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概要

上一章，我們學(xué)習(xí)了Collection的架構(gòu)。這一章開(kāi)始，我們對(duì)Collection的具體實(shí)現(xiàn)類進(jìn)行講解；首先，講解List，而List中ArrayList又最為常用。因此，本章我們講解ArrayList。先對(duì)ArrayList有個(gè)整體認(rèn)識(shí)，再學(xué)習(xí)它的源碼，最后再通過(guò)例子來(lái)學(xué)習(xí)如何使用它。

第1部分 ArrayList介紹

ArrayList簡(jiǎn)介

ArrayList 是一個(gè)數(shù)組隊(duì)列，相當(dāng)于 動(dòng)態(tài)數(shù)組。與Java中的數(shù)組相比，它的容量能動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)。它繼承于AbstractList，實(shí)現(xiàn)了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable這些接口。

ArrayList 繼承了AbstractList，實(shí)現(xiàn)了List。它是一個(gè)數(shù)組隊(duì)列，提供了相關(guān)的添加、刪除、修改、遍歷等功能。
ArrayList 實(shí)現(xiàn)了RandmoAccess接口，即提供了隨機(jī)訪問(wèn)功能。RandmoAccess是java中用來(lái)被List實(shí)現(xiàn)，為L(zhǎng)ist提供快速訪問(wèn)功能的。在ArrayList中，我們即可以通過(guò)元素的序號(hào)快速獲取元素對(duì)象；這就是快速隨機(jī)訪問(wèn)。稍后，我們會(huì)比較List的“快速隨機(jī)訪問(wèn)”和“通過(guò)Iterator迭代器訪問(wèn)”的效率。

ArrayList 實(shí)現(xiàn)了Cloneable接口，即覆蓋了函數(shù)clone()，能被克隆。

ArrayList 實(shí)現(xiàn)java.io.Serializable接口，這意味著ArrayList支持序列化，能通過(guò)序列化去傳輸。

和Vector不同，ArrayList中的操作不是線程安全的！所以，建議在單線程中才使用ArrayList，而在多線程中可以選擇Vector或者CopyOnWriteArrayList。

ArrayList構(gòu)造函數(shù)

// 默認(rèn)構(gòu)造函數(shù) ArrayList() // capacity是ArrayList的默認(rèn)容量大小。當(dāng)由于增加數(shù)據(jù)導(dǎo)致容量不足時(shí)，容量會(huì)添加上一次容量大小的一半。 ArrayList(int capacity) // 創(chuàng)建一個(gè)包含collection的ArrayList ArrayList(Collection<? extends E> collection)

ArrayList的API

// Collection中定義的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中定義的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數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

ArrayList的繼承關(guān)系

java.lang.Object? ? ? java.util.AbstractCollection<E>? ? ? java.util.AbstractList<E>? ? ? java.util.ArrayList<E> public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {}

ArrayList與Collection關(guān)系如下圖：這里寫(xiě)圖片描述

ArrayList包含了兩個(gè)重要的對(duì)象：elementData 和 size。

(01) elementData 是"Object[]類型的數(shù)組"，它保存了添加到ArrayList中的元素。實(shí)際上，elementData是個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)組，我們能通過(guò)構(gòu)造函數(shù) ArrayList(int initialCapacity)來(lái)執(zhí)行它的初始容量為initialCapacity；如果通過(guò)不含參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)ArrayList()來(lái)創(chuàng)建ArrayList，則elementData的容量默認(rèn)是10。elementData數(shù)組的大小會(huì)根據(jù)ArrayList容量的增長(zhǎng)而動(dòng)態(tài)的增長(zhǎng)，具體的增長(zhǎng)方式，請(qǐng)參考源碼分析中的ensureCapacity()函數(shù)。

(02) size 則是動(dòng)態(tài)數(shù)組的實(shí)際大小。

第3部分 ArrayList源碼解析(基于JDK1.6.0_45)

為了更了解ArrayList的原理，下面對(duì)ArrayList源碼代碼作出分析。ArrayList是通過(guò)數(shù)組實(shí)現(xiàn)的，源碼比較容易理解。

