arraylist 初始化_ArrayList实现原理（JDK1.8）
ArrayList 繼承于AbstractList，實(shí)現(xiàn)了List接口，其實(shí)AbstractList 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)過(guò)List接口，這里重復(fù)實(shí)現(xiàn)使得接口功能更加清晰，JDK中很多類都是如此。
其中Cloneable接口是克隆標(biāo)記接口，Serializable序列化標(biāo)記接口，需要clone和序列化功能必須實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)接口，而RandomAccess，單純是一個(gè)標(biāo)志接口 ，該接口表示該類支持快速隨機(jī)訪問(wèn)，且在循環(huán)遍歷時(shí)for循環(huán)的方式會(huì)優(yōu)于用迭代器。
1.成員變量
??//?默認(rèn)初始容量???private?static?final?int?DEFAULT_CAPACITY?=?10;???//?空數(shù)組實(shí)例，初始容量為0或者傳入集合為空集合(不是null)時(shí)使用???private?static?final?Object[]?EMPTY_ELEMENTDATA?=?{};??????//?空數(shù)組示例，無(wú)參構(gòu)造時(shí)使用???private?static?final?Object[]?DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA?=?{};??????//?ArrayList內(nèi)部數(shù)據(jù)容器???transient?Object[]?elementData;?//?non-private?to?simplify?nested?class?access??????//?實(shí)際元素?cái)?shù)量???private?int?size;在ArrayList中，主要有五個(gè)成員變量。DEFAULT_CAPACITY表示初始容量大小，即在我們初始化ArrayList時(shí)不指定容量大小， 默認(rèn)容量將會(huì)是10，Object[] elementData 則是ArrayList內(nèi)部實(shí)際存儲(chǔ)對(duì)象的容易，也就是我們常說(shuō)的ArrayList是數(shù)組實(shí)現(xiàn)的。
在1.8中，空數(shù)組分為了兩類情況，EMPTY_ELEMENTDATA 與 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA，在標(biāo)記空數(shù)組的時(shí)候區(qū)分了不同的情況。
2.構(gòu)造方法
ArrayList有三個(gè)構(gòu)造方法，指定容量的ArrayList(int initialCapacity) ，無(wú)參構(gòu)造ArrayList() 以及傳入集合的ArrayList(Collection extends E> c)。
????public?ArrayList()?{????????this.elementData?=?DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;????}最簡(jiǎn)單的莫過(guò)于無(wú)參構(gòu)造，直接賦值為空數(shù)組DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA。其實(shí)對(duì)于常說(shuō)的默認(rèn)容量10，是在第一次添加元素調(diào)用add()方法時(shí)處理的，并不是構(gòu)造方法中。
????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);????????}????}對(duì)于傳入容量的構(gòu)造方法，當(dāng)傳入?yún)?shù) > 0時(shí)，直接初始化對(duì)應(yīng)容量的數(shù)組，參數(shù)類型為int，也即ArrayList的最大初始容量不能超過(guò)Integer.MAX_VALUE，事實(shí)上ArrayList的最大容量也只能是Integer.MAX_VALUE。而初始容量傳入0，會(huì)賦值為空數(shù)組EMPTY_ELEMENTDATA。如果 < 0，這個(gè)顯然的不允許了，直接IllegalArgumentException
????public?ArrayList(Collection?extends?E>?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;????????}????}集合構(gòu)造時(shí)，沒(méi)有進(jìn)行null校驗(yàn)，也就是說(shuō)如果傳入null，直接就會(huì)NPE異常。集合構(gòu)造的邏輯也很簡(jiǎn)單，當(dāng)傳入集合不為空時(shí)，調(diào)用Arrays.copyOf進(jìn)行復(fù)制，并且容量 size為傳入大小，而傳入集合為空，則賦值為空數(shù)組EMPTY_ELEMENTDATA。
3.添加元素
ArrayList在添加元素時(shí)，都會(huì)進(jìn)行容量確認(rèn)，可能會(huì)涉及到擴(kuò)容，數(shù)組復(fù)制，所以效率相對(duì)較低。同時(shí)在添加元素時(shí)，ArrayList并未對(duì)元素本身進(jìn)行校驗(yàn)，所以是允許集合中存在null的情況。
3.1.尾部添加元素
