Java集合原始碼學習（2）ArrayList

快樂的博格巴發表於2018-10-02
Java原始碼

1 概述

ArrayList是基於陣列實現的，是一個動態陣列，其容量能自動增長，類似於C語言中的動態申請記憶體，動態增長記憶體。

ArrayList不是執行緒安全的，只能用在單執行緒環境下，多執行緒環境下可以考慮用Collections.synchronizedList(List l)函式返回一個執行緒安全的ArrayList類，也可以使用concurrent併發包下的CopyOnWriteArrayList類。

ArrayList實現了Serializable介面，因此它支援序列化，能夠通過序列化傳輸，實現了RandomAccess介面，支援快速隨機訪問，實際上就是通過下標序號進行快速訪問，實現了Cloneable介面，能被克隆。

每個ArrayList例項都有一個容量，該容量是指用來儲存列表元素的陣列的大小。它總是至少等於列表的大小。隨著向ArrayList中不斷新增元素，其容量也自動增長。自動增長會帶來資料向新陣列的重新拷貝，因此，如果可預知資料量的多少，可在構造ArrayList時指定其容量。在新增大量元素前，應用程式也可以使用ensureCapacity操作來增加ArrayList例項的容量，這可以減少遞增式再分配的數量。

注意，此實現不是同步的。如果多個執行緒同時訪問一個ArrayList例項，而其中至少一個執行緒從結構上修改了列表，那麼它必須保持外部同步。

ArrayList繼承AbstractList，實現了List、 RandomAccess、Cloneable、Serializable介面， 為ArrayList內部是用一個陣列儲存元素值，相當於一個大小可變的陣列，也就是動態陣列。 由於ArrayList底層是陣列實現的，所以可以隨機訪問。

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
    implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
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Java集合原始碼學習（2）ArrayList
（1）繼承和實現
繼承了AbstractList，實現了List：ArrayList是一個陣列佇列，提供了相關的新增、刪除、修改、遍歷等功能。
實現RandmoAccess介面：即提供了隨機訪問功能。RandmoAccess是java中用來被List實現，為List提供快速訪問功能的在ArrayList中，我們即可以通過元素的序號快速獲取元素物件；這就是快速隨機訪問。
實現了Cloneable介面：即覆蓋了函式clone()，能被克隆。
實現java.io.Serializable介面：這意味著ArrayList支援序列化，能通過序列化去傳輸。

（2）執行緒安全
ArrayList不是執行緒安全的。建議在單執行緒中才使用ArrayList，而在多執行緒中可以選擇Vector或者CopyOnWriteArrayList。同樣，HashMap也是執行緒不安全的，如果需要併發訪問應該使用Hashtable(遺留類)或ConcurrentHashMap。

private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;//預設容量是10
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私有屬性：

/** 
  * The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored. 
  * The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. 
  */  
 private transient Object[] elementData;  

 /** 
  * The size of the ArrayList (the number of elements it contains). 
  * 
  * @serial 
  */  
 private int size;
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elementData儲存ArrayList內的元素，size表示它包含的元素的數量。

有個關鍵字需要解釋：transient。

Java的serialization提供了一種持久化物件例項的機制。當持久化物件時，可能有一個特殊的物件資料成員，我們不想用serialization機制來儲存它。為了在一個特定物件的一個域上關閉serialization，可以在這個域前加上關鍵字transient。

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經常在實現了 Serializable介面的類中能看見transient關鍵字。這個關鍵字並不常見。 transient關鍵字的作用是：阻止例項中那些用此關鍵字宣告的變數持久化；當物件被反序列化時（從原始檔讀取位元組序列進行重構），這樣的例項變數值不會被持久化和恢復。當某些變數不想被序列化，同是又不適合使用static關鍵字宣告，那麼此時就需要用transient關鍵字來宣告該變數。

除了以上兩個成員變數，我們還需要掌握一個變數，它是

protected transient int modCount = 0;
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這個變數主要作用是防止在進行一些操作時，改變了ArrayList的大小，那將使得結果不可預測。

建構函式：

/**無參構造：
 * Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
 */
public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

/**有參構造
 * Constructs an empty list with the specified initial capacity.
 *
 * @param  initialCapacity  the initial capacity of the list
 * @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity
 *         is negative
 */
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);
    }
}

/**引數為集合的有參構造
 * Constructs a list containing the elements of the specified
 * collection, in the order they are returned by the collection's
 * iterator.
 *
 * @param c the collection whose elements are to be placed into this list
 * @throws NullPointerException if the specified collection is null
 */
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;
    }
}
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常用的方法

boolean add(E e) 
將指定的元素新增到此列表的尾部。

void add(int index, E element) 
將指定的元素插入此列表中的指定位置

boolean addAll(Collection<? extends E> c) 
按照指定 collection 的迭代器所返回的元素順序，將該 collection 中的所有元素新增到此列表的尾部。 

boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) 
從指定的位置開始，將指定 collection 中的所有元素插入到此列表中。 

void clear() 
移除此列表中的所有元素。 

Object clone() 
返回此 ArrayList 例項的淺表副本。 

boolean contains(Object o) 
如果此列表中包含指定的元素，則返回 true。 

void ensureCapacity(int minCapacity) 
如有必要，增加此 ArrayList 例項的容量，以確保它至少能夠容納最小容量引數所指定的元素數。 

E get(int index) 
返回此列表中指定位置上的元素。 

int indexOf(Object o) 
返回此列表中首次出現的指定元素的索引，或如果此列表不包含元素，則返回 -1。 

boolean isEmpty() 
如果此列表中沒有元素，則返回 true 

int lastIndexOf(Object o) 
返回此列表中最後一次出現的指定元素的索引，或如果此列表不包含索引，則返回 -1。 

E remove(int index) 
移除此列表中指定位置上的元素。 

boolean remove(Object o) 
移除此列表中首次出現的指定元素（如果存在）。 

protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) 
移除列表中索引在 fromIndex（包括）和 toIndex（不包括）之間的所有元素。 

E set(int index, E element) 
用指定的元素替代此列表中指定位置上的元素。 

int size() 
返回此列表中的元素數。 

Object[] toArray() 
按適當順序（從第一個到最後一個元素）返回包含此列表中所有元素的陣列。

void trimToSize() 
將此 ArrayList 例項的容量調整為列表的當前大小。應用程式可以使用此操作來最小化 ArrayList 例項的儲存量。
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遍歷方式：
ArrayList支援3種遍歷方式
1.通過迭代器遍歷。即通過Iterator去遍歷
2.隨機訪問，通過索引值去遍歷，ArrayList實現了RandomAccess介面，它支援通過索引值去隨機訪問元素
3.for迴圈遍歷

遍歷ArrayList時，使用隨機訪問(即通過索引序號訪問)效率最高，而使用迭代器的效率相對較低。

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