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ArrayList源码分析(一)

作者:互联网

这篇blog进行ArrayList源码的相关分析,首先看看开头部分代码

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
    @java.io.Serial
    //序列化uid
    private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
    //默认初始容量
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    //一个空对象
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    //一个空对象,如果使用默认构造函数创建,则默认对象内容默认是该值
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    //当前数据对象存放地方,当前对象不参与序列化
    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
    //当前数组长度
    private int size;
  //其他代码
}

这部分可做出有关ArrayList的相关结构,如下图所示

初始化

  public ArrayList(int initialCapacity) {
        if (initialCapacity > 0) {
            this.elementData = new Object[initialCapacity];    
        } else if (initialCapacity == 0) {
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        } else {
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                    initialCapacity);
        }
    }
    
    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
public ArrayList(Collection<? extends E> c) { Object[] a = c.toArray(); if ((size = a.length) != 0) { if (c.getClass() == ArrayList.class) { elementData = a; } else { elementData = Arrays.copyOf(a, size, Object[].class); } } else { elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; } }
  //此处为copyOf运行代码
  public static <T> T[] copyOf(T[] original, int newLength) {
return (T[]) copyOf(original, newLength, original.getClass());
  }
  public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) {
@SuppressWarnings("unchecked")
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;
  }

以上代码为ArrayList的初始化,分为三种方式:

1.为给定容量的初始化,传入参数为数组的初始化长度,当该参数大于等于0时,进行初始化,当该参数小于0时,抛出异常

2.过于简单

3.首先通过c.toArray()得到了集合c对应的数据数组,如果c也是ArrayList,直接将c.toArray()赋给elementData,而关于toArray的关键代码如上代码中关于copyOf的部分所示,从该段代码中可知此处的Arrays.copyOf调用的是三参数版本的函数。这个三参数的copyOf函数比较复杂,作用就是返回一个指定的newType类型的数组,这个数组的长度是newLength,值从original拷贝而来。拷贝的功能由System.arraycopy( )完成:如果newLength大于原数组的长度,多出来的元素初始化为null;如果小于原数组长度,将会进行截断操作。在这里,两参版本调用三参版本的三个参数为original, newLength, original.getClass(),故得到的数组元素类型和原数组类型一致,长度为newLength,数据由原数组复制而来。

  总之,ArrayList的无参版toArray( )返回了一个和elemantData一模一样的拷贝数组。所以判断c也是ArrayList对象时,直接令elemantData 为c.toArray( )了。否则,会执行elementData = Arrays.copyOf(a, size, Object[].class)。经过上面的分析,三参的copyOf( )是返回一个数据内容和a一模一样的数组,但是数组类型转为Object[ ]类型。之所以有这条语句,猜想可能是某些集合的toArray( )方法,返回的数组不是Object[ ]类型,比方说用一个类继承ArrayList,并且重写toArray( )方法,让它返回一些别的类型。

扩容

    public void ensureCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity > elementData.length
            && !(elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
                 && minCapacity <= DEFAULT_CAPACITY)) {
            modCount++;
            grow(minCapacity);
        }
    }

  //核心部分 private Object[] grow(int minCapacity) { int oldCapacity = elementData.length; if (oldCapacity > 0 || elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { int newCapacity = ArraysSupport.newLength(oldCapacity, minCapacity - oldCapacity, /* minimum growth */ oldCapacity >> 1 /* preferred growth */); return elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } else { return elementData = new Object[Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity)]; } } private Object[] grow() { return grow(size + 1); }

  //newLength部分 public static int newLength(int oldLength, int minGrowth, int prefGrowth) { int prefLength = oldLength + Math.max(minGrowth, prefGrowth); // might overflow if (0 < prefLength && prefLength <= SOFT_MAX_ARRAY_LENGTH) { return prefLength; } else { // put code cold in a separate method return hugeLength(oldLength, minGrowth); } } private static int hugeLength(int oldLength, int minGrowth) { int minLength = oldLength + minGrowth; if (minLength < 0) { // overflow throw new OutOfMemoryError( "Required array length " + oldLength + " + " + minGrowth + " is too large"); } else if (minLength <= SOFT_MAX_ARRAY_LENGTH) { return SOFT_MAX_ARRAY_LENGTH; } else { return minLength; } }

   public static final int SOFT_MAX_ARRAY_LENGTH = Integer.MAX_VALUE - 8;

