- ArrayList使用的存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
- ArrayList的初始化
- ArrayList是如何動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)
- ArrayList如何實(shí)現(xiàn)元素的移除
- ArrayList小結(jié)
ArrayList是我們經(jīng)常使用的一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，我們通常把其用作一個(gè)可變長(zhǎng)度的動(dòng)態(tài)數(shù)組使用，大部分時(shí)候，可以替代數(shù)組的作用，我們不用事先設(shè)定ArrayList的長(zhǎng)度，只需要往里不斷添加元素即可，ArrayList會(huì)動(dòng)態(tài)增加容量。ArrayList是作為L(zhǎng)ist接口的一個(gè)實(shí)現(xiàn)。
那么ArrayList背后使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是什么呢？
ArrayList是如何保證動(dòng)態(tài)增加容量，使得能夠正確添加元素的呢？
要回答上面的問(wèn)題，我們就需要對(duì)ArrayList的源碼進(jìn)行一番分析，深入了解其實(shí)現(xiàn)原理的話，我們就自然能夠解答上述問(wèn)題。
需要說(shuō)明的是，本文所分析的源碼引用自JDK 8版本
ArrayList使用的存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
從源碼中我們可以發(fā)現(xiàn)，ArrayList使用的存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是Object的對(duì)象數(shù)組。
其實(shí)這也不能想象，我們知道ArrayList是支持隨機(jī)存取的類(lèi)似于數(shù)組，所以自然不可能是鏈表結(jié)構(gòu)。
/**
* The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.
* The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. Any
* empty ArrayList with elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
* will be expanded to DEFAULT_CAPACITY when the first element is added.
*/
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
我想大家一定對(duì)這里出現(xiàn)的transient關(guān)鍵字很疑惑，我們都知道ArrayList對(duì)象是可序列化的，但這里為什么要用transient關(guān)鍵字修飾它呢？查看源碼，我們發(fā)現(xiàn)ArrayList實(shí)現(xiàn)了自己的readObject和writeObject方法，所以這保證了ArrayList的可序列化。具體序列化的知識(shí)我們?cè)诖瞬贿^(guò)多贅述。有興趣的讀者可以參考筆者關(guān)于序列化的文章。
ArrayList的初始化
ArrayList提供了三個(gè)構(gòu)造函數(shù)。下面我們依次來(lái)分析
- public ArrayList(int initialCapacity) 當(dāng)我們初始化的時(shí)候，給ArrayList指定一個(gè)初始化大小的時(shí)候，就會(huì)調(diào)用這個(gè)構(gòu)造方法。
List<String> myList = new ArrayList<String>(7);
源碼中這個(gè)方法的實(shí)現(xiàn)如下
/**
* Constructs an empty list with the specified initial capacity.
*
* @param initialCapacity the initial capacity of the list
* @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity
* is negative
*/
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);
}
}
這里的EMPTY_ELEMENTDATA 實(shí)際上就是一個(gè)共享的空的Object數(shù)組對(duì)象。
/**
* Shared empty array instance used for empty instances.
*/
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
上述代碼很容易理解，如果用戶(hù)指定的初始化容量大于0，就new一個(gè)相應(yīng)大小的數(shù)組，如果指定的大小為0，就復(fù)制為共享的那個(gè)空的Object數(shù)組對(duì)象。如果小于0，就直接拋出異常。
- public ArrayList() 默認(rèn)的空的構(gòu)造函數(shù)。
我們一般會(huì)這么使用
myList = new ArrayList();
源碼中的實(shí)現(xiàn)是
/**
* Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
*/
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
其中DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 定義為
/**
* Shared empty array instance used for default sized empty instances. We
* distinguish this from EMPTY_ELEMENTDATA to know how much to inflate when
* first element is added.
*/
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
注釋中解釋的很清楚，就是說(shuō)剛初始化的時(shí)候，會(huì)是一個(gè)共享的類(lèi)變量，也就是一個(gè)Object空數(shù)組，當(dāng)?shù)谝淮蝍dd的時(shí)候，這個(gè)數(shù)組就會(huì)被初始化一個(gè)大小為10的數(shù)組。
- public ArrayList(Collection<? extends E> c) 如果我們想要初始化一個(gè)list，這個(gè)list包含另外一個(gè)特定的collection的元素，那么我們就可以調(diào)用這個(gè)構(gòu)造函數(shù)。
我們通常會(huì)這么使用
Set<Integer> set = new HashSet<>();
set.add(1);
set.add(2);
set.add(3);
set.add(4);
ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>(set);
源碼中是這么實(shí)現(xiàn)的
/**
* Constructs a list containing the elements of the specified
* collection, in the order they are returned by the collection's
* iterator.
*
* @param c the collection whose elements are to be placed into this list
* @throws NullPointerException if the specified collection is null
*/
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
if ((size = elementData.length) != 0) {
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// replace with empty array.
