ArrayList源码解析

在平时Java,存储数据需要用到列表，而大多时候都能用到ArrayList，比如Mybatis查询数据列表，返回列表都是ArrayList，很多数据的存放也用到了ArrayList。

jdk 版本： 1.8

ArrayList 是基于大小可变的数组实现，并允许添加null值, 根据下标就能数据查询快。数组一旦初始化就确定好了大小，如果需要添加数据，就需要做数据的复制，这些操作比较耗时。

数组拷贝

ArrayList数组的扩容、添加和删除需要用到数组的拷贝，主要用到了以下两个方法：

• System.arraycopy
• Arrays.copyOf

System.arraycopy

System.arraycopy() 是Java的原生的静态方法，该方法将源数组元素拷贝到目标数组中去。

参数详解：

• src 源数组
• srcPos 源数组拷贝的起始索引
• dest 目标数组
• destPos 拷贝到目标数组的起始索引
• length 拷贝元素的个数
  将src源数组，起始索引为srcPos,个数为length,复制到起始索引为destPos的dest目标数组。

比如：

int[] srcArray = new int[]{1,2,3,4,5,6};
int[] desArray = new int[5];
System.arraycopy(srcArray,1,desArray,2,3);
System.out.println("desArray: " + Arrays.toString(desArray));

输出：

[0, 0, 2, 3, 4]

Arrays.copyOf

Arrays.copyOf本质也是调用System.arraycopy方法：

 public static int[] copyOf(int[] original, int newLength) {
    int[] copy = new int[newLength];
    System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
                     Math.min(original.length, newLength));
    return copy;
}

首先创建一个新的数组copy，将original数组全部复制给copy数组。

主要字段：

// 底层数组
transient Object[] elementData;
// 数组个数大小
private int size;
// 默认空数组
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

• ArrayList是基于数组的一个实现，elementData就是底层的数组。
• size 是记录数组的个数。

构造方法 ArrayList()

public ArrayList() {
   this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

无参构造方法，创建数据直接赋值一个空数组。

ArrayList(int initialCapacity)

赋一个初始化容量initialCapacity:

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);
    }
}

• 初始化容量initialCapacity大于零，新建长度initialCapacity的数组。
• 初始化容量initialCapacity等于零，新建一个空数组。

添加数据

添加数据有两个方法：

• add(E e) 直接添加在数组尾部。
• add(int index, E element) 根据下标添加数据。

add(E e)

在列表尾部添加数据：

/**
 * Appends the specified element to the end of this list.
 */
public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

ensureCapacityInternal 判断添加数据后的容量是否足够，如果不够，做扩容操作。

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
  ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}

private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
  if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
      return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
  }
  return minCapacity;
}

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
  modCount++;

  // overflow-conscious code
  if (minCapacity - elementData.length > 0)
      grow(minCapacity);
}

ensureCapacityInternal 作用是判断容量当前容量是否足够存放新的数据，如果不够就做扩容操作。

calculateCapacity计算容量，如果数组为null，返回minCapacity和10的最大值，否则返回minCapacity。这个方法就是返回数组的大小。

调用无参构造方法ArrayList(),再调用add()方法，首先数组容量会变成10。这也是为什么无参构造方法ArrayList()上面有会有注解Constructs an empty list with an initial capacity of ten.

ensureExplicitCapacity 判断需要的容量minCapacity大于当前数组的长度elementData.length，将会做扩容处理，也是调用grow方法：

private void grow(int minCapacity) {
    // overflow-conscious code
    int oldCapacity = elementData.length;
    // 新长度是原来长度的 1.5倍
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        // 新长度比需要长度更小，赋值给新长度
        newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    // 拷贝数组到新的长度数组
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

group 主要做了两件事：

• 长度扩大到原来的 1.5倍
• 拷贝数组到新长度的数组

做完判断是否要做扩容之后，直接在size位置上赋值要添加的元素，然后size再自增。

elementData[size++] = e;

add(E e)流程总结

• 判断数据容量是否足够，如果是空数组，返回10,其他容量返回当前数组size + 1。
• 返回容量和当前数组长度对比，小于做扩容处理。
• 扩容长度为原来长度的1.5倍，将数组赋值给长度为原来数组1.5倍的新数组。
• 在数组的最末尾size赋值。

add(int index, E element)

此添加数据是在指定的下标添加数据。

public void add(int index, E element) {
    // 下标是否越界
    rangeCheckForAdd(index);
    // 判断是否要扩容
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    // 复制i到size的数据到i+1 到size +1
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                     size - index);
    elementData[index] = element;
    size++;
}

add(int index, E element) 在index下标添加数据，

• 首先判断index 是否在0 ~size之间。
• 判断是否要扩容，需要扩容，进行1.5倍扩容。
• 数据迁移,把index以后的数据全部往后移动一位。
• 赋值index 下标数据。

获取数据

获取数据只有通过数组下标获取数据 get(int index)：

public E get(int index) {
  //检查是否超过数组范围 
  rangeCheck(index);
  
  return elementData(index);
}

@SuppressWarnings("unchecked")
E elementData(int index) {
    // 通过下标获取数据 
    return (E) elementData[index];
}

这里获取数据就比较简单：

• 检查下标是否超过数组范围。
• 通过下标访问数据。

删除数据 remove(Object o)

删除列表中第一个匹配的元素：

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;
}

判断要删除数据是否为null:

• 为空，判断elementData[index]是否为空。
• 不为空，判断元素equals是否匹配elementData[index]。

上面判断都为true时，调用fastRemove方法：

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
}

移动数组数据，index+1 以及之后的数据往前移动一位，最后一位size-1赋值为null。

remove(int index)

根据index下标删除数据。

public E remove(int index) {
    // 是否越界 
    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;
}

总结

• 数组的扩容、添加和删除都需要用到System.arraycopy方法，System.arraycopy是将src源数组，起始索引为srcPos,个数为length,复制到起始索引为destPos的dest目标数组。
• ArrayList主要是基于Object[] elementData动态数组实现。
• 调用构造方法，无参的就赋值一个空数组，有初始容量的就赋值一个初始容量。
• add 添加数组首先判断是否需要扩容，需要扩容，长度扩大成原来的1.5倍。
  • add(E e) 在size赋值添加数据
  • add(int index, E element) 将数组从index往后移动一位，新数据添加到index上。
• 获取数据get(int index)利用数组的特定，根据下标获取数据。
• remove(int index) 将index之后的数据全部往前移动一位，size - 1赋为null。

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