概要
上一章，我們學(xué)習(xí)了Collection的架構(gòu)。這一章開始，我們對(duì)Collection的具體實(shí)現(xiàn)類進(jìn)行講解；首先，講解List，而List中ArrayList又最為常用。因此，本章我們講解ArrayList。先對(duì)ArrayList有個(gè)整體認(rèn)識(shí)，再學(xué)習(xí)它的源碼，最后再通過例子來學(xué)習(xí)如何使用它。
第1部分 ArrayList介紹
ArrayList簡介
ArrayList 是一個(gè)數(shù)組隊(duì)列，相當(dāng)于 動(dòng)態(tài)數(shù)組。與Java中的數(shù)組相比，它的容量能動(dòng)態(tài)增長。它繼承于AbstractList，實(shí)現(xiàn)了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable這些接口。
ArrayList 繼承了AbstractList，實(shí)現(xiàn)了List。它是一個(gè)數(shù)組隊(duì)列，提供了相關(guān)的添加、刪除、修改、遍歷等功能。
ArrayList 實(shí)現(xiàn)了RandmoAccess接口，即提供了隨機(jī)訪問功能。RandmoAccess是java中用來被List實(shí)現(xiàn)，為List提供快速訪問功能的。在ArrayList中，我們即可以通過元素的序號(hào)快速獲取元素對(duì)象；這就是快速隨機(jī)訪問。稍后，我們會(huì)比較List的“快速隨機(jī)訪問”和“通過Iterator迭代器訪問”的效率。
ArrayList 實(shí)現(xiàn)了Cloneable接口，即覆蓋了函數(shù)clone()，能被克隆。
ArrayList 實(shí)現(xiàn)java.io.Serializable接口，這意味著ArrayList支持序列化，能通過序列化去傳輸。
和Vector不同，ArrayList中的操作不是線程安全的！所以，建議在單線程中才使用ArrayList，而在多線程中可以選擇Vector或者CopyOnWriteArrayList。
ArrayList構(gòu)造函數(shù)
// 默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)
ArrayList()
// capacity是ArrayList的默認(rèn)容量大小。當(dāng)由于增加數(shù)據(jù)導(dǎo)致容量不足時(shí)，容量會(huì)添加上一次容量大小的一半。
ArrayList(int capacity)
// 創(chuàng)建一個(gè)包含collection的ArrayList
ArrayList(Collection<? extends E> collection)
ArrayList的API
// Collection中定義的API
boolean add(E object)
boolean addAll(Collection<? extends E> collection)
void clear()
boolean contains(Object object)
boolean containsAll(Collection<?> collection)
boolean equals(Object object)
int hashCode()
boolean isEmpty()
Iterator<E> iterator()
boolean remove(Object object)
boolean removeAll(Collection<?> collection)
boolean retainAll(Collection<?> collection)
int size()
<T> T[] toArray(T[] array)
Object[] toArray()
// AbstractCollection中定義的API
void add(int location, E object)
boolean addAll(int location, Collection<? extends E> collection)
E get(int location)
int indexOf(Object object)
int lastIndexOf(Object object)
ListIterator<E> listIterator(int location)
ListIterator<E> listIterator()
E remove(int location)
E set(int location, E object)
List<E> subList(int start, int end)
// ArrayList新增的API
Object clone()
void ensureCapacity(int minimumCapacity)
void trimToSize()
void removeRange(int fromIndex, int toIndex)
第2部分 ArrayList數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
ArrayList的繼承關(guān)系
java.lang.Object
? java.util.AbstractCollection<E>
? java.util.AbstractList<E>
? java.util.ArrayList<E>
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {}
ArrayList與Collection關(guān)系如下圖：
這里寫圖片描述
ArrayList包含了兩個(gè)重要的對(duì)象：
elementData 和 size。
(01) elementData 是"Object[]類型的數(shù)組"，它保存了添加到ArrayList中的元素。實(shí)際上，elementData是個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)組，我們能通過構(gòu)造函數(shù) ArrayList(int initialCapacity)來執(zhí)行它的初始容量為initialCapacity；如果通過不含參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)ArrayList()來創(chuàng)建ArrayList，則elementData的容量默認(rèn)是10。elementData數(shù)組的大小會(huì)根據(jù)ArrayList容量的增長而動(dòng)態(tài)的增長，具體的增長方式，請(qǐng)參考源碼分析中的ensureCapacity()函數(shù)。
(02) size 則是動(dòng)態(tài)數(shù)組的實(shí)際大小。
第3部分 ArrayList源碼解析(基于JDK1.6.0_45)
為了更了解ArrayList的原理，下面對(duì)ArrayList源碼代碼作出分析。ArrayList是通過數(shù)組實(shí)現(xiàn)的，源碼比較容易理解。
package java.util;
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
// 序列版本號(hào)
private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
// 保存ArrayList中數(shù)據(jù)的數(shù)組
private transient Object[] elementData;
// ArrayList中實(shí)際數(shù)據(jù)的數(shù)量