????public?boolean?add(E?e)?{????????//?確定容量????????ensureCapacityInternal(size?+?1);??//?Increments?modCount!!????????//?設(shè)值????????elementData[size++]?=?e;????????return?true;????}在add()方法中，最主要的是確定容量ensureCapacityInternal(int minCapacity)方法。
????private?void?ensureCapacityInternal(int?minCapacity)?{????????ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData,?minCapacity));????}首先會(huì)調(diào)用calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) 計(jì)算容量然后再ensureExplicitCapacity(int minCapacity)
????private?static?int?calculateCapacity(Object[]?elementData,?int?minCapacity)?{????????if?(elementData?==?DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)?{????????????return?Math.max(DEFAULT_CAPACITY,?minCapacity);????????}????????return?minCapacity;????}這里僅僅判斷了是否是空數(shù)組DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA(== 地址比較)，如果前面還有印象的話，這個(gè)只會(huì)在無(wú)參構(gòu)造時(shí)，才會(huì)初始化為DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA，這時(shí)候會(huì)取DEFAULT_CAPACITY(10)與傳入minCapacity的較大值，常說(shuō)的默認(rèn)容量大小10也就是在這里誕生的。
而其他的情況，都直接但會(huì)minCapacity，也即 size + 1，如果首次添加，那就是1。
????private?void?ensureExplicitCapacity(int?minCapacity)?{????????modCount++;????????//?overflow-conscious?code????????if?(minCapacity?-?elementData.length?>?0)????????????grow(minCapacity);????}modCount是一個(gè)操作計(jì)數(shù)器，add與remove都會(huì) + 1。當(dāng)我們需要在循環(huán)中刪除ArrayList元素時(shí)，需要使用迭代器Iterator的remove()方法，此時(shí)直接使用List的刪除有針對(duì)modCount的校驗(yàn)，會(huì)拋出 ConcurrentModificationException異常。
如果minCapacity大于數(shù)組容量，則調(diào)用grow(int minCapacity)進(jìn)行擴(kuò)容。
????private?void?grow(int?minCapacity)?{????????//?overflow-conscious?code????????int?oldCapacity?=?elementData.length;????????//?新容量增長(zhǎng)?0.5倍????????int?newCapacity?=?oldCapacity?+?(oldCapacity?>>?1);????????if?(newCapacity?-?minCapacity??0)?//?MAX_ARRAY_SIZE?=?Integer.MAX_VALUE?-?8????????????newCapacity?=?hugeCapacity(minCapacity);????????//?minCapacity?is?usually?close?to?size,?so?this?is?a?win:????????elementData?=?Arrays.copyOf(elementData,?newCapacity);????}擴(kuò)容時(shí)，新的容量為原容量 + 原容量的一半，也就是0.5倍增長(zhǎng)。如果增長(zhǎng)后的新容量比計(jì)算出來(lái)的容量minCapacity小，則賦值為minCapacity，如果大于MAX_ARRAY_SIZE(Integer.MAX_VALUE - 8)，則進(jìn)入hugeCapacity(int minCapacity)方法。
????private?static?int?hugeCapacity(int?minCapacity)?{????????if?(minCapacity??MAX_ARRAY_SIZE)??????????????Integer.MAX_VALUE?:????????????MAX_ARRAY_SIZE;????}這里可以看到，當(dāng)minCapacity < 0 時(shí)，會(huì)產(chǎn)生OutOfMemoryError，這是一個(gè)Error子類，這是需要避免的。什么時(shí)候minCapacity會(huì)小于0呢，當(dāng)ArrayList大小為Integer.MAX_VALUE后，還需要擴(kuò)容，則會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。
這個(gè)方法，我們可以看出，當(dāng)ArrayList需要的容量首次大于MAX_ARRAY_SIZE時(shí)，會(huì)設(shè)置為MAX_ARRAY_SIZE，然后再次擴(kuò)容時(shí)會(huì)變成Integer.MAX_VALUE，如果還不夠，那就會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。
