Java集合之ArrayList示例代码分析

黄舟 2017-03-17 17:19 1675浏览原创

ArrayList简介：ArrayList是一个数组队列，相当于一个动态的数组，容量可以动态的增长；它继承了AbstractList并实现了List，RandomAccess，Cloneable、Serializable这些接口。

特性：

（1）ArrayList继承了AbstractList，实现了List，它是一个数组队列，提供了相关的添加、删除、修改、遍历等功能。

（2）ArrayList实现了RandomAccess接口，提供了随机访问功能，RandomAccess是Java中用来被List实现，为List提供快速访问功能的；还可以通过元素下标进行快速随机访问。

（3）ArrayList实现了Cloneable接口，覆盖了函数clone()，可以被克隆。

（4）ArrayList实现了Serializable接口，可以被序列化，通过网络传输。

（5）ArrayList不是线程安全的，建议在单线程中使用。

（6）ArrayList是使用elementData一个Object[] 数组来动态存储数据的。

（7）对象数组的初始大小为10，数组大小调整方式是newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

arraylist支持三种遍历方式：

（1）通过迭代器进行遍历，即通过Itreator去遍历

Integer value=Iterator iter=list.iterator()(iter.hasNext())
{
    value=(Interger)iter.next()}

（2）随机访问模式，通过索引值去遍历所有元素

Interger value=size=list.size()fo(i=i<i></i><p>（3）for循环遍历<span style="line-height:1.5">  </span></p><pre class="brush:java;toolbar:false">Integer value=(Integer inte : list)
{
    value=inte}

三种遍历方式中通过索引去遍历速度最快，通过迭代器去遍历速度最慢。

示例程序：

public class Hello {

    public static void main(String[] args) {

        ArrayList list = new ArrayList();
        list.add("1");
        list.add("2");
        list.add("3");
        list.add("4");
        list.add(0, "5");
        System.out.println("the first element is: "+ list.get(0));
        list.remove("3");
        System.out.println("Arraylist size=: "+ list.size());
        System.out.println("ArrayList contains 3 is: "+ list.contains(3));
        list.set(1, "10");
        for(Iterator iter = list.iterator(); iter.hasNext(); )
        {
            System.out.println("next is: "+ iter.next());
        }
        String[] arr = (String[])list.toArray(new String[0]);
        for (String str:arr)
            System.out.println("str: "+ str);
        list.clear();
        System.out.println("ArrayList is empty: "+ list.isEmpty());
    }
}

运行结果：

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

ArrayList源代码分析：

// Arraylist继承了AbstractList 实现了List，RandomAccess，Cloneable，Serializable接口

public class ArrayList<e> extends AbstractList<e>
        implements List<e>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
    private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;  //序列化ID
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; //初始大小为10，会动态增加
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};//空的数组实例
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    transient Object[] elementData; // ArrayList用来存储对象的数组
    private int size;//数组中包含对象的个数
    //ArrayList构造函数，构造初始大小的elementData
    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);
        }
    }
    //构造函数，初始化大小为10的数组
    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
    //带有Collection的构造函数
    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;
        }
    }
    //当前容量值设置为实际个数
    public void trimToSize() {
        modCount++;
        if (size  minExpand) {
            ensureExplicitCapacity(minCapacity);
        }
    }
    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }

        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }

    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
    //最大的容量分配
    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        if (newCapacity - minCapacity  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) {
        if (minCapacity  MAX_ARRAY_SIZE) ?
                Integer.MAX_VALUE :
                MAX_ARRAY_SIZE;
    }
    //返回ArrayList的大小
    public int size() {
        return size;
    }
    //判断ArrayList是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }
    //判断是否含有某个对象
    public boolean contains(Object o) {
        return indexOf(o) >= 0;
    }
    //查找对象，返回坐标
    public int indexOf(Object o) {
        if (o == null) {
            for (int i = 0; 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;
    }
    //返回一个影子对象克隆
    public Object clone() {
        try {
            ArrayList> v = (ArrayList>) super.clone();
            v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
            v.modCount = 0;
            return v;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            // this shouldn't happen, since we are Cloneable
            throw new InternalError(e);
        }
    }
    //返回一个包含所有ArrayList元素的数组
    public Object[] toArray() {
        return Arrays.copyOf(elementData, size);
    }
    //返回泛型对象数组，一般使用这个不是上边那个
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public <t> T[] toArray(T[] a) {
        if (a.length  size)
            a[size] = null;
        return a;
    }
    //得到指定下标的对象
    @SuppressWarnings("unchecked")
    E elementData(int index) {
        return (E) elementData[index];
    }
    //得到指定下标的对象，并对下标进行判断
    public E get(int index) {
        rangeCheck(index);

        return elementData(index);
    }
    //替换指定下标的对象，会检查下标并返回
    public E set(int index, E element) {
        rangeCheck(index);