private int size;
// ArrayList帶容量大小的構(gòu)造函數(shù)。
public ArrayList(int initialCapacity) {
super();
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
// 新建一個(gè)數(shù)組
this.elementData = new Object[initialCapacity];
}
// ArrayList構(gòu)造函數(shù)。默認(rèn)容量是10。
public ArrayList() {
this(10);
}
// 創(chuàng)建一個(gè)包含collection的ArrayList
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
size = elementData.length;
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
}
// 將當(dāng)前容量值設(shè)為 =實(shí)際元素個(gè)數(shù)
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(dāng)前的全部元素，設(shè)置 新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
// 將“修改統(tǒng)計(jì)數(shù)”+1
modCount++;
int oldCapacity = elementData.length;
// 若當(dāng)前容量不足以容納當(dāng)前的元素個(gè)數(shù)，設(shè)置 新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”
if (minCapacity > oldCapacity) {
Object oldData[] = elementData;
int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;
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(shí)際大小
public int size() {
return size;
}
// 返回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(shù)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(shù)組
public Object[] toArray() {
return Arrays.copyOf(elementData, size);
}
// 返回ArrayList的模板數(shù)組。所謂模板數(shù)組，即可以將T設(shè)為任意的數(shù)據(jù)類型
public <T> T[] toArray(T[] a) {
// 若數(shù)組a的大小 < ArrayList的元素個(gè)數(shù)；
// 則新建一個(gè)T[]數(shù)組，數(shù)組大小是“ArrayList的元素個(gè)數(shù)”，并將“ArrayList”全部拷貝到新數(shù)組中
if (a.length < size)
return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());
// 若數(shù)組a的大小 >= ArrayList的元素個(gè)數(shù)；
// 則將ArrayList的全部元素都拷貝到數(shù)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(shè)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
public E remove(int index) {
RangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = (E) elementData[index];
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; // Let gc do its work
return oldValue;
}
// 刪除ArrayList的指定元素
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;
}
// 快速刪除第index個(gè)元素
private void fastRemove(int index) {
modCount++;
int numMoved = size - index - 1;
// 從"index+1"開始，用后面的元素替換前面的元素。
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
// 將最后一個(gè)元素設(shè)為null
elementData[--size] = null; // Let gc do its work
}
// 刪除元素
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementData[index] == null) {
fastRemove(index);
return true;
}
} else {
// 便利ArrayList，找到“元素o”，則刪除，并返回true。
for (int index = 0; index < size; index++)
if (o.equals(elementData[index])) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}
// 清空ArrayList，將全部的元素設(shè)為null
public void clear() {
modCount++;
for (int i = 0; i < size; i++)
elementData[i] = null;
size = 0;
}
// 將集合c追加到ArrayList中
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacity(size + numNew); // Increments modCount
System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
// 從index位置開始，將集合c添加到ArrayList
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
if (index > size || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException(
"Index: " + index + ", Size: " + size);
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacity(size + numNew); // Increments modCount
int numMoved = size - index;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
numMoved);
System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
// 刪除fromIndex到toIndex之間的全部元素。
protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
