java.util.ArrayList类

java.util.ArrayList类


底层数据结构

  • 数组队列,即动态数组,可以实现动态扩容
  • 增删时间复杂度是O(N),查找时间复杂度是O(1)
  • 非线程安全,其线程安全实现是同步工具类Vector、并发工具类CopyOnWriteArrayList

类属性

  1. private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;默认初始容量(10)
  2. private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};:空数组,用于空实例
  3. private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};默认大小空实例的空数组,与EMPTY_ELEMENTDATA区分开,以便知道添加第一个元素时扩容多少
  4. transient Object[] elementData;存储元素的数组
  5. private int size;实际元素个数

    注意elementData.lengthsize不一定相等,因为elementData每次扩容会留有空闲空间,这样可以避免频繁扩容,所以elementData.length >= size


API

1.构造函数

  1. public ArrayList():默认构造函数,存储元素的数组实例化为DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA,容量为0,插入第一个元素初始容量才初始化为10
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public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
  1. public ArrayList(int initalCapacity):指定初始容量的构造函数,初始容量小于0抛出IllegalArgumentException
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public ArrayList(int intialCapacity) {
if(intialCapacity > 0){
this.elementData = new Object[initialCapacity];
}else if(intialCapacity == 0){
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}else{
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: " + intialCapacity);
}
}
  1. public ArrayList(Collection<? extends E> c):构造一个包含指定集合的ArrayList元素顺序与集合迭代器返回的顺序一致
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public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray(); //集合转数组
if((size = elementData.length) != 0){
//集合.toArray()方法返回的可能不是Object[],这时候需要强转
if(elementData.getClass() != Object[].class)
//传入数组类型强转
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
}else{
//直接用空数组代替
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}

2.最小化ArrayList存储:trimToSize()

  • public void trimToSize()ArrayList实例的容量(elementData.length)缩减到实际元素数组大小(size),应用程序可以借此操作来最小化ArrayList实例的存储

    如果你的ArrayList是不变的,那么用trimToSize()可以节省一点点的空间,除非是非常在意空间,否则没有必要;但是如果你的ArrayList是频繁变更的,使用此方法反而会导致频繁的扩容,影响性能。所以此方法用得并不多。

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public void trimToSize() {
modCount++;
//elementData.length >= size
//当elementData.length == size时,没有操作必要
if(elementData.length > size) {
elementData = (size == 0)
? EMPTY_ELEMENTDATA
: Arrays.copyOf(elementData, size);
}
}

3.扩容:ensureCapacity(int minCapacity)

  • public void ensureCapacity(int minCapacity)如有必要,则对ArrayList进行扩容,保证最少能容纳minCapacity个元素
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public void ensureCapacity(int minCapacity) {
int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
? 0
: DEFAULT_CAPACITY;
if(minCapacity > minExpand)
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}

//扩容到具体容量
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
if(minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity); //正式扩容
}

//可以分配的最大数组长度:Integer.MAX_VALUE - 8
//数组对象的头部需要有一个8位的元数据,记录数组长度
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

//扩容1.5倍
private void grow(int minCapacity) {
int oldCapacity = elementData.length;
//每次扩容1.5倍
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
//扩容后容量如果还是小于指定容量,那么直接使用指定容量
if(newCapacity - minCapacity < 0)
newCapactiy = minCapacity;
//数组最大容量不能超过MAX_ARRAY_SIZE
if(newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
//hugeCapacity()用于比较minCapacity和MAX_ARRAY_SIZE
//如果minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE,新容量为Integer.MAX_VALUE
//否则新容量为MAX_ARRAY_SIZE
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

//用于比较minCapacity和MAX_ARRAY_SIZE
//如果minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE,返回Integer.MAX_VALUE
//否则返回为MAX_ARRAY_SIZE
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0)
throw new OutOfMemoryError();
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}

4.元素个数:size()

public int size()返回实际元素个数,即size

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public int size() {
return size;
}

5.判空:isEmpty()

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public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}

6.元素首次出现位置:indexOf()

public int indexOf(Object o)顺序遍历,返回元素首次出现的位置,如果不存在则返回-1

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public int indexOf(Object o) {
if(o == null) {
for(int i = 0; i < size; i++) {
if(elementData[i] == null) //null
return i;
}
}else{
for(int i = 0; i < size; i++) {
if(o.equals(elementData[i])) //not-null
return i;
}
}
return -1; //不存在则返回-1
}

7.元素最后出现位置:lastIndexOf()

public int lastIndexOf(Object o)逆序遍历,返回元素最后出现的位置,如果不存在则返回-1

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public int lastIndexOf(Object o) {
if(o == null) {
for(int i = size - 1; i >= 0; i--) {
if(elementData[i] == null) //null
return i;
}
}else{
for(int i = size - 1; i >= 0; i--) {
if(o.equals(elementData[i])) //not-null
return i;
}
}
return -1; //不存在则返回-1
}

8.判断是否包含指定元素:contains

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public boolean contains(Object o) {
return indexOf(o) >= 0;
}

9.浅拷贝:clone()

参考《Java对象的 浅拷贝 & 深拷贝》

public Object clone()之所以说ArrayList中的clone()是浅拷贝,是因为虽然拷贝出的ArrayList和原ArrayList指向的内存地址不同,但是两者内部的元素内存地址却是相同的, 并没有开辟新内存

