JAVA ArrayList详细介绍(示例)

JAVA ArrayList详细介绍(示例)

作者： 字体：[增加 减小] 类型：转载 时间：2013-11-05 我要评论

本文对JAVA ArrayList做了详细介绍，文中学到了ArrayList源码解析、ArrayList遍历方式、toArray()异常，最后给出了ArrayList示例。

第1部分 ArrayList介绍
ArrayList 是一个数组队列，相当于 动态数组。与Java中的数组相比，它的容量能动态增长。它继承于AbstractList，实现了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable这些接口。

ArrayList 继承了AbstractList，实现了List。它是一个数组队列，提供了相关的添加、删除、修改、遍历等功能。

ArrayList 实现了RandmoAccess接口，即提供了随机访问功能。RandmoAccess是java中用来被List实现，为List提供快速访问功能的。在ArrayList中，我们即可以通过元素的序号快速获取元素对象；这就是快速随机访问。稍后，我们会比较List的“快速随机访问”和“通过Iterator迭代器访问”的效率。

ArrayList 实现了Cloneable接口，即覆盖了函数clone()，能被克隆。

ArrayList 实现java.io.Serializable接口，这意味着ArrayList支持序列化，能通过序列化去传输。

和Vector不同，ArrayList中的操作不是线程安全的。所以，建议在单线程中才使用ArrayList，而在多线程中可以选择Vector或者CopyOnWriteArrayList。

ArrayList的继承关系



ArrayList与Collection关系如下图：



ArrayList构造函数


复制代码代码如下:

// 默认构造函数

ArrayList()

// capacity是ArrayList的默认容量大小。当由于增加数据导致容量不足时，容量会添加上一次容量大小的一半。

ArrayList(int capacity)

// 创建一个包含collection的ArrayList

ArrayList(Collection<? extends E> collection)

ArrayList的API

复制代码代码如下:

// Collection中定义的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中定义的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源码解析
为了更了解ArrayList的原理，下面对ArrayList源码代码作出分析。ArrayList是通过数组实现的，源码比较容易理解。 

复制代码代码如下:

package java.util;

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>

        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

{

    // 序列版本号

    private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;

    // 保存ArrayList中数据的数组

    private transient Object[] elementData;

    // ArrayList中实际数据的数量

    private int size;

    // ArrayList带容量大小的构造函数。

    public ArrayList(int initialCapacity) {

        super();

        if (initialCapacity < 0)

            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+

                                               initialCapacity);

        // 新建一个数组

        this.elementData = new Object[initialCapacity];

    }

    // ArrayList构造函数。默认容量是10。

    public ArrayList() {

        this(10);

    }

    // 创建一个包含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);

    }

    // 将当前容量值设为 =实际元素个数

    public void trimToSize() {

        modCount++;

        int oldCapacity = elementData.length;

        if (size < oldCapacity) {

            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);

        }

    }

    // 确定ArrarList的容量。

    // 若ArrayList的容量不足以容纳当前的全部元素，设置 新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”

    public void ensureCapacity(int minCapacity) {

        // 将“修改统计数”+1

        modCount++;

        int oldCapacity = elementData.length;

        // 若当前容量不足以容纳当前的元素个数，设置 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) {

        // 确定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的实际大小

    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是否为空

    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(从数组末尾向开始查找)，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数组

    public Object[] toArray() {

        return Arrays.copyOf(elementData, size);

    }

    // 返回ArrayList的模板数组。所谓模板数组，即可以将T设为任意的数据类型

    public <T> T[] toArray(T[] a) {

        // 若数组a的大小 < ArrayList的元素个数；

        // 则新建一个T[]数组，数组大小是“ArrayList的元素个数”，并将“ArrayList”全部拷贝到新数组中

        if (a.length < size)

            return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());

        // 若数组a的大小 >= ArrayList的元素个数；

        // 则将ArrayList的全部元素都拷贝到数组a中。

        System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);

        if (a.length > size)

            a[size] = null;

        return a;

    }

    // 获取index位置的元素值

    public E get(int index) {

        RangeCheck(index);

        return (E) elementData[index];

    }

    // 设置index位置的值为element

    public E set(int index, E element) {

        RangeCheck(index);

        E oldValue = (E) elementData[index];

        elementData[index] = element;

        return oldValue;

    }

    // 将e添加到ArrayList中

    public boolean add(E e) {

        ensureCapacity(size + 1);  // Increments modCount!!

        elementData[size++] = e;

        return true;

    }

    // 将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++;

    }

    // 删除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;

    }

    // 删除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;

    }

    // 快速删除第index个元素

    private void fastRemove(int index) {

        modCount++;

        int numMoved = size - index - 1;

        // 从"index+1"开始，用后面的元素替换前面的元素。

        if (numMoved > 0)

            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,

                             numMoved);

        // 将最后一个元素设为null

        elementData[--size] = null; // Let gc do its work

    }

    // 删除元素

    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”，则删除，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，将全部的元素设为null

    public void clear() {

        modCount++;

        for (int i = 0; i < size; i++)

            elementData[i] = null;

        size = 0;

    }

    // 将集合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;

    }

    // 从index位置开始，将集合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;

    }

    // 删除fromIndex到toIndex之间的全部元素。

    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);

    }

    // 克隆函数

    public Object clone() {

        try {

            ArrayList<E> v = (ArrayList<E>) super.clone();

            // 将当前ArrayList的全部元素拷贝到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的写入函数

    // 将ArrayList的“容量，所有的元素值”都写入到输出流中

    private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)

        throws java.io.IOException{

    // Write out element count, and any hidden stuff

    int expectedModCount = modCount;

    s.defaultWriteObject();

        // 写入“数组的容量”

        s.writeInt(elementData.length);

