ArrayList源码原理研究学习1

ArrayList底层通过动态数组的数据结构实现

​ 内存需要连续的空间保证

​ 添加操作涉及到数组的动态扩容

​ 添加,删除操作都涉及到位置移动操作

​ 随机查找效率快(下标搜索)

继承体系类图:

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成员变量属性:

    /**
     * 默认的长度
     */
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

    /**
     * Shared empty array instance used for empty instances.
     */
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    /**
     * Shared empty array instance used for default sized empty instances. We
     * distinguish this from EMPTY_ELEMENTDATA to know how much to inflate when
     * first element is added.
     */
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    /**
     *最终存储数据的数组结构 
     */
    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

    /**
     * 存储的数据个数
     *
     * @serial
     */
    private int size;
     //array存储上限
     private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

构造函数初始化:

    /**
     * 带参数构造器 如果传递参数则对elementData进行真正意义上的初始化
     *
     */
    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);
        }
    }

    /**
     * 默认无参数初始化 将elementData赋值为一个空的数组对象 可以节省资源
     */
    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

add元素添加的操作流程

   public boolean add(E e) {
       //1.在真正添加数据时会判断是否有足够的空间存储数据 如果没有则扩容 
       //调用 ensureCapacityInternal 传入当前存储数据数量+1(预计存储需要的最小数组长度)
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
       //7.将需要存储的数据添加到 elementData数组的size++(最大数据的下一个下标,也就是已有数据的最后一        //位的下一位)并返回true 添加成功
         elementData[size++] = e;
        return true;
    }


    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        //2.先执行calculateCapacity(elementData, minCapacity)
        //5.执行 ensureExplicitCapacity
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }

    private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        // 3.判断elementData是否为空的数组
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            //4. DEFAULT_CAPACITY默认值为10 将传递过来的最小存储数据需要长度与默认长度进行比较     
            //并将两者最大的那个返回给 ensureExplicitCapacity
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        //4.如果已经存储过数据 则将传递过来的存储数据需要的最小长度 返回给ensureExplicitCapacity
        return minCapacity;
    }

    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        //统计内部结构修改次数的变量
        modCount++;

        // overflow-conscious code
        //6.如果当前需要的最小存储长度minCapacity减去elementData的当前数组长度大于0 则执行grow扩容
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }

    private void grow(int minCapacity) {
        //6.扩容处理
        // overflow-conscious code
        //实际存储数据的数组长度
        int oldCapacity = elementData.length;
        //通过原数组长度+原数组长度一半 得到新的数组长度
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        //判断新的数组长度减去需要当前存储数据的最小长度是否小于0
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            //如果满足条件则新的数组长度为默认的10
            newCapacity = minCapacity;
        //判断新的数组长度减去最大长度上限MAX_ARRAY_SIZE(0x7fffffff - 8)是否大于零 基本不会满足吧?
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        //进行数组拷贝 将newCapacity拷贝到一个长度为newCapacity的数组 并赋值给elementData
        elementData = Arrays.copyOf(newCapacity, newCapacity);
    }


    private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }



    //添加元素到制定下标
    public void add(int index, E element) {
        //检测下标是否合理
        rangeCheckForAdd(index);
        //判断是否需要扩容 以及更新内部存储结构更改次数
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        //进行数组位移操作 将指定下标后面全部数据整体向后移动一个下标
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                         size - index);
        //将元素赋存入指定下标
        elementData[index] = element;
        //增加存储数据的数量
        size++;
    }

get 元素的查找过程

    public E get(int index) {
        //检查下标是否合理
        rangeCheck(index);
        //下标合理返回elementData[下标] 因此ArrayList查询特别快
        return elementData(index);
    }

    private void rangeCheck(int index) {
        //判断下标是否大于或等于size(存储数据的数量 因为数组是从0开始的等于size不合理)
        if (index >= size)
            //如果不合理 抛出下标越界异常
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }
    E elementData(int index) {
        return (E) elementData[index];
    }

remove 删除操作

        public E remove(int index) {
            //检查下标是否合理
            rangeCheck(index);
            //更新内部存储数组结构的更改统计
            modCount++;
            //通过下标位找到老的元素
            E oldValue = elementData(index);

            //进行数组位移操作
            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

            return oldValue;
        }
        private void rangeCheck(int index) {
            //判断下标是否大于或等于size(存储数据的数量 因为数组是从0开始的等于size不合理)
            if (index >= size)
                //如果不合理 抛出下标越界异常
                throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
        }

set 修改操作

    public E set(int index, E element) {
        //检查下标是否合理
        rangeCheck(index);
        //通过下标位找到老的元素
        E oldValue = elementData(index);
        //将指定下标元素替换为新元素
        elementData[index] = element;
        //返回旧值
        return oldValue;
    }