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Java ArrayList 实现实例讲解

 ArrayList概述: 

ArrayList是基于数组实现的,是一个动态数组,其容量能自动增长,类似于C语言中的动态申请内存,动态增长内存。

    ArrayList不是线程安全的,只能用在单线程环境下,多线程环境下可以考虑用Collections.synchronizedList(List l)函数返回一个线程安全的ArrayList类,也可以使用concurrent并发包下的CopyOnWriteArrayList类。

    ArrayList实现了Serializable接口,因此它支持序列化,能够通过序列化传输,实现了RandomAccess接口,支持快速随机访问,实际上就是通过下标序号进行快速访问,实现了Cloneable接口,能被克隆。

   每个ArrayList实例都有一个容量,该容量是指用来存储列表元素的数组的大小。它总是至少等于列表的大小。随着向ArrayList中不断添加元素,其容量也自动增长。自动增长会带来数据向新数组的重新拷贝,因此,如果可预知数据量的多少,可在构造ArrayList时指定其容量。在添加大量元素前,应用程序也可以使用ensureCapacity操作来增加ArrayList实例的容量,这可以减少递增式再分配的数量。 

   注意,此实现不是同步的。如果多个线程同时访问一个ArrayList实例,而其中至少一个线程从结构上修改了列表,那么它必须保持外部同步。

下面对java arraylist做一个记录和总结吧

public class arraylist<E> {
  /**
   * 存放集合的元素 
   * 
   */
  private transient Object[] elementData;
  /** 元素的大小 */
  private int size;

定义了一个泛型类,一个object的数组和一个私有变量来记录该集合的元素数量,原文多了一个私有变量,我也不知道干嘛用的,作者也没解释也没提及到,我没使用也没事

/**
   * 根据指定大小初始化
   * @param initialCapacity
   */
  public arraylist(int initialCapacity){
    super();
    if(initialCapacity<=0){
      //抛异常
      throw new IllegalArgumentException("初始化参数不能小于0");
    }else{
      //初始化数组
      this.elementData=new Object[initialCapacity];
    }
  }
  /**
   * 默认初始化
   */
  public arraylist(){
    this(10);
  }
  /**
   * 根据一个集合类初始化
   * @param c 一个必须继承了Collection接口的类
   */
  public arraylist(Collection<? extends E> c){
    //初始化
    elementData=c.toArray();
    size=elementData.length;
    //如果不是任意类型的数组就转换Objec类型
    if (elementData.getClass() != Object[].class){
      elementData=Arrays.copyOf(elementData,size, Object[].class);
    }
  }

3个初始化方法,根据默认大小进行数组的初始化,给定大小初始化和传递一个继承了Collection集合接口的类进行转换赋值初始化

/**
   * 扩容集合
   * @param minCapacity
   */
  public void ensureCapacity(int minCapacity){
    /** 当前数组的大小 */
    int oldCapacity = elementData.length; 
    if (minCapacity > oldCapacity) {
      /**
       * oldData 虽然没有被使用,但是这是关于内存管理的原因和Arrays.copyOf()方法不是线程安全
       * oldData在if的生命周期内引用elementData这个变量,所以不会被GC回收掉
       * 当Arrays.copyOf()方法在把elementData复制到newCapacity时,就可以防止新的内存或是其他线程分配内存是elementData内存被侵占修改
       * 当结束是离开if,oldData周期就结束被回收
       */
      Object oldData[] = elementData; 
      int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1; //增加50%+1
        if (newCapacity < minCapacity) 
          newCapacity = minCapacity; 
     //使用Arrays.copyOf把集合的元素复制并生成一个新的数组
     elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); 
    } 
  }

这是一个核心的方法,集合的扩容,其实是对数组的扩容,minCapacity集合的大小,进行对比判断是否应该进行扩容,使用了Arrays.copyOf()方法进行扩容,

原文有进行详细的解释,这个方法把第一个参数的内容复制到一个新的数组中,数组的大小是第二个参数,并返回一个新的数组,关于oldData的变量上文有详细的注释

 /**
   * 检查索引是否出界
   * @param index
   */
  private void RangeCheck(int index){
    if(index > size || index < 0){
      throw new IndexOutOfBoundsException("下标超出,Index: " + index + ", Size: " +size);
    }
  }

一个下标的检索是否出 1 /**

* 添加元素
   * 将指定的元素添加到集合的末尾
   * @param e 添加的元素
   * @return
   */
  public boolean add(E e){
    ensureCapacity(size+1);
    elementData[size]=e;
    size++;
    return true;
  }

添加元素,先进行扩容,在赋值,然后元素加一,注意 size+1 字段size并没有加一,这里进行的是算术的运算,所以在后面才需要进行自增

/**
   * 添加元素
   * 将元素添加到指定的位置
   * @param index 指定的索引下标
   * @param element 元素
   * @return
   */
  public boolean add(int index, E element){
    RangeCheck(index);
    ensureCapacity(size+1);
    // 将 elementData中从Index位置开始、长度为size-index的元素, 
    // 拷贝到从下标为index+1位置开始的新的elementData数组中。 
    // 即将当前位于该位置的元素以及所有后续元素右移一个位置。
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index+1, size-index);
    elementData[index]=element;
    size++;//元素加一
    return true;
  }

