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ArrayList也叫数组列表,底层使用的数组实现的,严格来说是动态数组。
ArrayList工作原理其实很简单,底层是动态数组,每次创建一个ArrayList实例时会分配一个初始容量(如果指定了初始容量的话),以add方法为例,如果没有指定初始容量,当执行add方法,先判断当前数组是否为空,如果为空则给保存对象的数组分配一个最小容量,默认为10。当添加大容量元素额时候,会先增加数组的大小,以提高添加的效率。
由于ArrayList方法较多,对源码的分析选取了我们平时最常用的add、get和remove方法来分析。
add方法重载了多个实现,包括add(E e)和add(int index,E e),由于没有指定插入的位置,每次插入操作会把元素放到数组的末尾,而这个过程只需要保证容量够用就行.
add(E e)
public boolean add(E e) { //保证数组的容量始终够用 ensureCapacityInternal(size + 1); //size是elementData数组中元组的个数,初始为0 elementData[size++] = e; return true;}private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { //如果数组没有元素,给数组一个默认大小,会选择实例化时的值与默认大小中较大值 if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) { minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); } //保证容量够用 ensureExplicitCapacity(minCapacity);}private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { //modCount是数组发生size更改的次数 modCount++; // 如果数组长度小于默认的容量10,则调用扩大数组大小的方法 if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity);}private void grow(int minCapacity) { // overflow-conscious code int oldCapacity = elementData.length; // 在原来容量的基础上扩容2倍 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity; // 新的容量大于数组最大值,则调用hugeCapacity() if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // minCapacity is usually close to size, so this is a win: elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); }private static int hugeCapacity(int minCapacity) { // 超过int最大数,发生大数溢出 if (minCapacity < 0) // overflow throw new OutOfMemoryError(); // 容量为int的最大值 return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE;}
add(int index,E e)
public void add(int index, E element) { //判断index的值是否合法,如果大于size或者小于0则将抛出异常 rangeCheckForAdd(index); //保证容量够用,并修改modCount的值 ensureCapacityInternal(size + 1); //从第index位置开始,将元素往后移动一个位置 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); //把要插入的元素e放在第index位置 elementData[index] = element; //数组元素的个数增加1 size++;}
get方法最简单,首先判断该位置是否合法,如果合法则直接返回该位置的元素。
public E get(int index) { rangeCheck(index); return elementData(index);}
由于删除操作会改变size,所以每次删除都需要把元素向前移动一个位置,然后把原来最后一个位置的元素设置为null,一次删除操作完成。
public E remove(int index) { //判断index是否合法 rangeCheck(index); //remove操作会改变size,所以modCount加1 modCount++; //保存待删除位置的元素 E oldValue = elementData(index); //要移动的元素个数 int numMoved = size - index - 1; //如果index不是最后一个元素,则从第index+1到最后一个位置,依次向前移动一个位置 if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,numMoved); //元素的size减少1,并把原来末尾位置元素的值设置为null elementData[--size] = null; //返回index位置的值 return oldValue;}
注意到源码调用了System.arraycopy方法,该方法是native的,即该代码是其他语言编写,但Java允许与其进行交互(详情请搜索JNI),那么该方法是如何让实现的呢?
//add方法的System.arraycopy()//把从第i位置的元素开始到最后一个元素,都往后移动一个位置for(int j = size - 1; j > i; j--){ elements[j] = elements[j-1];}//把第i位置的值改为eelements[i] = e;//remove方法的System.arraycopy()方法//把从第i位置到最后一个位置,都向前移动一个位置for (int j = i; j < size - 1; j++) { elements[j] = elements[j + 1];}//把数组的元素个数减少1elements[--size] = null;
LinkedList底层使用的双向链表,即每个节点既包含指向其后继的引用也包括指向其前驱的引用,LinkedList实现了List接口,继承了AbstractSequentialList类,在频繁进行插入以及删除的情况下效率较高。此外LinkedList还实现了Deque(继承自Queue接口)接口,可以当做队列使用。
默认添加到list的末尾,插入一个节点非常快,直接找到该位置的节点,修改节点的前驱以及后继的引用即可
public boolean add(E e) { //把e放在链表的最后一个位置 linkLast(e); return true;}// 在list末尾添加,修改相应引用void linkLast(E e) { //last是链表最后一个节点的引用,现在l也指向最后一个节点 final Nodel = last; //调用Node(Node prev, E element, Node next)构造方法 final Node newNode = new Node<>(l, e, null); //last节点指向newNode last = newNode; //如果l为空,则链表为空,直接把newNode链接在首节点后面即可,否则把newNode链接//在l节点的后面 if (l == null) first = newNode; else l.next = newNode; //链表的元素个数增加1 size++; //modCount是链表发生结构性修改的次数(结构性修改是指发生添加或者删除操作) modCount++;}
获取index节点的值要从头或尾遍历链表,当数据量很大的时候,效率无疑是低下的。
public E get(int index) { //检查index是否合法 checkElementIndex(index); //如果合法就返回该节点位置的值 return node(index).item;}//获取index位置上的节点Nodenode(int index) { //断言index在链表中 // assert isElementIndex(index); //从第一个节点开始寻找直到index位置,然后返回index//位置的节点 if (index < (size >> 1)) { Node x = first; for (int i = 0; i < index; i++) x = x.next; return x; } else { //从最后一个节点开始往前寻找节点 Node x = last; for (int i = size - 1; i > index; i--) x = x.prev; return x; }}//检查index值的合法性private void checkElementIndex(int index) { if (!isElementIndex(index)) throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));}//判断index是否存在于链表中private boolean isElementIndex(int index) { return index >= 0 && index < size;}
public E remove(int index) { checkElementIndex(index); return unlink(node(index));}E unlink(Nodex) { // assert x != null; //保存x节点的值 final E element = x.item; //保存x节点的后继 final Node next = x.next; //保存x节点的前驱 final Node prev = x.prev; //如果前驱为null,说明要移除的是第一个节点,把First指向下一个节点就行 if (prev == null) { first = next; } else { //否则,把x节点前驱的后继指向x的后继,并把x的前驱设置为null prev.next = next; x.prev = null; } //如果后继为null则要移除的是最后一个节点,则把last的引用指向x节点的前驱就ok if (next == null) { last = prev; } else { //否则,把x节点的后继的前驱设置为x节点的前驱,并x节点的后继设为null next.prev = prev; x.next = null; } //把x节点的值设为null,这样x就没有任何引用了,gc处理 x.item = null; //把链表的size减少1 size--; //结构性修改的次数增加1 modCount++; //返回x节点的值,在移除之前已经保存在element中了 return element;}
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