擴(kuò)容的最后一步是調(diào)用Arrays.copyOf進(jìn)行元素的復(fù)制，這個(gè)最終也是調(diào)用System.arraycopy進(jìn)行操作的。同時(shí)size++，實(shí)際元素的數(shù)量也增加 1。
3.2.中間添加元素
????public?void?add(int?index,?E?element)?{????????rangeCheckForAdd(index);??//?確認(rèn)容量大小????????ensureCapacityInternal(size?+?1);??//?Increments?modCount!!????????System.arraycopy(elementData,?index,?elementData,?index?+?1,?size?-?index);????????elementData[index]?=?element;????????size++;????}在中間添加元素的邏輯和尾部添加元素基本一樣。
????private?void?rangeCheckForAdd(int?index)?{????????if?(index?>?size?||?index?添加元素前，首先要進(jìn)行范圍檢查，添加的范圍只能在[0，size]之間，index == size時(shí)，其實(shí)就是尾部插入。然后確認(rèn)容量新的容量，這個(gè)方法尾部添加時(shí)已經(jīng)講過(guò)，接著數(shù)組復(fù)制，這步復(fù)制會(huì)跳過(guò)index位置的處理，最后再對(duì)index位置賦值，即完成了index位置的添加。
可以看到最后調(diào)用了size++，add(int index, E element)方法總是會(huì)添加元素，即使該index位置存在數(shù)據(jù)，只是會(huì)將原來(lái)的index位置數(shù)據(jù)往后擠動(dòng)一位，并不會(huì)進(jìn)行覆蓋。
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3.3.批量添加
ArrayList除了add()與add(int index, E element)，還有兩個(gè)批量添加的方法。
????public?boolean?addAll(Collection?extends?E>?c)?{????????Object[]?a?=?c.toArray();????????int?numNew?=?a.length;????????//?確認(rèn)容量????????ensureCapacityInternal(size?+?numNew);??//?Increments?modCount????????System.arraycopy(a,?0,?elementData,?size,?numNew);????????size?+=?numNew;????????return?numNew?!=?0;????}????public?boolean?addAll(int?index,?Collection?extends?E>?c)?{????????//?范圍檢查????????rangeCheckForAdd(index);????????Object[]?a?=?c.toArray();????????int?numNew?=?a.length;????????//?確認(rèn)容量????????ensureCapacityInternal(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;????}有了前面單個(gè)元素的添加基礎(chǔ)，批量添加就很好懂了，唯一的區(qū)別就是在數(shù)組復(fù)制時(shí)，是復(fù)制整個(gè)待添加的集合。對(duì)于index位置的批量添加，中間插入的話(numMoved > 0)，第一次復(fù)制會(huì)騰出中間要添加集合長(zhǎng)度的位置，第二次將添加的集合復(fù)制到index位置。
4.修改元素
對(duì)于ArrayList中元素的修改，如果是對(duì)象屬性的修改，可以直接修改引用對(duì)象，但對(duì)于基本類型包裝類或者String呢，并沒(méi)有辦法通過(guò)引用修改，亦或者我們要更換對(duì)象引用，這時(shí)候就需要調(diào)用set(int index, E element)。
????public?E?set(int?index,?E?element)?{????????//?范圍檢查????????rangeCheck(index);????????E?oldValue?=?elementData(index);????????elementData[index]?=?element;????????return?oldValue;????}這個(gè)方法實(shí)現(xiàn)很容易，ArrayList的修改本質(zhì)就是對(duì)數(shù)組的值進(jìn)行更改。首先進(jìn)行范圍檢查，防止數(shù)組越界，這個(gè)很好理解，ArrayList內(nèi)部就是數(shù)組，然后對(duì)index位置的值進(jìn)行替換即可。
????private?void?rangeCheck(int?index)?{????????if?(index?>=?size)????????????throw?new?IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));????}elementData(int index)獲取了原來(lái)的值，用于set返回值，elementData實(shí)現(xiàn)更加簡(jiǎn)單，就是數(shù)組取值。