        E oldValue = elementData(index);
        elementData[index] = element;
        return oldValue;
    }
    //追加对象
    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }
    //在指定的下标后增加对象
    public void add(int index, E element) {
        rangeCheckForAdd(index);

        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                size - index);
        elementData[index] = element;
        size++;
    }
    //删除指定坐标的对象
    public E remove(int index) {
        rangeCheck(index);

        modCount++;
        E oldValue = elementData(index);

        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;
    }
    // 删除ArrayList第一次出现的对象o
    public boolean remove(Object o) {
        if (o == null) {
            for (int index = 0; index  0)
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                    numMoved);
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
    }
    //清空ArrayList
    public void clear() {
        modCount++;

        // clear to let GC do its work
        for (int i = 0; i  c) {
        Object[] a = c.toArray();
        int numNew = a.length;
        ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount
        System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
        size += numNew;
        return numNew != 0;
    }
    //在ArrayList中的某个坐标后追加集合c
    public boolean addAll(int index, Collection extends E> c) {
        rangeCheckForAdd(index);

        Object[] a = c.toArray();
        int numNew = a.length;
        ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount
        int 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;
    }
    //删除范围中的对象
    protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
        modCount++;
        int numMoved = size - toIndex;
        System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,
                numMoved);

        // clear to let GC do its work
        int newSize = size - (toIndex-fromIndex);
        for (int i = newSize; i = size)
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }
    //在添加或者添加所有的时候范围检查
    private void rangeCheckForAdd(int index) {
        if (index > size || index  c) {
        Objects.requireNonNull(c);
        return batchRemove(c, false);
    }
    public boolean retainAll(Collection> c) {
        Objects.requireNonNull(c);
        return batchRemove(c, true);
    }
    //删除c中的在ArrayList中存在或者不存在的
    private boolean batchRemove(Collection> c, boolean complement) {
        final Object[] elementData = this.elementData;
        int r = 0, w = 0;
        boolean modified = false;
        try {
            for (; r  0) {
            // be like clone(), allocate array based upon size not capacity
            ensureCapacityInternal(size);
            Object[] a = elementData;
            // Read in all elements in the proper order.
            for (int i=0; i<size> listIterator(int index) {
        if (index  size)
            throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);
        return new ListItr(index);
    }
    public ListIterator<e> listIterator() {
        return new ListItr(0);
    }
    public Iterator<e> iterator() {
        return new Itr();
    }
    private class Itr implements Iterator<e> {
        int cursor;       // index of next element to return
        int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
        int expectedModCount = modCount;

        public boolean hasNext() {
            return cursor != size;
        }

        @SuppressWarnings("unchecked")
        public E next() {
            checkForComodification();
            int i = cursor;
            if (i >= size)
                throw new NoSuchElementException();
            Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
            if (i >= elementData.length)
                throw new ConcurrentModificationException();
            cursor = i + 1;
            return (E) elementData[lastRet = i];
        }

        public void remove() {
            if (lastRet  consumer) {
            Objects.requireNonNull(consumer);
            final int size = ArrayList.this.size;
            int i = cursor;
            if (i >= size) {
                return;
            }
            final Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
            if (i >= elementData.length) {
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
            while (i != size && modCount == expectedModCount) {
                consumer.accept((E) elementData[i++]);
            }
            // update once at end of iteration to reduce heap write traffic
            cursor = i;
            lastRet = i - 1;
            checkForComodification();
        }

        final void checkForComodification() {
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }
    private class ListItr extends Itr implements ListIterator<e> {
        ListItr(int index) {
            super();
            cursor = index;
        }

