Java Collection ArrayList

ArrayList是实现List接口的动态数组.实现了所有的list的操作,可以操作所有的元素,包括null值。除了实现List这个接口,ArrayList还提供方法去操作array的长度.这个特性被用来储存这个list.ArrayList和Vector差不多,除了它不是同步的.

在ArrayList中size, isEmpty, get, set, iterator, 和 listIterator这些操作是常数时间复杂度.add操作运行在常数的时间复杂度就是添加n个元素需要O(n)次数。所有的其它操作也是线性的时间复杂度.这个常量与LinkedList相比是低的。

每一个ArrayList实例都有一个capacity。这个capacity是这个array的长度用来储存这个list当中的元素。当ArrayList中被添加一个元素的时候,如果超过了限制capacity会自动增长的.

注意:这种List的实现不是synchronized的。如果多个线程访问一个ArrayList实现,并且至少其中一个线程改变这个线程的结构.它必须synchronized.(结构修改包含很多操作,比如说:添加或者删除一个或者多个元素,或者resize这个ArrayList中数组的大小.只是set其它一个元素的值不是改变它的结构)。一种典型的方法就是把这个ArrayList包装一下,可以使用Collections.synchronizedList方法来包装ArrayList。这是最好的方法在创建这个对象的时候,这样可以防止操作这个list会出现不同步的情况.

List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList(...));

下面我们来分析一下ArrayList中的继承关系与源码:

1、类结构

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

由上面我们可以看到:

1. ArrayList可以看出它是支持泛型的，它继承自AbstractList，实现了List、RandomAccess、Cloneable、Java.io.Serializable接口.

2. AbstractList提供了List接口的默认实现（个别方法为抽象方法）。

3. List接口定义了列表必须实现的方法。

4. RandomAccess是一个标记接口，接口内没有定义任何内容。

5. 实现了Cloneable接口的类，可以调用Object.clone方法返回该对象的浅拷贝。

6. 通过实现 java.io.Serializable 接口以启用其序列化功能。未实现此接口的类将无法使其任何状态序列化或反序列化。序列化接口没有方法或字段，仅用于标识可序列化的语义。

2、类属性

/**
* 默认的初始化capacity.
*/
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

/**
* 共享的array的空实例用于ArrayList的空实例
*/
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

/**
* 这个array用来存储ArrayList的元素.
* ArrayList的capacity是这个array的长度.
* elementData == EMPTY_ELEMENTDATA将会暴露给当使用DEFAULT_CAPACITY且第一次添加元素的时候
*/
private transient Object[] elementData;

/**
* 这个ArrayList的长度(包含的元素个数).
*
* @serial
*/
private int size;

/** ArrayList实例被修改的次数 */
protected transient int modCount = 0;

3、add – 添加元素

上面我们只是粗浅的认识了一下ArrayList的类继承关系与内部属性，下面我们来看看其中的方法.其中最重要的就是add方法.这个方法是把添加的元素追加到list实例的end.下面是内部方法的调用图.先有一个大体的印象.



1) add

public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}

add，先确认这个方法这个list的capacity，然后再添加这个元素。

2) ensureCapacityInternal

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
// 如果这个数据是空数组就设置list最小的capactity
if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}

// 确定明显的capacity
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}

3) ensureExplicitCapacity

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
// 修改次数加1
modCount++;

// 如果最小的capacity比这个list最大储存长度还大扩容
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}

4) grow

private void grow(int minCapacity) {
// 数组之前的长度
int oldCapacity = elementData.length;
// 新长度为之前长度的1.5倍
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// 数组copy
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

由上面我们可以看出ArrayList可以帮我们动态的扩容数组.但是如果我们知道我们需要添加数据的个数我们可以通过调用ArrayList的下面构造方法来指定list的储存能力.

public ArrayList(int initialCapacity) {
super();
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
this.elementData = new Object[initialCapacity];
}

4、remove(int index) – 以下标删除元素(有返回值)

下面我们再来看一看remove方法.

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;
}

这里还是用到了System.arraycopy()来进行元素删除.并且返回这个元素。

5、fastRemove – 以下标删除元素(无返回值)

我们可以看到这个方法是私有的.看这个方法，主要是为ArrayList的删除元素做准备.

private void fastRemove(int index) {
modCount++;
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
// 把数组index + 1的元素全部copy到index的位置(相当于删除index位置的元素)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
}

fastRemove方法和remove方法差不多，只是fastRemove方法没有返回值.而remove(int index)方法返回被删除的对象。

6、remove(Object o) – 删除list中的对象

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;
}

这里删除ArrayList中的元素,是遍历删除(list允许对象重复).然后调用上面分析的fastRemove方法进行元素删除。

7、indexOf(Object) – 查看对象在list第一次出现的位置

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;
}

这个方法是遍历ArrayList，返回找到的第一个与这个对象equals的index.如果没有就返回-1.

当然这里并没有分析ArrayList的全部方法。只分析了其中几个比较关键的方法。抛专引玉，大家可以自行去看ArrayList的源码。