这里不同的是 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index+1, size-index);

这是一个c的内部方法,详细的原文有解释,这里就不说了,这个也是整个ArrayList的核心所在,也Arrays.copyOf()的内部实现原理

/**
   * 添加全部元素
   * 按照指定collection的迭代器所返回的元素顺序,将该collection中的所有元素添加到此列表的尾部。 
   * @param c
   * @return
   */
  public boolean addAll(Collection < ? extends E>c){
    Object[] newElement=c.toArray();
    int elementLength=newElement.length;
    ensureCapacity(size+elementLength);
    //从newElement 0的下标开始,elementLength个元素,elementData size的下标 
    System.arraycopy(newElement, 0, elementData, size, elementLength);
    size+=elementLength;
    return elementLength!=0;
  }

基本上其他方法都只是根据不同的情况进行不同的处理,比如通过接口把数据对象传递进来然后获取长度进行扩容,在把数据使用System,arraycopy复制到新的数组中

/**
   * 指定位置,添加全部元素
   * @param index 插入位置的下标
   * @param c 插入的元素集合
   * @return
   */
  public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c){
    if(index > size || index < 0){
      throw new IndexOutOfBoundsException("Index: " + index + ", Size: " +size);
    }
    Object[] newElement=c.toArray();
    int elementLength=newElement.length;
    ensureCapacity(size+elementLength);
    int numMoved=size-index;
    //判断插入的位置是否在数组中间
    if(numMoved>0){
      //把index插入位置的后面的所有元素往后移
      //elementData index下标开始的numMoved个元素插入到elementData 的index+elementLength位置
      System.arraycopy(elementData, index, elementData, index+elementLength, numMoved);
    }
    //把newElement里从0开始的elementLength个元素添加到elementData index开始的位置
    System.arraycopy(newElement, 0, elementData, index, elementLength); 
    size += elementLength; 
    return elementLength != 0;
  }
  
  /**
   * 指定下标赋值
   * @param index
   * @param element
   * @return
   */
  public E set(int index,E element){
    RangeCheck(index);
    E oldElement=(E)elementData[index];
    elementData[index]=element;
    return oldElement;
  }
  
  /**
   * 根据下标取值
   * @param index
   * @return
   */
  public E get(int index){
    RangeCheck(index);
    return (E)elementData[index];
  }
  
  /**
   * 根据下标移除元素
   * @param index 
   */
  public E remove(int index){
    RangeCheck(index);
    E oldElement=(E)elementData[index];
    /** 移除的下标后面的元素数量 */
    int numMoved=size-index-1;
    //如果在数组范围内就进行移动
    if(numMoved>0)
      System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
    //移除
    elementData[--size]=null;
    return oldElement;
  }
  
  /**
   * 根据元素移除
   * @param obj
   * @return
   */
  public boolean remove(Object obj){
    //Arraylist允许存放null,所以也要进行判断处理
    if(obj==null){
      for(int index=0;index<size;index++){
        if(elementData[index]==null){
           remove(index);
           return true;
        }
      }
    }else{
      for(int index=0;index<size;index++){
        if(obj.equals(elementData[index])){
           remove(index);
           return true;
        }
      }
    }
    return false;
  }
  
  /**
   * 根据下标移除指定范围内的元素
   * @param fromIndex 开始
   * @param toIndex 结束
   */
  protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex){
    RangeCheck(fromIndex);
    RangeCheck(toIndex);
    //要移动的元素数
    int numMoved = size - toIndex; 
    //把toIndex后面的元素移动到fromIndex
    System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex, numMoved);
    //要移除的元素数量
    int newSize=size-(toIndex-fromIndex);
    while(size!=newSize){
      elementData[--size]=null;
    } 
  }
  
  /**
   * 把数组容量调整到实际的容量
   */
  public void trimToSize(){
    int leng=elementData.length;
    if(size<leng){
      Object[] old=elementData;
      elementData=Arrays.copyOf(elementData, size);
    }
  }
  /**
   * 把集合元素转换成数组
   * @return
   */
  public Object[] toArray(){
    return Arrays.copyOf(elementData, size);
  }
  
  public <T>T[] toArray(T[] a){
    if(a.length<size){
      return (T[]) Arrays.copyOf(elementData,size, a.getClass());
    }
    //把集合元素复制到a数组中
    System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
     if (a.length > size){
       for(int index=size;index<a.length;index++){
         a[index] = null;
       }
     }
     return a; 
  }

基本上都是对数组进行操作和使用c的方法进行赋值移动等,详细的可以查看原文,原文中除了那个私有变量外也没多少问题,代码可以完美运行,这李要注意的和难点就会是System,arraycopy和Arrayist.copy()这2个方法
和在扩容方法里oldData这个变量的使用,这个变量真的很好,一开始我也不知道为什么要这么使用,在原文的末尾会进行解释。

以上所述是小编给大家介绍的Java ArrayList 实现实例讲解,希望对大家有所帮助,如果大家有任何疑问欢迎给我留言,小编会及时回复大家的,在此也非常感谢大家对网站的支持!

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