        public boolean hasPrevious() {
            return cursor != 0;
        }

        public int nextIndex() {
            return cursor;
        }

        public int previousIndex() {
            return cursor - 1;
        }

        @SuppressWarnings("unchecked")
        public E previous() {
            checkForComodification();
            int i = cursor - 1;
            if (i = elementData.length)
                throw new ConcurrentModificationException();
            cursor = i;
            return (E) elementData[lastRet = i];
        }

        public void set(E e) {
            if (lastRet  subList(int fromIndex, int toIndex) {
        subListRangeCheck(fromIndex, toIndex, size);
        return new SubList(this, 0, fromIndex, toIndex);
    }

    static void subListRangeCheck(int fromIndex, int toIndex, int size) {
        if (fromIndex  size)
            throw new IndexOutOfBoundsException("toIndex = " + toIndex);
        if (fromIndex > toIndex)
            throw new IllegalArgumentException("fromIndex(" + fromIndex +
                    ") > toIndex(" + toIndex + ")");
    }

    private class SubList extends AbstractList<e> implements RandomAccess {
        private final AbstractList<e> parent;
        private final int parentOffset;
        private final int offset;
        int size;

        SubList(AbstractList<e> parent,
                int offset, int fromIndex, int toIndex) {
            this.parent = parent;
            this.parentOffset = fromIndex;
            this.offset = offset + fromIndex;
            this.size = toIndex - fromIndex;
            this.modCount = ArrayList.this.modCount;
        }

        public E set(int index, E e) {
            rangeCheck(index);
            checkForComodification();
            E oldValue = ArrayList.this.elementData(offset + index);
            ArrayList.this.elementData[offset + index] = e;
            return oldValue;
        }

        public E get(int index) {
            rangeCheck(index);
            checkForComodification();
            return ArrayList.this.elementData(offset + index);
        }

        public int size() {
            checkForComodification();
            return this.size;
        }

        public void add(int index, E e) {
            rangeCheckForAdd(index);
            checkForComodification();
            parent.add(parentOffset + index, e);
            this.modCount = parent.modCount;
            this.size++;
        }

        public E remove(int index) {
            rangeCheck(index);
            checkForComodification();
            E result = parent.remove(parentOffset + index);
            this.modCount = parent.modCount;
            this.size--;
            return result;
        }

        protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
            checkForComodification();
            parent.removeRange(parentOffset + fromIndex,
                    parentOffset + toIndex);
            this.modCount = parent.modCount;
            this.size -= toIndex - fromIndex;
        }

        public boolean addAll(Collection extends E> c) {
            return addAll(this.size, c);
        }

        public boolean addAll(int index, Collection extends E> c) {
            rangeCheckForAdd(index);
            int cSize = c.size();
            if (cSize==0)
                return false;

            checkForComodification();
            parent.addAll(parentOffset + index, c);
            this.modCount = parent.modCount;
            this.size += cSize;
            return true;
        }

        public Iterator<e> iterator() {
            return listIterator();
        }

        public ListIterator<e> listIterator(final int index) {
            checkForComodification();
            rangeCheckForAdd(index);
            final int offset = this.offset;

            return new ListIterator<e>() {
                int cursor = index;
                int lastRet = -1;
                int expectedModCount = ArrayList.this.modCount;

                public boolean hasNext() {
                    return cursor != SubList.this.size;
                }

                @SuppressWarnings("unchecked")
                public E next() {
                    checkForComodification();
                    int i = cursor;
                    if (i >= SubList.this.size)
                        throw new NoSuchElementException();
                    Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
                    if (offset + i >= elementData.length)
                        throw new ConcurrentModificationException();
                    cursor = i + 1;
                    return (E) elementData[offset + (lastRet = i)];
                }

                public boolean hasPrevious() {
                    return cursor != 0;
                }

                @SuppressWarnings("unchecked")
                public E previous() {
                    checkForComodification();
                    int i = cursor - 1;
                    if (i = elementData.length)
                        throw new ConcurrentModificationException();
                    cursor = i;
                    return (E) elementData[offset + (lastRet = i)];
                }