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//浅拷贝, 内部元素引用相同, 没有开辟新内存
public Object clone() {
try{
ArrayList<?> v = (ArrayList<?>)super.clone();
//复制实际元素,不包括空闲部分
v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
//modCount清零
v.modCount = 0;
return v;
}catch(CloneNotSupportedException e){ //不支持clone()
throw new InternalError(e);
}
}

10.转数组:toArray()

  1. public Object[] toArray()返回实际元素的Object[]数组
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public Object[] toArray() {
//只返回实际元素,不包括空闲部分
return Arrays.copyOf(elementData, size);
}
  1. public <T> T[] toArray(T[] a)ArrayList中的元素加入一个指定类型的数组
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```java
@SuppressWarnings("unchecked")
public <T> T[] toArray(T[] a) {
if(a.length < size)
return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());
System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
if(a.length > size)
a[size] = null;
return a;
}

11.返回指定位置元素:public E get(int index)

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public E get(int index) {
//检查index是否在[0, size]范围内
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}

@SuppressWarnings("unchecked")
E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
}

12.用指定元素替换对应位置元素: set(int index, E e)

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public E set(int index, E element) {
//检查index是否在[0, size]范围内
rangeCheck(index);
E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
return oldValue; //返回旧元素
}

13.插入元素

  1. public boolean add(E e): 尾插
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public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1);
elementData[size++] = e;
return true;
}

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
// 获取默认的容量和传入参数的较大值
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}

ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
  1. public void add(int index, E element): 调用System.arraycopy()在指定位置插入
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public void add(int index, E element) {
rangeCheck(index);
ensureCapacityInternal(size + 1);
//src, srcPos, desc, descPos, len
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}

14.添加集合

  1. public boolean addAll(Collection<? extends E> c): 尾插
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public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityInternal(size + numNew);
System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
  1. public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c): 在指定位置插入
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public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
rangeCheckForAdd(index);

Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityInternal(size + numNew);

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;
}

15.删除元素

  1. public E remove(int index): 删除指定位置元素
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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);
//置为null的目的是为了让GC进行回收!!!!!!!
//不这么做的话ArrayList并不会归还这部分的内存!!!!!
elementData[--size] = null;
return oldValue;
}
  1. public boolean remove(Object o): 删除首次出现的指定元素(如果有多个只会删除第一个) , 如果不存在返回false
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//删除首次出现的指定元素(如果有多个只会删除第一个) , 如果不存在返回false
public boolean remove(Object o) {
if(o == null) {
for(int i = 0; i < size; i++){
if(elementData[i] == null){ //null
fastRemove(i);
return true;
}
}
}else{
for(int i = 0; i < size; i++){
if(o.equals(elementData[i])){ //equals
fastRemove(i);
return true;
}
}
}
return false;
}

private void fastRemove(int index) {
modCount++;
int numMoved = size - index - 1;
System.arraycopy(elementData, index + 1,
elementData, index, numMoved);
//置为null的目的是为了让GC进行回收!!!!!!!
//不这么做的话ArrayList并不会归还这部分的内存!!!!!
elementData[--size] = null;
}
  1. public void clear(): 删除所有元素
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public void clear() {
modCount++;
//置为null的目的是为了让GC进行回收!!!!!!!
//不这么做的话ArrayList并不会归还这部分的内存!!!!!
for (int i = 0; i < size; i++)
elementData[i] = null;

size = 0;
}
  1. protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex): 删除指定范围内的元素
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protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
modCount++;
int numMoved = size - toIndex;
System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,
numMoved);

//置为null的目的是为了让GC进行回收!!!!!!!
//不这么做的话ArrayList并不会归还这部分的内存!!!!!
int newSize = size - (toIndex-fromIndex);
for (int i = newSize; i < size; i++) {
elementData[i] = null;
}
size = newSize;
}
  1. public boolean removeAll(Collection<?> c): 删除指定集合中包含的元素
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public boolean removeAll(Collection<?> c) {
Objects.requireNonNull(c);
//如果此列表被修改则返回true
return batchRemove(c, false);
}
  1. public boolean retainAll(Collection<?> c): 删除除指定集合中包含的元素外的所有元素
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public boolean retainAll(Collection<?> c) {
Objects.requireNonNull(c);
return batchRemove(c, true);
}

16.迭代器

  1. public ListIterator<E> listIterator(int index)
  2. public ListIterator<E> listIterator()
  3. public Iterator<E> iterator()

常见问题

为什么remove()/clear()/removeRange()方法要将数组尾部被删除位置置为null?

置为null的目的是为了让GC进行回收, 不这么做的话ArrayList并不会归还这部分的内存!

父类

  • AbstractList

父接口

  1. List
  2. RandomAccess
  3. Cloneable
  4. Serializable
-------------本文结束感谢您的阅读-------------

本文标题:java.util.ArrayList类

文章作者:DragonBaby308

发布时间:2019年08月26日 - 22:29

最后更新:2020年01月25日 - 13:05

原始链接:http://www.dragonbaby308.com/java-util-ArrayList/

许可协议: 署名-非商业性使用-禁止演绎 4.0 国际 转载请保留原文链接及作者。

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