    // 写入“数组的每一个元素”

    for (int i=0; i<size; i++)

            s.writeObject(elementData[i]);

    if (modCount != expectedModCount) {

            throw new ConcurrentModificationException();

        }

    }

    // java.io.Serializable的读取函数：根据写入方式读出

    // 先将ArrayList的“容量”读出，然后将“所有的元素值”读出

    private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)

        throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {

        // Read in size, and any hidden stuff

        s.defaultReadObject();

        // 从输入流中读取ArrayList的“容量”

        int arrayLength = s.readInt();

        Object[] a = elementData = new Object[arrayLength];

        // 从输入流中将“所有的元素值”读出

        for (int i=0; i<size; i++)

            a[i] = s.readObject();

    }

}

总结：

(01) ArrayList 实际上是通过一个数组去保存数据的。当我们构造ArrayList时；若使用默认构造函数，则ArrayList的默认容量大小是10。

(02) 当ArrayList容量不足以容纳全部元素时，ArrayList会重新设置容量：新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”。

(03) ArrayList的克隆函数，即是将全部元素克隆到一个数组中。

(04) ArrayList实现java.io.Serializable的方式。当写入到输出流时，先写入“容量”，再依次写入“每一个元素”；当读出输入流时，先读取“容量”，再依次读取“每一个元素”。

 
第3部分 ArrayList遍历方式
ArrayList支持3种遍历方式

(01) 第一种，通过迭代器遍历。即通过Iterator去遍历。

复制代码代码如下:

Integer value = null;

Iterator iter = list.iterator();

while (iter.hasNext()) {

    value = (Integer)iter.next();

}

(02) 第二种，随机访问，通过索引值去遍历。

由于ArrayList实现了RandomAccess接口，它支持通过索引值去随机访问元素。

复制代码代码如下:

Integer value = null;

int size = list.size();

for (int i=0; i<size; i++) {

    value = (Integer)list.get(i);        

}

(03) 第三种，for循环遍历。如下：

复制代码代码如下:

Integer value = null;

for (Integer integ:list) {

    value = integ;

}

 

下面通过一个实例，比较这3种方式的效率，实例代码(ArrayListRandomAccessTest.java)如下：

复制代码代码如下:

import java.util.*;

import java.util.concurrent.*;

/*

 * @desc ArrayList遍历方式和效率的测试程序。

 *

 * @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");

    }

}

运行结果：

iteratorThroughRandomAccess：3 ms

iteratorThroughIterator：8 ms

iteratorThroughFor2：5 ms

由此可见，遍历ArrayList时，使用随机访问(即，通过索引序号访问)效率最高，而使用迭代器的效率最低！

 
第4部分 toArray()异常
当我们调用ArrayList中的 toArray()，可能遇到过抛出“java.lang.ClassCastException”异常的情况。下面我们说说这是怎么回事。

ArrayList提供了2个toArray()函数：

Object[] toArray()

<T> T[] toArray(T[] contents)

调用 toArray() 函数会抛出“java.lang.ClassCastException”异常，但是调用 toArray(T[] contents) 能正常返回 T[]。

toArray() 会抛出异常是因为 toArray() 返回的是 Object[] 数组，将 Object[] 转换为其它类型(如如，将Object[]转换为的Integer[])则会抛出“java.lang.ClassCastException”异常，因为Java不支持向下转型。具体的可以参考前面ArrayList.java的源码介绍部分的toArray()。

解决该问题的办法是调用 <T> T[] toArray(T[] contents) ， 而不是 Object[] toArray()。

调用 toArray(T[] contents) 返回T[]的可以通过以下几种方式实现。

复制代码代码如下:

// toArray(T[] contents)调用方式一

public static Integer[] vectorToArray1(ArrayList<Integer> v) {

    Integer[] newText = new Integer[v.size()];

    v.toArray(newText);

    return newText;

}

// toArray(T[] contents)调用方式二。最常用！

public static Integer[] vectorToArray2(ArrayList<Integer> v) {

    Integer[] newText = (Integer[])v.toArray(new Integer[0]);

    return newText;

}

// toArray(T[] contents)调用方式三

public static Integer[] vectorToArray3(ArrayList<Integer> v) {

    Integer[] newText = new Integer[v.size()];

    Integer[] newStrings = (Integer[])v.toArray(newText);

    return newStrings;

}

 
第5部分 ArrayList示例
本文通过一个实例(ArrayListTest.java)，介绍 ArrayList 的常用API。 

复制代码代码如下:

import java.util.*;

/*

 * @desc ArrayList常用API的测试程序

 * @author skywang 

 * @email kuiwu-wang@163.com

 */

public class ArrayListTest {

    public static void main(String[] args) {

        // 创建ArrayList

        ArrayList list = new ArrayList();

        // 将“”

        list.add("1");

        list.add("2");

        list.add("3");

        list.add("4");

        // 将下面的元素添加到第1个位置

        list.add(0, "5");

        // 获取第1个元素

        System.out.println("the first element is: "+ list.get(0));

        // 删除“3”

        list.remove("3");

        // 获取ArrayList的大小

        System.out.println("Arraylist size=: "+ list.size());

        // 判断list中是否包含"3"

        System.out.println("ArrayList contains 3 is: "+ list.contains(3));

        // 设置第2个元素为10

        list.set(1, "10");

        // 通过Iterator遍历ArrayList

        for(Iterator iter = list.iterator(); iter.hasNext(); ) {

            System.out.println("next is: "+ iter.next());

        }

        // 将ArrayList转换为数组

        String[] arr = (String[])list.toArray(new String[0]);

        for (String str:arr)

            System.out.println("str: "+ str);

        // 清空ArrayList

        list.clear();

        // 判断ArrayList是否为空

        System.out.println("ArrayList is empty: "+ list.isEmpty());

    }

}