package java.util; public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {// 序列版本號(hào)private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;// 保存ArrayList中數(shù)據(jù)的數(shù)組private transient Object[] elementData;// ArrayList中實(shí)際數(shù)據(jù)的數(shù)量private int size;// ArrayList帶容量大小的構(gòu)造函數(shù)。public ArrayList(int initialCapacity) {super();if (initialCapacity < 0)throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+initialCapacity);// 新建一個(gè)數(shù)組this.elementData = new Object[initialCapacity];}// ArrayList構(gòu)造函數(shù)。默認(rèn)容量是10。public ArrayList() {this(10);}// 創(chuàng)建一個(gè)包含collection的ArrayListpublic 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);}// 將當(dāng)前容量值設(shè)為 =實(shí)際元素個(gè)數(shù)public void trimToSize() {modCount++;int oldCapacity = elementData.length;if (size < oldCapacity) {elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);}}// 確定ArrarList的容量。// 若ArrayList的容量不足以容納當(dāng)前的全部元素，設(shè)置 新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”public void ensureCapacity(int minCapacity) {// 將“修改統(tǒng)計(jì)數(shù)”+1modCount++;int oldCapacity = elementData.length;// 若當(dāng)前容量不足以容納當(dāng)前的元素個(gè)數(shù)，設(shè)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epublic boolean add(E e) {// 確定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的實(shí)際大小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是否為空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(從數(shù)組末尾向開(kāi)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數(shù)組public Object[] toArray() {return Arrays.copyOf(elementData, size);}// 返回ArrayList的模板數(shù)組。所謂模板數(shù)組，即可以將T設(shè)為任意的數(shù)據(jù)類型public <T> T[] toArray(T[] a) {// 若數(shù)組a的大小 < ArrayList的元素個(gè)數(shù)；// 則新建一個(gè)T[]數(shù)組，數(shù)組大小是“ArrayList的元素個(gè)數(shù)”，并將“ArrayList”全部拷貝到新數(shù)組中if (a.length < size)return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());// 若數(shù)組a的大小 >= ArrayList的元素個(gè)數(shù)；// 則將ArrayList的全部元素都拷貝到數(shù)組a中。System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);if (a.length > size)a[size] = null;return a;}// 獲取index位置的元素值public E get(int index) {RangeCheck(index);return (E) elementData[index];}// 設(shè)置index位置的值為elementpublic E set(int index, E element) {RangeCheck(index);E oldValue = (E) elementData[index];elementData[index] = element;return oldValue;}// 將e添加到ArrayList中public boolean add(E e) {ensureCapacity(size + 1); ?// Increments modCount!!elementData[size++] = e;return true;}// 將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++;}// 刪除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 workreturn oldValue;}// 刪除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;}// 快速刪除第index個(gè)元素private void fastRemove(int index) {modCount++;int numMoved = size - index - 1;// 從"index+1"開(kāi)始，用后面的元素替換前面的元素。if (numMoved > 0)System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,numMoved);// 將最后一個(gè)元素設(shè)為nullelementData[--size] = null; // Let gc do its work}// 刪除元素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”，則刪除，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，將全部的元素設(shè)為nullpublic void clear() {modCount++;for (int i = 0; i < size; i++)elementData[i] = null;size = 0;}// 將集合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 modCountSystem.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);size += numNew;return numNew != 0;}// 從index位置開(kāi)始，將集合c添加到ArrayListpublic 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 modCountint 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;}// 刪除fromIndex到toIndex之間的全部元素。protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {modCount++;int numMoved = size - toIndex;System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,numMoved);// Let gc do its workint 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);}// 克隆函數(shù)public Object clone() {try {ArrayList<E> v = (ArrayList<E>) super.clone();// 將當(dāng)前ArrayList的全部元素拷貝到v中v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);v.modCount = 0;return v;} catch (CloneNotSupportedException e) {// this shouldn't happen, since we are Cloneablethrow new InternalError();}}// java.io.Serializable的寫(xiě)入函數(shù)// 將ArrayList的“容量，所有的元素值”都寫(xiě)入到輸出流中private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)throws java.io.IOException{// Write out element count, and any hidden stuffint expectedModCount = modCount;s.defaultWriteObject();// 寫(xiě)入“數(shù)組的容量”s.writeInt(elementData.length);// 寫(xiě)入“數(shù)組的每一個(gè)元素”for (int i=0; i<size; i++)s.writeObject(elementData[i]);if (modCount != expectedModCount) {throw new ConcurrentModificationException();}}// java.io.Serializable的讀取函數(shù)：根據(jù)寫(xiě)入方式讀出// 先將ArrayList的“容量”讀出，然后將“所有的元素值”讀出private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {// Read in size, and any hidden stuffs.defaultReadObject();// 從輸入流中讀取ArrayList的“容量”int arrayLength = s.readInt();Object[] a = elementData = new Object[arrayLength];// 從輸入流中將“所有的元素值”讀出for (int i=0; i<size; i++)a[i] = s.readObject();} }

總結(jié)：

(01) ArrayList 實(shí)際上是通過(guò)一個(gè)數(shù)組去保存數(shù)據(jù)的。當(dāng)我們構(gòu)造ArrayList時(shí)；若使用默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)，則ArrayList的默認(rèn)容量大小是10。
(02) 當(dāng)ArrayList容量不足以容納全部元素時(shí)，ArrayList會(huì)重新設(shè)置容量：新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”。
(03) ArrayList的克隆函數(shù)，即是將全部元素克隆到一個(gè)數(shù)組中。
(04) ArrayList實(shí)現(xiàn)java.io.Serializable的方式。當(dāng)寫(xiě)入到輸出流時(shí)，先寫(xiě)入“容量”，再依次寫(xiě)入“每一個(gè)元素”；當(dāng)讀出輸入流時(shí)，先讀取“容量”，再依次讀取“每一個(gè)元素”。