                @SuppressWarnings("unchecked")
                public void forEachRemaining(Consumer super E> consumer) {
                    Objects.requireNonNull(consumer);
                    final int size = SubList.this.size;
                    int i = cursor;
                    if (i >= size) {
                        return;
                    }
                    final Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
                    if (offset + i >= elementData.length) {
                        throw new ConcurrentModificationException();
                    }
                    while (i != size && modCount == expectedModCount) {
                        consumer.accept((E) elementData[offset + (i++)]);
                    }
                    // update once at end of iteration to reduce heap write traffic
                    lastRet = cursor = i;
                    checkForComodification();
                }

                public int nextIndex() {
                    return cursor;
                }

                public int previousIndex() {
                    return cursor - 1;
                }

                public void remove() {
                    if (lastRet  subList(int fromIndex, int toIndex) {
            subListRangeCheck(fromIndex, toIndex, size);
            return new SubList(this, offset, fromIndex, toIndex);
        }

        private void rangeCheck(int index) {
            if (index = this.size)
                throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
        }

        private void rangeCheckForAdd(int index) {
            if (index  this.size)
                throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
        }

        private String outOfBoundsMsg(int index) {
            return "Index: "+index+", Size: "+this.size;
        }

        private void checkForComodification() {
            if (ArrayList.this.modCount != this.modCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
        }

        public Spliterator<e> spliterator() {
            checkForComodification();
            return new ArrayListSpliterator<e>(ArrayList.this, offset,
                    offset + this.size, this.modCount);
        }
    }

    @Override
    public void forEach(Consumer super E> action) {
        Objects.requireNonNull(action);
        final int expectedModCount = modCount;
        @SuppressWarnings("unchecked")
        final E[] elementData = (E[]) this.elementData;
        final int size = this.size;
        for (int i=0; modCount == expectedModCount && i  spliterator() {
        return new ArrayListSpliterator(this, 0, -1, 0);
    }

    /** Index-based split-by-two, lazily initialized Spliterator */
    static final class ArrayListSpliterator<e> implements Spliterator<e> {

        private final ArrayList<e> list;
        private int index; // current index, modified on advance/split
        private int fence; // -1 until used; then one past last index
        private int expectedModCount; // initialized when fence set

        /** Create new spliterator covering the given  range */
        ArrayListSpliterator(ArrayList<e> list, int origin, int fence,
                             int expectedModCount) {
            this.list = list; // OK if null unless traversed
            this.index = origin;
            this.fence = fence;
            this.expectedModCount = expectedModCount;
        }

        private int getFence() { // initialize fence to size on first use
            int hi; // (a specialized variant appears in method forEach)
            ArrayList<e> lst;
            if ((hi = fence)  trySplit() {
            int hi = getFence(), lo = index, mid = (lo + hi) >>> 1;
            return (lo >= mid) ? null : // pide range in half unless too small
                    new ArrayListSpliterator<e>(list, lo, index = mid,
                            expectedModCount);
        }

        public boolean tryAdvance(Consumer super E> action) {
            if (action == null)
                throw new NullPointerException();
            int hi = getFence(), i = index;
            if (i  action) {
            int i, hi, mc; // hoist accesses and checks from loop
            ArrayList<e> lst; Object[] a;
            if (action == null)
                throw new NullPointerException();
            if ((lst = list) != null && (a = lst.elementData) != null) {
                if ((hi = fence) = 0 && (index = hi)  filter) {
        Objects.requireNonNull(filter);
        // figure out which elements are to be removed
        // any exception thrown from the filter predicate at this stage
        // will leave the collection unmodified
        int removeCount = 0;
        final BitSet removeSet = new BitSet(size);
        final int expectedModCount = modCount;
        final int size = this.size;
        for (int i=0; modCount == expectedModCount && i  0;
        if (anyToRemove) {
            final int newSize = size - removeCount;
            for (int i=0, j=0; (i  operator) {
        Objects.requireNonNull(operator);
        final int expectedModCount = modCount;
        final int size = this.size;
        for (int i=0; modCount == expectedModCount && i  c) {
        final int expectedModCount = modCount;
        Arrays.sort((E[]) elementData, 0, size, c);
        if (modCount != expectedModCount) {
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
        modCount++;
    }
}</e></e></e></e></e></e></e></e></e></e></e></e></e></e></e></e></e></e></e></size></t></e></e></e>

详细介绍用C#描述数据结构3：ArrayList的图文代码

js实现ArrayList功能附实例代码

PHP实现C#山寨ArrayList的方法