关于扩容部分,private Object[] grow(int minCapacity)为核心部分,故我们先看这部分,if(oldCapacity > 0 || elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)部分说明当该数组不是还未初始化的数组时,用newLength以及位运算来进行相应的扩容,而newLength相应的代码已经贴在了上面,让我们来进行具体分析:此处的minGrowth在grow部分为“minCapacity - oldCapacity”,即满足我们需要的容量,此处的prefGrowth在grow部分为“oldCapacity >> 1”,即原来容量的一半,当没有溢出时,扩容时所扩的容量就是这两者中最大的那个,而当溢出时,调用hugeLength()来满足minGrowth,如果还时溢出则最多只能给到 Integer.MAX_VALUE - 8 这个量。那么当计算好长度之后,return elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity),即得到一个长度改变,元素类型和原数组相同的新数组。而当该数组不满足oldCapacity > 0 || elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA这个条件时,进行数组的初始化。

增加元素

一个元素

 

  //在尾部添加一个元素
  private void add(E e, Object[] elementData, int s) { if (s == elementData.length)  //此处s为size的意思 elementData = grow(); elementData[s] = e; size = s + 1; } public boolean add(E e) { modCount++; add(e, elementData, size); return true; }

  //在指定位置添加元素
  public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);
modCount++;
final int s;
Object[] elementData;
if ((s = size) == (elementData = this.elementData).length)
elementData = grow();
System.arraycopy(elementData, index,
elementData, index + 1,
s - index);
elementData[index] = element;
size = s + 1;
  }

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

 

此处分为两个部分,一是向尾部添加一个元素的add(),如上面所示,当size与elementData.length相等时,说明数组中无多余空间进行添加,故进行扩容操作。将你要添加的值放入elementData[s]即数组的尾部,然后将size加一,这里的modCount是用来计算ArrayList中的结构性变化次数。

二是在指定位置添加元素的add(),如上面所示,首先对你想要添加的元素的位置进行判定

一堆元素

 

public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        Object[] a = c.toArray();
        modCount++;
        int numNew = a.length;
        if (numNew == 0)
            return false;
        Object[] elementData;
        final int s;
        //elementData剩余容量不足则进行扩容
        if (numNew > (elementData = this.elementData).length - (s = size))
            elementData = grow(s + numNew);
        //上文有提到的关于arraycopy的代码,此处为从数组尾部添加元素
        System.arraycopy(a, 0, elementData, s, numNew);
        size = s + numNew;
        return true;
    }

    public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
        //上文提到的判定语句
        rangeCheckForAdd(index);
        Object[] a = c.toArray();
        modCount++;
        //要添加进来的元素的数量
        int numNew = a.length;
        if (numNew == 0)
            return false;
        Object[] elementData;
        final int s;
        if (numNew > (elementData = this.elementData).length - (s = size))
            elementData = grow(s + numNew);
        //计算要将多少元素向后移动
        int numMoved = s - index;
        if (numMoved > 0)
        //要在index位置,新增numNew个元素,所以从index位置开始,往后挪numNew位,一共有numMoved个元素需要挪动
            System.arraycopy(elementData, index,
                    elementData, index + numNew,
                    numMoved);
        //空出来的位置即为要添加的元素的位置
        System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
        size = s + numNew;
        return true;
    }

关于添加一堆元素时的代码与之前的代码较为相似,故此处直接在代码中注释标出,应该很好理解。

删除元素

一个元素

public E remove(int index) {
        Objects.checkIndex(index, size);
        final Object[] es = elementData;

        @SuppressWarnings("unchecked") E oldValue = (E) es[index];
        fastRemove(es, index);

        return oldValue;
}
public static
int checkIndex(int index, int length) {
return Preconditions.checkIndex(index, length, null);
}

private void fastRemove(Object[] es, int i) { modCount++; final int newSize; if ((newSize = size - 1) > i) System.arraycopy(es, i + 1, es, i, newSize - i); es[size = newSize] = null; }

//删除指定元素方法
public boolean remove(Object o) {
final Object[] es = elementData;
final int size = this.size;
int i = 0;
// 正序找对应元素下标
found: {
if (o == null) {
for (; i < size; i++)
if (es[i] == null)
break found;
} else {
for (; i < size; i++)
if (o.equals(es[i]))
break found;
}
return false;
}
// 找到了,调用fastRemove,进行删除
fastRemove(es, i);
return true;
}
 
