4.Java SDK源码分析系列笔记-ArrayList

这篇文章介绍了4.Java SDK源码分析系列笔记-ArrayList，分享给大家做个参考，收藏Java资料网收获更多编程知识

1. 是什么

底层由数组实现的，可扩容的顺序表
有序、可以重复

2. 如何使用

public class ArrayListTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("1");
        list.add("2");

        System.out.println(list);
        
        list.remove(0);
        list.remove("2");



    }
}

3. 原理分析

3.1. uml

可以看出ArrayList是个List、可克隆、可序列化、可以使用下标访问

3.2. 构造方法

使用object数组，并且初始化长度为0

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
    //如果使用默认的无参构造初始容量为0，第一次扩容时容量为10
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

    //没有元素时使用空数组，两者区别是啥？
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    //List底层使用Object数组实现
    transient Object[] elementData; 

    //Object数组中实际使用的大小
    private int size;

    public ArrayList() {
        //默认空数组
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
}

3.3. add方法

• 不扩容O（1），扩容O（N）

public boolean add(E e) {
	//确保容量足够
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    //在默认赋值
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

3.3.1. 确保容量足够容纳新的元素

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}

private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
    //使用默认的无参构造方法创建的容量为0，那么第一次扩容为10个
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    return minCapacity;
}

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

    // overflow-conscious code
	//减法比较大小防止溢出
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
    	//需要扩容
        grow(minCapacity);
}


private void grow(int minCapacity) {
    // overflow-conscious code
    int oldCapacity = elementData.length;
    //新长度=原长度*1.5
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    //新长度<最小需要的长度，那么取最小需要的长度
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    
    //新长度比数组最大限制长度还大private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
    	//转而使用最小需要的长度
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
    //复制原数组的元素到新数组中
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
	//最小需要的长度也溢出了，OOM
    if (minCapacity < 0) // overflow
        throw new OutOfMemoryError();
    //最小需要的长度比数组最大限制长度大则使用Integer.MAX_VALUE，否则使用数组最大限制长度
    return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
        Integer.MAX_VALUE :
        MAX_ARRAY_SIZE;
}

3.3.2. 把元素放入数组最后一个位置

//没啥好说的，赋值然后下标+1
elementData[size++] = e;

3.4. remove方法【按下标删除元素】

• O（N）

public E remove(int index) {
	//防止下标越界
    rangeCheck(index);

    modCount++;
    //保存要删除的数以便返回
    E oldValue = elementData(index);

	//需要移动的个数
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
    	//后面的往前移
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                         numMoved);
     //其实数组大小没有变化。当然size属性必须更新的
    elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

    return oldValue;
}

3.4.1. 把数组index位置之后的数据往前挪

//计算index后面需要移动的个数
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
	//后面的往前移
    System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                     numMoved);

3.4.2. 更新size【数组不缩容】

 //其实数组大小没有变化。当然size属性必须更新的
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

3.5. remove方法【按元素内容删除】

• O（N）

public boolean remove(Object o) {
    //为null
    if (o == null) {
    	//找到下标
        for (int index = 0; index < size; index++)
            //==null判断
            if (elementData[index] == null) {
            	//删除该下标的元素
                fastRemove(index);
                return true;
            }
    } else {
        for (int index = 0; index < size; index++)
            //equals判断
            if (o.equals(elementData[index])) {
                fastRemove(index);
                return true;
            }
    }
    return false;
}

3.5.1. 首先找到要删除的元素的下标

for (int index = 0; index < size; index++)
{
//...
}

如上无非就时遍历查找，效率O（N），然后按照下标删除，如下

• fastRemove

 private void fastRemove(int index) {
    modCount++;
    //计算移动元素的个数
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
    	//复制到前面
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                         numMoved);
 	//赋为null，并且size--
    elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
}

这段代码同上面的remove方法【按下标删除元素】的逻辑

3.5.2. 把数组index位置之后的数据往前挪

//计算移动元素的个数
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
	//复制到前面
    System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                     numMoved);

3.5.3. 更新size【数组不缩容】

//赋为null，并且size--
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

4. ConcurrentModificationException

参考：fail-fast.md

public class ConcurrentModificationExceptionTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        List<String> stringList = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 1000; i++)
        {
            stringList.add(String.valueOf(i));
        }

        for (String s : stringList)
        {
            stringList.remove(s);//java.util.ConcurrentModificationException
        }
    }
}

如上的代码运行过程中会抛出ConcurrentModificationException异常

4.1. 原因分析

遍历时（get）执行删除操作（remove）会抛出这个异常，这叫做fast-fail机制
这是modCount和expectedCount不相等导致的

4.2. 解决

使用fail-safe的JUC包下的CopyOnWriteArrayList

文章来源:https://www.cnblogs.com/ThinkerQAQ/p/18955861
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