modCount++;
int numMoved = size - toIndex;
System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,
numMoved);
// Let gc do its work
int newSize = size - (toIndex-fromIndex);
while (size != newSize)
elementData[--size] = null;
}
private void RangeCheck(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(
"Index: "+index+", Size: "+size);
}
// 克隆函數(shù)
public Object clone() {
try {
ArrayList<E> v = (ArrayList<E>) super.clone();
// 將當(dāng)前ArrayList的全部元素拷貝到v中
v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
v.modCount = 0;
return v;
} catch (CloneNotSupportedException e) {
// this shouldn't happen, since we are Cloneable
throw new InternalError();
}
}
// java.io.Serializable的寫入函數(shù)
// 將ArrayList的“容量，所有的元素值”都寫入到輸出流中
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
throws java.io.IOException{
// Write out element count, and any hidden stuff
int expectedModCount = modCount;
s.defaultWriteObject();
// 寫入“數(shù)組的容量”
s.writeInt(elementData.length);
// 寫入“數(shù)組的每一個(gè)元素”
for (int i=0; i<size; i++)
s.writeObject(elementData[i]);
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
// java.io.Serializable的讀取函數(shù)：根據(jù)寫入方式讀出
// 先將ArrayList的“容量”讀出，然后將“所有的元素值”讀出
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
// Read in size, and any hidden stuff
s.defaultReadObject();
// 從輸入流中讀取ArrayList的“容量”
int arrayLength = s.readInt();
Object[] a = elementData = new Object[arrayLength];
// 從輸入流中將“所有的元素值”讀出
for (int i=0; i<size; i++)
a[i] = s.readObject();
}
}
總結(jié)：
(01) ArrayList 實(shí)際上是通過一個(gè)數(shù)組去保存數(shù)據(jù)的。當(dāng)我們構(gòu)造ArrayList時(shí)；若使用默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)，則ArrayList的默認(rèn)容量大小是10。
(02) 當(dāng)ArrayList容量不足以容納全部元素時(shí)，ArrayList會(huì)重新設(shè)置容量：新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”。
(03) ArrayList的克隆函數(shù)，即是將全部元素克隆到一個(gè)數(shù)組中。
(04) ArrayList實(shí)現(xiàn)java.io.Serializable的方式。當(dāng)寫入到輸出流時(shí)，先寫入“容量”，再依次寫入“每一個(gè)元素”；當(dāng)讀出輸入流時(shí)，先讀取“容量”，再依次讀取“每一個(gè)元素”。
第4部分 ArrayList遍歷方式
ArrayList支持3種遍歷方式
(01) 第一種，通過迭代器遍歷。即通過Iterator去遍歷。
Integer value = null;
Iterator iter = list.iterator();
while (iter.hasNext()) {
value = (Integer)iter.next();
}
(02) 第二種，隨機(jī)訪問，通過索引值去遍歷。
由于ArrayList實(shí)現(xiàn)了RandomAccess接口，它支持通過索引值去隨機(jī)訪問元素。
Integer value = null;
int size = list.size();
for (int i=0; i<size; i++) {
value = (Integer)list.get(i);
}
(03) 第三種，for循環(huán)遍歷。如下：
Integer value = null;
for (Integer integ:list) {
value = integ;
}
下面通過一個(gè)實(shí)例，比較這3種方式的效率，實(shí)例代碼(ArrayListRandomAccessTest.java)如下：
import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;
/*
* @desc ArrayList遍歷方式和效率的測試程序。
*
* @author skywang
*/
public class ArrayListRandomAccessTest {
public static void main(String[] args) {
List list = new ArrayList();
for (int i=0; i<100000; i++)
list.add(i);
//isRandomAccessSupported(list);
iteratorThroughRandomAccess(list) ;
iteratorThroughIterator(list) ;
iteratorThroughFor2(list) ;
}
private static void isRandomAccessSupported(List list) {
if (list instanceof RandomAccess) {
System.out.println("RandomAccess implemented!");
} else {
System.out.println("RandomAccess not implemented!");
}
}
public static void iteratorThroughRandomAccess(List list) {
long startTime;
long endTime;
startTime = System.currentTimeMillis();
for (int i=0; i<list.size(); i++) {
list.get(i);
}
endTime = System.currentTimeMillis();
long interval = endTime - startTime;
System.out.println("iteratorThroughRandomAccess：" + interval+" ms");
}
