java集合中ArrayList源码解析是怎样的

今天就跟大家聊聊有关java集合中ArrayList源码解析是怎样的,可能很多人都不太了解,为了让大家更加了解,小编给大家总结了以下内容,希望大家根据这篇文章可以有所收获。

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整体架构

ArrayList实际就是个数组结构,如图

java集合中ArrayList源码解析是怎样的

index:数组下标
elementData:数组本身

其他基本概念:

/**
 * Default initial capacity.
 * 数组初始大小
 */ 
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
/**
 * The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
 * 当前数组大小
 * @serial
 */
private int size;
//表示当前数组被修改的版本次数
protected transient int modCount = 0;

类注释:
1、可以自动扩容
2、允许put null
3、size、set、put、add、get时间复杂度O(1)
4、非线程安全(作为共享变量时存在),必要时可以使用线程安全的SynchronizedList(性能低)

public boolean add(E e) {
    synchronized (mutex) {// synchronized 是一种轻量锁,mutex 表示一个当前 SynchronizedList
        return c.add(e);
    }
}

5、增强for循环或迭代时,若数组大小改变,则抛出异常

源码解析

一、初始化:

//1、指定大小初始化
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);
    }
}

//2、无参初始化 数组大小为空//初始化时数组大小不是默认的10,第一次add时扩容为10public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

//3、指定初始数据初始化public ArrayList(Collection 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;
    }
}

二、新增、扩容、删除

新增:

public boolean add(E e) {
  //确保数组大小是否足够,不够执行扩容,size 为当前数组的大小
  ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
  //直接赋值,线程不安全的
  elementData[size++] = e; 对null无校验,因此可以存入null值
  return true;
}

扩容:

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
  //如果初始化数组大小时,有给定初始值,以给定的大小为准,不走 if 逻辑
  if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
    minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
  }
  //确保容积足够
  ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
  //记录数组被修改
  modCount++;
  // 如果我们期望的最小容量大于目前数组的长度,那么就扩容
  if (minCapacity - elementData.length > 0)
    grow(minCapacity);
}
//扩容,并把现有数据拷贝到新的数组里面去
private void grow(int minCapacity) {
  int oldCapacity = elementData.length;
  // oldCapacity >> 1 是把 oldCapacity 除以 2 的意思  这里注意:ArrayList扩容是1+0.5倍
  int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

  // 如果扩容后的值 < 我们的期望值,扩容后的值就等于我们的期望值 
  if (newCapacity - minCapacity < 0)
    newCapacity = minCapacity;

  // 如果扩容后的值 > jvm 所能分配的数组的最大值,那么就用 Integer 的最大值
  if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
    newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);  扩容时源码中对上下数组大小做了校验,有很清晰的数组大小溢出意识,平时开发时应借鉴
  // 通过复制进行扩容
  elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

扩容动态图:

java集合中ArrayList源码解析是怎样的

删除:

public boolean remove(Object o) {
  // 如果要删除的值是 null,找到第一个值是 null 的删除
  if (o == null) {
    for (int index = 0; index < size; index++)
      if (elementData[index] == null) { 可以删除null值        fastRemove(index);
        return true;
      }
  } else {
    // 如果要删除的值不为 null,找到第一个和要删除的值相等的删除
    for (int index = 0; index < size; index++)
      // 这里是根据  equals 来判断值相等的,相等后再根据索引位置进行删除
      if (o.equals(elementData[index])) {  //找到需要删除的索引        fastRemove(index);
        return true;
      }
  }
  return false;
}

//根据索引位置进行元素删除private void fastRemove(int index) {
  // 记录数组的结构要发生变动了
  modCount++;
  // numMoved 表示删除 index 位置的元素后,需要从 index 后移动多少个元素到前面去
  // 减 1 的原因,是因为 size 从 1 开始算起,index 从 0开始算起
  int numMoved = size - index - 1;
  if (numMoved > 0)
    // 从 index +1 位置开始被拷贝,拷贝的起始位置是 index,长度是 numMoved
    System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
  //数组最后一个位置赋值 null,帮助 GC
  elementData[--size] = null;
}

java集合中ArrayList源码解析是怎样的

三、迭代器

implement java.util.Iterator

迭代器的一些参数:
int cursor;// 迭代过程中,下一个元素的位置,默认从 0 开始。
int lastRet = -1; // 新增场景:表示上一次迭代过程中,索引的位置;删除场景:为 -1。
int expectedModCount = modCount;// expectedModCount 表示迭代过程中,期望的版本号;modCount 表示数组实际的版本号。

迭代器源码分析:

//是否存在下一个可迭代的值
public boolean hasNext() {
  return cursor != size;//cursor 表示下一个元素的位置,size 表示实际大小,如果两者相等,说明已经没有元素可以迭代了,如果不等,说明还可以迭代
}

//下一个可迭代的值
public E next() {
  //迭代过程中,判断版本号有无被修改,有被修改,抛 ConcurrentModificationException 异常
  checkForComodification();
  //本次迭代过程中,元素的索引位置
  int i = cursor;
  if (i >= size)
    throw new NoSuchElementException();
  Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
  if (i >= elementData.length)
    throw new ConcurrentModificationException();
  // 下一次迭代时,元素的位置,为下一次迭代做准备
  cursor = i + 1;
  // 返回元素值
  return (E) elementData[lastRet = i];
}
// 版本号比较
final void checkForComodification() {
  if (modCount != expectedModCount)
    throw new ConcurrentModificationException();
}


public void remove() {
  // 如果上一次操作时,数组的位置已经小于 0 了,说明数组已经被删除完了
  if (lastRet < 0)
    throw new IllegalStateException();
  //迭代过程中,判断版本号有无被修改,有被修改,抛 ConcurrentModificationException 异常
  checkForComodification();

  try {
    ArrayList.this.remove(lastRet);
    cursor = lastRet;
    // -1 表示元素已经被删除,这里也防止重复删除lastRet = -1;
    // 删除元素时 modCount 的值已经发生变化,在此赋值给 expectedModCount
    // 这样下次迭代时,两者的值是一致的了
    expectedModCount = modCount;
  } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
    throw new ConcurrentModificationException();
  }
}

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