5.移除元素
ArrayList中移除元素的方法有三個(gè)，按索引刪除remove(int index)、按元素刪除remove(Object o)以及批量刪除removeAll(Collection> c)等。
5.1.索引刪除
????public?E?remove(int?index)?{????????//?范圍檢查????????rangeCheck(index);????????modCount++;????????E?oldValue?=?elementData(index);????????int?numMoved?=?size?-?index?-?1;????????//?是否刪除的最尾部????????if?(numMoved?>?0)????????????System.arraycopy(elementData,?index+1,?elementData,?index,?numMoved);????????elementData[--size]?=?null;?//?clear?to?let?GC?do?its?work????????return?oldValue;????}由于移除元素，并不涉及內(nèi)部數(shù)組大小變化，所以實(shí)現(xiàn)相對(duì)較簡(jiǎn)單。必須要的范圍檢查，這個(gè)已經(jīng)絲毫不陌生了，然后判斷是否是尾部刪除，如果不是尾部刪除，則進(jìn)行System.arraycopy復(fù)制，復(fù)制的目的是將index后的元素向前挪動(dòng) 1 位元素以覆蓋要?jiǎng)h除的index位置，然后size減 1。
在移除方法中，可以看到modCount進(jìn)行增加。同時(shí)對(duì)移除后尾部的元素賦值為null了，讓GC生效。
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5.2.按元素刪除
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; }按元素刪除的時(shí)候，首先判斷了元素是否為null，因?yàn)锳rrayList中是可以添加null的，這里不同分支的邏輯是一樣的，都是遍歷集合比較是否和傳入元素相同，只是比較一個(gè)是 == null 一個(gè)是 equals。如果相同則刪除，然后return了，所以remove(Object o)方法只會(huì)刪除集合第一個(gè)與傳入對(duì)象相同的元素。
重點(diǎn)就是這個(gè)fastRemove了。
????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;?//?clear?to?let?GC?do?its?work????}看到這個(gè)方法第一感覺(jué)是什么？是不是似曾相識(shí)，沒(méi)錯(cuò)，fastRemove和按指針刪除基本上市一樣的，只是少了范圍校驗(yàn)和獲取刪除前的元素這兩步。
5.3.批量刪除
????public?boolean?removeAll(Collection>?c)?{????????Objects.requireNonNull(c);????????return?batchRemove(c,?false);????}對(duì)于removeAll(Collection< ? > c)，校驗(yàn)非空后調(diào)用了batchRemove(Collection< ? > c, boolean complement)。
????private?boolean?batchRemove(Collection>?c,?boolean?complement)?{????????final?Object[]?elementData?=?this.elementData;????????int?r?=?0,?w?=?0;????????boolean?modified?=?false;????????try?{????????????for?(;?r?這個(gè)方法看著可能有一點(diǎn)點(diǎn)繞，但明白其原理后就很清晰了，首先遍歷數(shù)組，找出在要移除數(shù)組中不包含的元素，從原數(shù)組頭部開(kāi)始放，這樣的數(shù)有w個(gè)，即最終數(shù)組前w個(gè)元素都是在集合c中包含的，而剩下的位置的元素則不關(guān)心，最后就是講w到size的元素賦值為null，以便GC工作。
6.循環(huán)刪除
前面也提到了，ArrayList在循環(huán)刪除時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò)，這個(gè)究竟是怎么回事呢？
如果我們想刪除一個(gè)集合中全部的某一個(gè)元素，例如下面集合ss中的a元素。
????????List?ss?=?new?ArrayList<>();????????ss.add("a");????????ss.add("b");????????ss.add("a");????????ss.add("b");????????ss.add("c");當(dāng)我們需要?jiǎng)h除一個(gè)時(shí)，我們可以調(diào)用remove方法刪除，根據(jù)索引或者根據(jù)元素都用，但是多個(gè)時(shí)，我們不知道每一個(gè)元素的索引，而根據(jù)值也不知道有多少個(gè)a存在，所以我們需要遍歷集合。
這時(shí)候就可能存在問(wèn)題了。
????????for?(String?s?:?ss)?{????????????if("a".equals(s)){????????????????ss.remove(s);????????????}????????}無(wú)論是fori的還是foreach的刪除，都會(huì)拋出java.util.ConcurrentModificationException，這是因?yàn)锳rraylist循環(huán)時(shí)每一次取值都會(huì)調(diào)用其內(nèi)部類Itr.next()方法。