public static void iteratorThroughIterator(List list) {
long startTime;
long endTime;
startTime = System.currentTimeMillis();
for(Iterator iter = list.iterator(); iter.hasNext(); ) {
iter.next();
}
endTime = System.currentTimeMillis();
long interval = endTime - startTime;
System.out.println("iteratorThroughIterator：" + interval+" ms");
}
public static void iteratorThroughFor2(List list) {
long startTime;
long endTime;
startTime = System.currentTimeMillis();
for(Object obj:list)
;
endTime = System.currentTimeMillis();
long interval = endTime - startTime;
System.out.println("iteratorThroughFor2：" + interval+" ms");
}
}
運(yùn)行結(jié)果：
iteratorThroughRandomAccess：3 ms
iteratorThroughIterator：8 ms
iteratorThroughFor2：5 ms
由此可見，遍歷ArrayList時(shí)，使用隨機(jī)訪問(即，通過索引序號(hào)訪問)效率最高，而使用迭代器的效率最低！
第5部分 toArray()異常
當(dāng)我們調(diào)用ArrayList中的 toArray()，可能遇到過拋出“java.lang.ClassCastException”異常的情況。下面我們說說這是怎么回事。
ArrayList提供了2個(gè)toArray()函數(shù)：
Object[] toArray()
<T> T[] toArray(T[] contents)
調(diào)用 toArray() 函數(shù)會(huì)拋出“java.lang.ClassCastException”異常，但是調(diào)用 toArray(T[] contents) 能正常返回 T[]。
toArray() 會(huì)拋出異常是因?yàn)?toArray() 返回的是 Object[] 數(shù)組，將 Object[] 轉(zhuǎn)換為其它類型(如如，將Object[]轉(zhuǎn)換為的Integer[])則會(huì)拋出“java.lang.ClassCastException”異常，因?yàn)?strong>Java不支持向下轉(zhuǎn)型。具體的可以參考前面ArrayList.java的源碼介紹部分的toArray()。
解決該問題的辦法是調(diào)用 <T> T[] toArray(T[] contents) ， 而不是 Object[] toArray()。
調(diào)用 toArray(T[] contents) 返回T[]的可以通過以下幾種方式實(shí)現(xiàn)。
// toArray(T[] contents)調(diào)用方式一
public static Integer[] vectorToArray1(ArrayList<Integer> v) {
Integer[] newText = new Integer[v.size()];
v.toArray(newText);
return newText;
}
// toArray(T[] contents)調(diào)用方式二。最常用！
public static Integer[] vectorToArray2(ArrayList<Integer> v) {
Integer[] newText = (Integer[])v.toArray(new Integer[0]);
return newText;
}
// toArray(T[] contents)調(diào)用方式三
public static Integer[] vectorToArray3(ArrayList<Integer> v) {
Integer[] newText = new Integer[v.size()];
Integer[] newStrings = (Integer[])v.toArray(newText);
return newStrings;
}
第6部分 ArrayList示例
本文通過一個(gè)實(shí)例(ArrayListTest.java)，介紹 ArrayList 中常用API的用法。
import java.util.*;
/*
* @desc ArrayList常用API的測試程序
* @author skywang
* @email kuiwu-wang@163.com
*/
public class ArrayListTest {
public static void main(String[] args) {
// 創(chuàng)建ArrayList
ArrayList list = new ArrayList();
// 將“”
list.add("1");
list.add("2");
list.add("3");
list.add("4");
// 將下面的元素添加到第1個(gè)位置
list.add(0, "5");
// 獲取第1個(gè)元素
System.out.println("the first element is: "+ list.get(0));
// 刪除“3”
list.remove("3");
// 獲取ArrayList的大小
System.out.println("Arraylist size=: "+ list.size());
// 判斷l(xiāng)ist中是否包含"3"
System.out.println("ArrayList contains 3 is: "+ list.contains(3));
// 設(shè)置第2個(gè)元素為10
list.set(1, "10");
// 通過Iterator遍歷ArrayList
for(Iterator iter = list.iterator(); iter.hasNext(); ) {
System.out.println("next is: "+ iter.next());
}
// 將ArrayList轉(zhuǎn)換為數(shù)組
String[] arr = (String[])list.toArray(new String[0]);
for (String str:arr)
System.out.println("str: "+ str);
// 清空ArrayList
list.clear();
// 判斷ArrayList是否為空
System.out.println("ArrayList is empty: "+ list.isEmpty());
}
}
運(yùn)行結(jié)果：
the first element is: 5
Arraylist size=: 4
ArrayList contains 3 is: false
next is: 5
next is: 10
next is: 2
next is: 4
str: 5
str: 10
str: 2
str: 4
ArrayList is empty: true
出處：http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3308513.html
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