此处的删除是按照下标删,首先检查index是否合法,接着取到oldValue值也就是要删的元素值,然后调用fastRemove( )函数。在fastRemove里,首先自增modCount,再判断要删的元素是不是elemantData的第size个元素(也就是实际上的最后一个元素),如果是,不需要挪动元素操作,直接赋值为null即可,否则,还需要将删除位置之后的元素都往前挪一位。 当然也有个删除指定元素的方法,具体如上面public boolean remove(Object o)所示。  

一堆元素

//删除集合c中的所有元素
public boolean removeAll(Collection<?> c) { return batchRemove(c, false, 0, size); }

//保留集合c中的所有元素 public boolean retainAll(Collection<?> c) { return batchRemove(c, true, 0, size); }

//核心代码 boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement, final int from, final int end) {
     //判断集合c是否为空 Objects.requireNonNull(c); final Object[] es = elementData; int r; // Optimize for initial run of survivors for (r = from;; r++) { if (r == end) return false; if (c.contains(es[r]) != complement) break; }
     //w用于写入保留的元素 int w = r++; try { for (Object e; r < end; r++) if (c.contains(e = es[r]) == complement) es[w++] = e;  //当这个元素可以保留时,将其赋给es[] } catch (Throwable ex) { // Preserve behavioral compatibility with AbstractCollection, // even if c.contains() throws. System.arraycopy(es, r, es, w, end - r); w += end - r; throw ex; } finally {
       //相关善后工作   modCount += end - w; shiftTailOverGap(es, w, end); } return true; }

private void shiftTailOverGap(Object[] es, int lo, int hi) {    //善后工作相关代码
System.arraycopy(es, hi, es, lo, size - hi);
   // 从索引hi开始,有size-hi个元素需要往左挪,这些元素依次挪到lo以及lo之后的位置
     // 它们都向左挪了hi-lo个单位
  // 挪动之后,原先的索引size-1的元素,对应的是size-1-(hi-lo),这个索引之后的元素都赋值为null
for (int to = size, i = (size -= hi - lo); i < to; i++)
es[i] = null;
}
 

此处的关于多个元素的操作分为删除多个元素和保留多个元素,而这两个操作均需要调用 “batchRemove“ ,故进行关于其的具体分析。

“batchRemove“ 首先进行了变量”r“的声明,接着是一段for循环,而不管是“removeAll”还是“retainAll”都是from = 0 ,end = size,即从头到尾用r作为索引遍历数组,当c.contains(es[r]) != complement时break出去。对于“removeAll”,其complement为false,故当c.contains(es[r])为true的时候退出循环,即c中包含es[r],即找到了要删除的元素,此时的r为第一个要删除的元素的索引。以此类推,对于“retainAll”,r为要保留的第一个元素的索引。关于后面w的部分,w是第一个要删的元素索引,找到要保留的元素,则把索引w的元素赋值为此元素,再自增w。这样子r一遍遍历完成后,要保留的元素也都向前移动好了。最后再进行善后工作,具体代码如上所示,详细过程已做注释。

修改元素

 

public E set(int index, E element) {
        Objects.checkIndex(index, size);
        E oldValue = elementData(index);
        elementData[index] = element;
        return oldValue;
    }
public static int checkIndex(int index, int length) { return Preconditions.checkIndex(index, length, null); } public static <X extends RuntimeException> int checkIndex(int index, int length, BiFunction<String, List<Number>, X> oobef) { if (index < 0 || index >= length) throw outOfBoundsCheckIndex(oobef, index, length); return index; }

 

修改元素部分也与之前大同小异,首先对index是否合法进行判断,成功后再对这个元素的值进行修改,并返回旧值

查询元素

  public int indexOf(Object o) {
        return indexOfRange(o, 0, size);
    }

    int indexOfRange(Object o, int start, int end) {
        Object[] es = elementData;
        if (o == null) {
            for (int i = start; i < end; i++) {
                if (es[i] == null) {
                    return i;
                }
            }
        } else {
            for (int i = start; i < end; i++) {
                if (o.equals(es[i])) {
                    return i;
                }
            }
        }
        return -1;
    }

关于此处,首先是indexOf函数,就是根据元素找索引,调用”indexOfRange“,从左往右找,找到第一个索引就返回;在ArrayList中还有个lastIndexOf,与前面提到的查找正好相反,为从右往左找。

 

还有一些其他较为简单的函数,这里就不一一列出了,下一篇试着分析下迭代器。格式没怎么调。

 

 

 

   

 



 

 

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来源: https://www.cnblogs.com/NOMADBING/p/16214605.html