ArrayList是我們開發中最常用到的集合，但是很多人對它的源碼並不瞭解，導致面試時，面試官問的稍微深入的問題，就無法作答，今天我們一起來探究一下ArrayList源碼。 1. 簡介 ArrayList底層是數組，允許元素是null，能夠動態擴容 size、isEmpty、get、set、add ...
ArrayList是我們開發中最常用到的集合，但是很多人對它的源碼並不瞭解，導致面試時，面試官問的稍微深入的問題，就無法作答，今天我們一起來探究一下ArrayList源碼。
1. 簡介
- ArrayList底層是數組，允許元素是null，能夠動態擴容
- size、isEmpty、get、set、add 等方法時間複雜度都是 O (1)
- 非線程安全，併發修改時，會拋出ConcurrentModificationException
2. 初始化
// 初始容量
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
// 空數組
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 預設空數組
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 存儲元素的數組
transient Object[] elementData;
// 無參初始化，預設是空數組
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
// 有參初始化，指定容量大小
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);
}
}
切記：無參初始化的時候，預設是空數組，並沒有初始化容量大小，容量是在第一次添加元素的才進行初始化。
3. 添加元素
public boolean add(E e) {
// 確保數組容量夠用，size是元素個數
ensureCapacityInternal(size + 1);
// 直接賦值
elementData[size++] = e;
return true;
}
// 確保數組容量夠用
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
// 計算所需最小容量
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
// 如果數組等於空數組，最小容量為10
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
return minCapacity;
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// 如果所需最小容量大於數組長度，就進行擴容
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
看一下擴容邏輯：
// 擴容，就是把舊數據拷貝到新數組裡面
private void grow(int minCapacity) {
int oldCapacity = elementData.length;
// oldCapacity >> 1 是把oldCapacity除以2，意思是1.5倍擴容
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
// 如果擴容後的容量小於最小容量，擴容後的容量就等於最小容量
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
// 如果擴容後的容量大於Integer的最大值，就用Integer最大值
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// 擴容並賦值給原數組
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
可以看到：
- 擴容是以原容量的1.5倍擴容，並不是翻倍擴容
- 最大容量是Integer的最大值
- 添加元素時，沒有對元素校驗，可以是null
再看一下數組拷貝的邏輯，這裡都是Arrays類裡面的方法了：
/**
* @param original 原數組
* @param newLength 新的容量大小
*/
public static <T> T[] copyOf(T[] original, int newLength) {
return (T[]) copyOf(original, newLength, original.getClass());
}
public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) {
// 創建一個新數組，容量是新的容量大小
T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class)
? (T[]) new Object[newLength]
: (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength);
// 把原數組的元素拷貝到新數組
System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
Math.min(original.length, newLength));
return copy;
}
最終調用了System類的數組拷貝方法，是native方法：
/**
* @param src 原數組
* @param srcPos 原數組的開始位置
* @param dest 目標數組
* @param destPos 目標數組的開始位置
* @param length 被拷貝的長度
*/
public static native void arraycopy(Object src, int srcPos,
Object dest, int destPos,
int length);
4. 刪除單個元素
public boolean remove(Object o) {
// 判斷要刪除的元素是否為null
if (o == null) {
// 遍曆數組
for (int index = 0; index < size; index++)
// 如果和當前位置上的元素相等，就刪除當前位置上的元素
if (elementData[index] == null) {
fastRemove(index);
return true;
}
} else {
// 遍曆數組
for (int index = 0; index < size; index++)
// 如果和當前位置上的元素相等，就刪除當前位置上的元素
if (o.equals(elementData[index])) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}
// 刪除該位置上的元素
private void fastRemove(int index) {
modCount++;
// 計算需要移動的元素的個數
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
// 從index+1位置開始拷貝，也就是後面的元素整體向左移動一個位置
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
// 數組最後一個元素賦值為null，防止會導致記憶體泄漏
elementData[--size] = null;
}
可以知道，刪除元素，就是遍曆數組，迴圈比較是否等於目標值。如果相等，就把該位置後面的元素整體向左移動一個位置，再把數組最後一個元素賦值為null。
5. 批量刪除
// 批量刪除ArrayList和集合c都存在的元素
public boolean removeAll(Collection<?> c) {
// 非空校驗
Objects.requireNonNull(c);
// 批量刪除
return batchRemove(c, false);
}
private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement){
final Object[] elementData = this.elementData;
int r = 0, w = 0;
boolean modified = false;
try {
for (; r < size; r++)
if (c.contains(elementData[r]) == complement)
// 把需要保留的元素左移
elementData[w++] = elementData[r];
} finally {
// 當出現異常的時候，可能不相等
if (r != size) {
// 1：可能是上面的for迴圈出現了異常
// 2：可能是其它線程添加了元素
System.arraycopy(elementData, r,
elementData, w,
size - r);
w += size - r;
}
// 把不需要保留的元素賦值為null
if (w != size) {
for (int i = w; i < size; i++)
elementData[i] = null;
modCount += size - w;
size = w;
modified = true;
}
}
return modified;
}
可以知道，批量刪除的時候，只會進行一次數組拷貝，比用for迴圈單個刪除效率更高，所以刪除一批元素的時候，儘量用removeAll()方法。
5. 總結
本文分析了ArrayList的初始化、put、add、remove、動態擴容等方法的底層源碼，相信大家對於ArrayList有了更深層次的瞭解，下篇一塊學習一下LinkedList的源碼。
