ArrayList源码解析

ArrayList概念标记接口RandomAccessCloneable（Object.clone）浅拷贝深拷贝 java.io.Serializable 源码解析构造函数：扩容添加元素删除元素迭代器：fast-fail快速失败机制Array.asList什么是fail-fast？Vector

ArrayList

概念

数组就是由一块连续的内存组成的数据结构 添加如下：

缺点：

大小固定，不能动态拓展。插入和删除的效率比较慢，假如我们在数组的非尾部插入或删除一个数据，那么就要移动之后的所有数据，这就会带来一定的性能开销，删除的过程如下图所示：

标记接口

先看源码:

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

实现了三个标记接口：RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

RandomAccess

支持随机访问（基于下标）,为了能够更好地判断集合是ArrayList还是LinkedList，从而能够更好选择更优的遍历方式，提高性能！直接get(i)，时间复杂度为O(1)

Cloneable（Object.clone）

支持拷贝：实现Cloneable接口，重写clone方法、方法内容默认调用父类的clone方法。

浅拷贝

基础类型的变量拷贝之后是独立的，不会随着源变量变动而变 String类型拷贝之后也是独立的（final） 引用类型拷贝的是引用地址，拷贝前后的变量引用同一个堆中的对象 public Object clone() throws CloneNotSupportedException { Study s = (Study) super.clone(); return s; }

其实就是java传值：基本类型传值和引用类型传值

深拷贝

变量的所有引用类型变量（除了String）都需要实现Cloneable（数组可以直接调用clone方法），clone方法中，引用类型需要各 自调用clone，重新赋值

public Object clone() throws CloneNotSupportedException { Study s = (Study) super.clone(); s.setScore(this.score.clone()); return s; }

java的传参，基本类型和引用类型传参 java在方法传递参数时，是将变量复制一份，然后传入方法体去执行。复制的是栈中的内容 所以基本类型是复制的变量名和值，值变了不影响源变量 引用类型复制的是变量名和值（引用地址），对象变了，会影响源变量（引用地址是一样的） String：是不可变对象，重新赋值时，会在常量表新生成字符串（如果已有，直接取他的引用地址），将新字符串的引用地址赋值给栈中的新变量，因此源变量不会受影响

java.io.Serializable

序列化 反序列化：检查serialVersionUID

源码解析

//初始容量 private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; //空对象，接受对象 private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {}; private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; // transient 关键字：JDK里面的序列化 // arrayList真正存放元素的地方，长度大于等于size transient Object[] elementData; private int size;

构造函数：

//无参构造器，构造一个容量大小为 10 的空的 list 集合，但构造函数只是给 elementData //赋值了一个空的数组，其实是在第一次添加元素时容量扩大至 10 的。 public ArrayList() { this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA; } //当使用无参构造函数时是把 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 赋值给 elementData。 //当 initialCapacity 为零时则是把 EMPTY_ELEMENTDATA 赋值给 elementData。 // 当 initialCapacity 大于零时初始化一个大小为 initialCapacity 的 object 数组并赋值给 elementData。 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); } } //将 Collection 转化为数组，数组长度赋值给 size。 //如果 size 不为零，则判断 elementData 的 class 类型是否为 ArrayList，不是的话则做一次转换。 //如果 size 为零，则把 EMPTY_ELEMENTDATA 赋值给 elementData，相当于new ArrayList(0)。 public ArrayList(Collection<? extends E> c) { Object[] a = c.toArray(); if ((size = a.length) != 0) { if (c.getClass() == ArrayList.class) { elementData = a; } else { elementData = Arrays.copyOf(a, size, Object[].class); } } else { // 指向空数组 elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; } }

扩容1.5倍，就是将老的数组拷贝一份，老数组就被回收，没有引用地址，elementData指向新的数组

扩容

private void grow(int minCapacity) { int oldCapacity = elementData.length;//获取当前数组长度 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);//默认将扩容至原来容量的 1.5 倍 if (newCapacity - minCapacity < 0)//如果1.5倍太小的话，则将我们所需的容量大小赋值给newCapacity newCapacity = minCapacity; if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)//如果1.5倍太大或者我们需要的容量太大， //那就直接拿 newCapacity = (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE 来扩容 newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); //然后将原数组中的数据复制到大小为 newCapacity 的新数组中，并将新数组赋值给 elementData。 }

添加元素

默认是尾部添加元素

//每次添加元素到集合中时都会先确认下集合容量大小。然后将 size 自增 1赋值 public boolean add(E e) { ensureCapacityInternal(size + 1); elementData[size++] = e; return true; } //判断如果 elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA //就取 DEFAULT_CAPACITY 和 minCapacity 的最大值也就是 10。 //这就是 EMPTY_ELEMENTDATA 与 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 的区别所在。 //同时也验证了上面的说法：使用无参构造函数时是在第一次添加元素时初始化容量为 10 的 private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); } ensureExplicitCapacity(minCapacity); } //对modCount自增1，记录操作次数，如果 minCapacity 大于 elementData 的长度， //则对集合进行扩容,第一次添加元素时 elementData 的长度为零 private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { modCount++; if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity); } //涉及扩容，会消耗性能，但是如果提前指定容量，会提升性能，可以达到与linkedList相当，甚至超越 public void addEffect(){ //不指定下标插入 int length = 10000000; List al = new ArrayList(length);//指定容量时 效率相当 List ll = new LinkedList(); long start5 = System.currentTimeMillis(); for(int i=0;i <length;i++){ al.add(i); } long end5 = System.currentTimeMillis(); System.out.println(end5-start5); long start6 = System.currentTimeMillis(); for(int i=0;i <length;i++){ ll.add(i); } long end6 = System.currentTimeMillis(); System.out.println(end6-start6); } //执行结果： //912 //4237