第4部分 ArrayList遍歷方式

ArrayList支持3種遍歷方式

(01) 第一種，通過(guò)迭代器遍歷。即通過(guò)Iterator去遍歷。

Integer value = null; Iterator iter = list.iterator(); while (iter.hasNext()) {value = (Integer)iter.next(); }

(02) 第二種，隨機(jī)訪問(wèn)，通過(guò)索引值去遍歷。
由于ArrayList實(shí)現(xiàn)了RandomAccess接口，它支持通過(guò)索引值去隨機(jī)訪問(wèn)元素。

Integer value = null; int size = list.size(); for (int i=0; i<size; i++) {value = (Integer)list.get(i); ? ? ? ? }

(03) 第三種，for循環(huán)遍歷。如下：

Integer value = null; for (Integer integ:list) {value = integ; }

下面通過(guò)一個(gè)實(shí)例，比較這3種方式的效率，實(shí)例代碼(ArrayListRandomAccessTest.java)如下：

import java.util.*; import java.util.concurrent.*; /** @desc ArrayList遍歷方式和效率的測(cè)試程序。** @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");} }

運(yùn)行結(jié)果：

iteratorThroughRandomAccess：3 ms
iteratorThroughIterator：8 ms
iteratorThroughFor2：5 ms

由此可見(jiàn)，遍歷ArrayList時(shí)，使用隨機(jī)訪問(wèn)(即，通過(guò)索引序號(hào)訪問(wèn))效率最高，而使用迭代器的效率最低！

第5部分 toArray()異常

當(dāng)我們調(diào)用ArrayList中的 toArray()，可能遇到過(guò)拋出“java.lang.ClassCastException”異常的情況。下面我們說(shuō)說(shuō)這是怎么回事。

ArrayList提供了2個(gè)toArray()函數(shù)：

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

調(diào)用 toArray() 函數(shù)會(huì)拋出“java.lang.ClassCastException”異常，但是調(diào)用 toArray(T[] contents) 能正常返回 T[]。

toArray() 會(huì)拋出異常是因?yàn)?toArray() 返回的是 Object[] 數(shù)組，將 Object[] 轉(zhuǎn)換為其它類型(如如，將Object[]轉(zhuǎn)換為的Integer[])則會(huì)拋出“java.lang.ClassCastException”異常，因?yàn)?strong>Java不支持向下轉(zhuǎn)型。具體的可以參考前面ArrayList.java的源碼介紹部分的toArray()。
解決該問(wèn)題的辦法是調(diào)用 ?T[] toArray(T[] contents) ， 而不是 Object[] toArray()。

調(diào)用 toArray(T[] contents) 返回T[]的可以通過(guò)以下幾種方式實(shí)現(xiàn)。

// toArray(T[] contents)調(diào)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)調(diào)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)調(diào)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6部分 ArrayList示例

本文通過(guò)一個(gè)實(shí)例(ArrayListTest.java)，介紹 ArrayList 中常用API的用法。

import java.util.*; /** @desc ArrayList常用API的測(cè)試程序* @author skywang * @email kuiwu-wang@163.com*/ public class ArrayListTest {public static void main(String[] args) {// 創(chuàng)建ArrayListArrayList list = new ArrayList();// 將“”list.add("1");list.add("2");list.add("3");list.add("4");// 將下面的元素添加到第1個(gè)位置list.add(0, "5");// 獲取第1個(gè)元素System.out.println("the first element is: "+ list.get(0));// 刪除“3”list.remove("3");// 獲取ArrayList的大小System.out.println("Arraylist size=: "+ list.size());// 判斷l(xiāng)ist中是否包含"3"System.out.println("ArrayList contains 3 is: "+ list.contains(3));// 設(shè)置第2個(gè)元素為10list.set(1, "10");// 通過(guò)Iterator遍歷ArrayListfor(Iterator iter = list.iterator(); iter.hasNext(); ) {System.out.println("next is: "+ iter.next());}// 將ArrayList轉(zhuǎn)換為數(shù)組String[] arr = (String[])list.toArray(new String[0]);for (String str:arr)System.out.println("str: "+ str);// 清空ArrayListlist.clear();// 判斷ArrayList是否為空System.out.println("ArrayList is empty: "+ list.isEmpty());} }

運(yùn)行結(jié)果：

the first element is: 5
Arraylist size=: 4
ArrayList contains 3 is: false
next is: 5
next is: 10
next is: 2
next is: 4
str: 5
str: 10
str: 2
str: 4
ArrayList is empty: true

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java 集合系列（2）： ArrayList源码深入解析和使用示例的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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