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
首先調(diào)用給定的collection的toArray方法將其轉(zhuǎn)換成一個(gè)Array。
然后根據(jù)這個(gè)array的大小進(jìn)行判斷，如果不為0，就調(diào)用Arrays的copyOf的方法，復(fù)制到Object數(shù)組中，完成初始化，如果為0，就直接初始化為空的Object數(shù)組。
ArrayList是如何動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)
當(dāng)我們像一個(gè)ArrayList中添加數(shù)組的時(shí)候，首先會(huì)先檢查數(shù)組中是不是有足夠的空間來(lái)存儲(chǔ)這個(gè)新添加的元素。如果有的話，那就什么都不用做，直接添加。如果空間不夠用了，那么就根據(jù)原始的容量增加原始容量的一半。
源碼中是如此實(shí)現(xiàn)的：
/**
* Appends the specified element to the end of this list.
*
* @param e element to be appended to this list
* @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add})
*/
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
ensureCapacityInternal的實(shí)現(xiàn)如下：
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
DEFAULT_CAPACITY為：
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
這也就實(shí)現(xiàn)了當(dāng)我們不指定初始化大小的時(shí)候，添加第一個(gè)元素的時(shí)候，數(shù)組會(huì)擴(kuò)容為10.
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
這個(gè)函數(shù)判斷是否需要擴(kuò)容，如果需要就調(diào)用grow方法擴(kuò)容
/**
* Increases the capacity to ensure that it can hold at least the
* number of elements specified by the minimum capacity argument.
*
* @param minCapacity the desired minimum capacity
*/
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);
}
我們可以看到grow方法將數(shù)組擴(kuò)容為原數(shù)組的1.5倍，調(diào)用的是Arrays.copy
方法。
在jdk6及之前的版本中，采用的還不是右移的方法
int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;
現(xiàn)在已經(jīng)優(yōu)化成右移了。
ArrayList如何實(shí)現(xiàn)元素的移除
我們移除元素的時(shí)候，有兩種方法，一是指定下標(biāo)，二是指定對(duì)象
list.remove(3);//index
list.remove("aaa");//object
下面先來(lái)分析第一種，也就是
- public E remove(int index)
源碼中是如此實(shí)現(xiàn)的
/**
* Removes the element at the specified position in this list.
* Shifts any subsequent elements to the left (subtracts one from their
* indices).
*
* @param index the index of the element to be removed
* @return the element that was removed from the list
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
*/
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;
}
對(duì)于數(shù)組的元素刪除算法我們應(yīng)該很熟悉，刪除一個(gè)數(shù)組元素，我們需要將這個(gè)元素后面的元素全部向前移動(dòng)，并將size減1.
我們看到源碼中，首先檢查下標(biāo)是否在可用范圍內(nèi)。然后調(diào)用System.arrayCopy方法將右邊的數(shù)組向左移動(dòng)，并且將size減一，并置為null。
- public boolean remove(Object o)
源碼中實(shí)現(xiàn)如下：
/**
* Removes the first occurrence of the specified element from this list,
* if it is present. If the list does not contain the element, it is
* unchanged. More formally, removes the element with the lowest index
* <tt>i</tt> such that
* <tt>(o==null ? get(i)==null : o.equals(get(i)))</tt>
* (if such an element exists). Returns <tt>true</tt> if this list
* contained the specified element (or equivalently, if this list
* changed as a result of the call).
*
* @param o element to be removed from this list, if present
* @return <tt>true</tt> if this list contained the specified element
*/
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;
}
我們可以看到，這個(gè)remove方法會(huì)移除數(shù)組中第一個(gè)符合的給定對(duì)象，如果不存在就什么也不做，如果存在多個(gè)只移除第一個(gè)。
fastRemove方法如下
/**
* Removes the first occurrence of the specified element from this list,
* if it is present. If the list does not contain the element, it is
* unchanged. More formally, removes the element with the lowest index
* <tt>i</tt> such that
* <tt>(o==null ? get(i)==null : o.equals(get(i)))</tt>
* (if such an element exists). Returns <tt>true</tt> if this list
* contained the specified element (or equivalently, if this list
* changed as a result of the call).
*
* @param o element to be removed from this list, if present
* @return <tt>true</tt> if this list contained the specified element
*/
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;
}
可以理解為簡(jiǎn)化版的remove（index）方法。
ArrayList小結(jié)
ArrayList是List接口的一個(gè)可變大小的數(shù)組的實(shí)現(xiàn)
ArrayList的內(nèi)部是使用一個(gè)Object對(duì)象數(shù)組來(lái)存儲(chǔ)元素的
初始化ArrayList的時(shí)候，可以指定初始化容量的大小，如果不指定，就會(huì)使用默認(rèn)大小，為10
當(dāng)添加一個(gè)新元素的時(shí)候，首先會(huì)檢查容量是否足夠添加這個(gè)元素，如果夠就直接添加，如果不夠就進(jìn)行擴(kuò)容，擴(kuò)容為原數(shù)組容量的1.5倍
當(dāng)刪除一個(gè)元素的時(shí)候，會(huì)將數(shù)組右邊的元素全部左移