????????public?E?next()?{????????????//?校驗(yàn)modCount????????????checkForComodification();????????????int?i?=?cursor;????????????if?(i?>=?size)????????????????throw?new?NoSuchElementException();????????????Object[]?elementData?=?ArrayList.this.elementData;????????????if?(i?>=?elementData.length)????????????????throw?new?ConcurrentModificationException();????????????cursor?=?i?+?1;????????????return?(E)?elementData[lastRet?=?i];????????}在該方法最開(kāi)始的地方，有校驗(yàn)modCount的checkForComodification()方法，這個(gè)方法中比較了modCount和expectedModCount，不相等就會(huì)拋出ConcurrentModificationException異常。
????????final?void?checkForComodification()?{????????????if?(modCount?!=?expectedModCount)????????????????throw?new?ConcurrentModificationException();????????}那expectedModCount到底是什么，為什么和modCount不相等呢。
????private?class?Itr?implements?Iterator?{????????int?cursor;???????//?index?of?next?element?to?return????????int?lastRet?=?-1;?//?index?of?last?element?returned;?-1?if?no?such????????int?expectedModCount?=?modCount;expectedModCount是Itr的成員變量，這個(gè)在進(jìn)行循環(huán)時(shí)會(huì)初始化賦值為modCount，最開(kāi)始的時(shí)候他們是相等的，經(jīng)過(guò)前面的探究，我們已經(jīng)知道在remove調(diào)用時(shí)modCount會(huì)自增，所以checkForComodification就會(huì)拋出異常。
而我們常使用的這個(gè)做法就是使用 Itr 的remove。
????????Iterator?it?=?ss.iterator();????????while?(it.hasNext()){????????????if("a".equals(it.next())){????????????????it.remove();????????????}????????}這樣刪除時(shí)就沒(méi)有任何問(wèn)題了，這是因?yàn)?Itr 的remove中，對(duì)expectedModCount進(jìn)行了重新賦值，使得每一次調(diào)用后值都相等。
????????public?void?remove()?{????????????if?(lastRet?7.其他方法
ArrayList中主要的就是構(gòu)造方法、add和remove了，這幾個(gè)方法看懂后，其他方法實(shí)現(xiàn)就比較清晰了。
比如get方法，其實(shí)就是根據(jù)索引獲取了數(shù)組的元素。
????public?E?get(int?index)?{????????//?范圍檢查????????rangeCheck(index);????????//?從數(shù)組獲取值，即?elementData[index]????????return?elementData(index);????}例如size方法， 就是返回了size屬性的值。
????public?int?size()?{????????return?size;????}而isEmpty方法，就是判斷size是否為0.
????public?boolean?isEmpty()?{????????return?size?==?0;????}在ArrayList中，有一個(gè)獲取子集合的subList方法，這個(gè)方法返回的是一個(gè)內(nèi)部類SubList，該類并沒(méi)重新創(chuàng)建新的數(shù)組，依舊持有了ArrayList數(shù)組的元素的引用，所以當(dāng)修改ArrayList元素的時(shí)候，SubList的元素也會(huì)跟著修改，這個(gè)在實(shí)際開(kāi)發(fā)中一定要注意。
????public?List?subList(int?fromIndex,?int?toIndex)?{????????subListRangeCheck(fromIndex,?toIndex,?size);????????return?new?SubList(this,?0,?fromIndex,?toIndex);????}作者：楊小格子
https://www.cnblogs.com/imyanger/p/11963624.html
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的arraylist 初始化_ArrayList实现原理（JDK1.8）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
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