为0,则初始化为EMPTY_ELEMENTDATA空数组。
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为什么 c.toArray();返回的有可能不是Object[]类型呢?请看下面的代码:
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add(E e)方法
添加元素到末尾,平均时间复杂度为O(1)。
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(1)检查是否需要扩容;

(2)如果elementData等于DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA则初始化容量大小为DEFAULT_CAPACITY;

(3)新容量是老容量的1.5倍(oldCapacity + (oldCapacity >> 1)),如果加了这么多容量发现比需要的容量还小,则以需要的容量为准;

(4)创建新容量的数组并把老数组拷贝到新数组;

add(int index, E element)方法
添加元素到指定位置,平均时间复杂度为O(n)。
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(1)检查索引是否越界;

(2)检查是否需要扩容;

(3)把插入索引位置后的元素都往后挪一位;

(4)在插入索引位置放置插入的元素;

(5)大小加1;

addAll(Collection c)方法
求两个集合的并集。
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(1)拷贝c中的元素到数组a中;

(2)检查是否需要扩容;

(3)把数组a中的元素拷贝到elementData的尾部;

get(int index)方法
获取指定索引位置的元素,时间复杂度为O(1)。
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(1)检查索引是否越界,这里只检查是否越上界,如果越上界抛出IndexOutOfBoundsException异常,如果越下界抛出的是ArrayIndexOutOfBoundsException异常。

(2)返回索引位置处的元素;

remove(int index)方法
删除指定索引位置的元素,时间复杂度为O(n)。
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(1)检查索引是否越界;

(2)获取指定索引位置的元素;

(3)如果删除的不是最后一位,则其它元素往前移一位;

(4)将最后一位置为null,方便GC回收;

(5)返回删除的元素。

可以看到,ArrayList删除元素的时候并没有缩容。

remove(Object o)方法
删除指定元素值的元素,时间复杂度为O(n)。
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(1)找到第一个等于指定元素值的元素;

(2)快速删除;

fastRemove(int index)相对于remove(int index)少了检查索引越界的操作,可见jdk将性能优化到极致。

retainAll(Collection c)方法
求两个集合的交集。
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(1)遍历elementData数组;

(2)如果元素在c中,则把这个元素添加到elementData数组的w位置并将w位置往后移一位;

(3)遍历完之后,w之前的元素都是两者共有的,w之后(包含)的元素不是两者共有的;

(4)将w之后(包含)的元素置为null,方便GC回收;

removeAll(Collection c)
求两个集合的单方向差集,只保留当前集合中不在c中的元素,不保留在c中不在当前集体中的元素。
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与retainAll(Collection c)方法类似,只是这里保留的是不在c中的元素。

总结
(1)ArrayList内部使用数组存储元素,当数组长度不够时进行扩容,每次加一半的空间,ArrayList不会进行缩容;

(2)ArrayList支持随机访问,通过索引访问元素极快,时间复杂度为O(1);

(3)ArrayList添加元素到尾部极快,平均时间复杂度为O(1);

(4)ArrayList添加元素到中间比较慢,因为要搬移元素,平均时间复杂度为O(n);

(5)ArrayList从尾部删除元素极快,时间复杂度为O(1);

(6)ArrayList从中间删除元素比较慢,因为要搬移元素,平均时间复杂度为O(n);

(7)ArrayList支持求并集,调用addAll(Collection c)方法即可;

(8)ArrayList支持求交集,调用retainAll(Collection c)方法即可;

(7)ArrayList支持求单向差集,调用removeAll(Collection c)方法即可;

彩蛋

elementData设置成了transient,那ArrayList是怎么把元素序列化的呢?
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查看writeObject()方法可知,先调用s.defaultWriteObject()方法,再把size写入到流中,再把元素一个一个的写入到流中。

一般地,只要实现了Serializable接口即可自动序列化,writeObject()和readObject()是为了自己控制序列化的方式,这两个方法必须声明为private,在java.io.ObjectStreamClass#getPrivateMethod()方法中通过反射获取到writeObject()这个方法。

在ArrayList的writeObject()方法中先调用了s.defaultWriteObject()方法,这个方法是写入非static非transient的属性,在ArrayList中也就是size属性。同样地,在readObject()方法中先调用了s.defaultReadObject()方法解析出了size属性。

elementData定义为transient的优势,自己根据size序列化真实的元素,而不是根据数组的长度序列化元素,减少了空间占用。

文章来自公众号"彤哥读源码",已得到作者同意转载

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