所以ArrayList一开始指定初始化容量时，插入的速度不一定会比LinkedList慢 但是 指定下标添加元素，下标越前需要移动的元素就越多，时间复杂度：O(n)

public void add(int index, E element) { rangeCheckForAdd(index);//下标越界检查 ensureCapacityInternal(size + 1); //同上 判断扩容,记录操作数 //依次复制插入位置及后面的数组元素，到后面一格，不是移动，因此复制完后， //添加的下标位置和下一个位置指向对同一个对象 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); elementData[index] = element;//再将元素赋值给该下标 size++; }

删除元素

public E remove(int index) { rangeCheck(index);//首先会检查 index 是否合法 modCount++;//操作数+1 E oldValue = elementData(index); int numMoved = size - index - 1; if (numMoved > 0)//判断要删除的元素是否是最后一个位,如果 index 不是最后一个，就从 index + 1 开始往后所有的元素都向前拷贝一份。 //然后将数组的最后一个位置空,如果 index 是最后一个元素那么就直接将数组的最后一个位置空 System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); elementData[--size] = null; //让指针最后指向空，进行垃圾回收 return oldValue; } //当我们调用 remove(Object o) 时，会把 o 分为是否为空来分别处理。然后对数组做遍历，找到第一个与 o 对应的下标 index，然后调用 fastRemove 方法，删除下标为 index 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; } //fastRemove(int index) 方法和 remove(int index) 方法基本全部相同。 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; }

迭代器：fast-fail快速失败机制

public Iterator<E> iterator() { return new Itr(); } private class Itr implements Iterator<E> { int cursor; // 代表下一个要访问的元素下标 int lastRet = -1; // 代表上一个要访问的元素下标 int expectedModCount = modCount;//代表对 ArrayList 修改次数的期望值，初始值为 modCount //如果下一个元素的下标等于集合的大小 ，就证明到最后了 public boolean hasNext() { return cursor != size; } @SuppressWarnings("unchecked") public E next() { checkForComodification();//判断expectedModCount和modCount是否相等,ConcurrentModificationException int i = cursor; if (i >= size)//对 cursor 进行判断，看是否超过集合大小和数组长度 throw new NoSuchElementException(); Object[] elementData = ArrayList.this.elementData; if (i >= elementData.length) throw new ConcurrentModificationException(); cursor = i + 1;//自增 1。开始时，cursor = 0，lastRet = -1；每调用一次next方法，cursor和lastRet都会自增1。 return (E) elementData[lastRet = i];//将cursor赋值给lastRet，并返回下标为 lastRet 的元素 } public void remove() { if (lastRet < 0)//判断 lastRet 的值是否小于 0 throw new IllegalStateException(); checkForComodification();//判断expectedModCount和modCount是否相等,ConcurrentModificationException try { ArrayList.this.remove(lastRet);//直接调用 ArrayList 的 remove 方法删除下标为 lastRet 的元素 cursor = lastRet;//将 lastRet 赋值给 curso lastRet = -1;//将 lastRet 重新赋值为 -1，并将 modCount 重新赋值给 expectedModCount。 expectedModCount = modCount; } catch (IndexOutOfBoundsException ex) { throw new ConcurrentModificationException(); } } final void checkForComodification() { if (modCount != expectedModCount) throw new ConcurrentModificationException(); } }

Array.asList

Long[] arr=new Long[]{11,23,76,34}; //ArrayList的api很少，很多人会将array转成List使用，但其实返回的一个内部类 List list=Array.asList(arr);//基本类型不支持泛型化，数组不支持向下转型，会把整个数组当成一个元素放入新的数组 System.out.println(list.size());//打印1

什么是fail-fast？

fail-fast机制是java集合中的一种错误机制。 当使用迭代器迭代时，如果发现集合有修改，则快速失败做出响应，抛出ConcurrentModificationException异常。 这种修改有可能是其它线程的修改，也有可能是当前线程自己的修改导致的，比如迭代的过程中直接调用remove()删除元素等。 另外，并不是java中所有的集合都有fail-fast的机制。比如，像最终一致性的ConcurrentHashMap、CopyOnWriterArrayList等都是没有fast-fail的。fail-fast是怎么实现的： ArrayList、HashMap中都有一个属性叫modCount，每次对集合的修改这个值都会加1，在遍历前记录这个值到expectedModCount中，遍历中检查两者是否一致，如果出现不一致就说明有修改，则抛出ConcurrentModificationException异常。 底层数组存/取元素效率非常的高(get/set)，时间复杂度是O(1)，而查找（比如：indexOf，contain），插入和删除元素效率不太高，时间复杂度为O(n)。 插入/删除元素会触发底层数组频繁拷贝，效率不高，还会造成内存空间的浪费，解决方案：linkedList 查找元素效率不高，解决方案：HashMap（红黑树）

Vector

少了空对象 扩容因子2 只是synchronize锁了方法，不是锁全局synchronized(this)，如果多个线程操作的是多个方法，还是锁不住它，所以Vector不一定线程安全。