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第1部分 ArrayList介绍
ArrayList简介
ArrayList 是一个数组队列#xff0c;相当于 动态数组。与Java中的数组相比#xff0c;它的容量能动态增长。它继承于AbstractList#xff0c;实现了List, Random…转载自 Java 集合系列03之 ArrayList详细介绍(源码解析)和使用示例
第1部分 ArrayList介绍
ArrayList简介
ArrayList 是一个数组队列相当于 动态数组。与Java中的数组相比它的容量能动态增长。它继承于AbstractList实现了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable这些接口。
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。ArrayList 实现了RandmoAccess接口即提供了随机访问功能。RandmoAccess是java中用来被List实现为List提供快速访问功能的。在ArrayList中我们即可以通过元素的序号快速获取元素对象这就是快速随机访问。稍后我们会比较List的“快速随机访问”和“通过Iterator迭代器访问”的效率。
ArrayList 实现了Cloneable接口即覆盖了函数clone()能被克隆。
ArrayList 实现java.io.Serializable接口这意味着ArrayList支持序列化能通过序列化去传输。 和Vector不同ArrayList中的操作不是线程安全的所以建议在单线程中才使用ArrayList而在多线程中可以选择Vector或者CopyOnWriteArrayList。 ArrayList构造函数
// 默认构造函数
ArrayList()// capacity是ArrayList的默认容量大小。当由于增加数据导致容量不足时容量会添加上一次容量大小的一半。
ArrayList(int capacity)// 创建一个包含collection的ArrayList
ArrayList(Collection? extends E collection) ArrayList的API
// Collection中定义的API
boolean add(E object)
boolean addAll(Collection? extends E collection)
void clear()
boolean contains(Object object)
boolean containsAll(Collection? collection)
boolean equals(Object object)
int hashCode()
boolean isEmpty()
IteratorE iterator()
boolean remove(Object object)
boolean removeAll(Collection? collection)
boolean retainAll(Collection? collection)
int size()
T T[] toArray(T[] array)
Object[] toArray()
// AbstractCollection中定义的API
void add(int location, E object)
boolean addAll(int location, Collection? extends E collection)
E get(int location)
int indexOf(Object object)
int lastIndexOf(Object object)
ListIteratorE listIterator(int location)
ListIteratorE listIterator()
E remove(int location)
E set(int location, E object)
ListE subList(int start, int end)
// ArrayList新增的API
Object clone()
void ensureCapacity(int minimumCapacity)
void trimToSize()
void removeRange(int fromIndex, int toIndex) 第2部分 ArrayList数据结构
ArrayList的继承关系
java.lang.Object↳ java.util.AbstractCollectionE↳ java.util.AbstractListE↳ java.util.ArrayListEpublic class ArrayListE extends AbstractListEimplements ListE, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {} ArrayList与Collection关系如下图 ArrayList包含了两个重要的对象elementData 和 size。
(01) elementData 是Object[]类型的数组它保存了添加到ArrayList中的元素。实际上elementData是个动态数组我们能通过构造函数 ArrayList(int initialCapacity)来执行它的初始容量为initialCapacity如果通过不含参数的构造函数ArrayList()来创建ArrayList则elementData的容量默认是10。elementData数组的大小会根据ArrayList容量的增长而动态的增长具体的增长方式请参考源码分析中的ensureCapacity()函数。
(02) size 则是动态数组的实际大小。 第3部分 ArrayList源码解析(基于JDK1.6.0_45)
为了更了解ArrayList的原理下面对ArrayList源码代码作出分析。ArrayList是通过数组实现的源码比较容易理解。
package java.util;public class ArrayListE extends AbstractListEimplements ListE, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{// 序列版本号private static final long serialVersionUID 8683452581122892189L;// 保存ArrayList中数据的数组private transient Object[] elementData;// ArrayList中实际数据的数量private int size;// ArrayList带容量大小的构造函数。public ArrayList(int initialCapacity) {super();if (initialCapacity 0)throw new IllegalArgumentException(Illegal Capacity: initialCapacity);// 新建一个数组this.elementData new Object[initialCapacity];}// ArrayList构造函数。默认容量是10。public ArrayList() {this(10);}// 创建一个包含collection的ArrayListpublic ArrayList(Collection? extends E c) {elementData c.toArray();size elementData.length;// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)if (elementData.getClass() ! Object[].class)elementData Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);}// 将当前容量值设为 实际元素个数public void trimToSize() {modCount;int oldCapacity elementData.length;if (size oldCapacity) {elementData Arrays.copyOf(elementData, size);}}// 确定ArrarList的容量。// 若ArrayList的容量不足以容纳当前的全部元素设置 新的容量“(原始容量x3)/2 1”public void ensureCapacity(int minCapacity) {// 将“修改统计数”1modCount;int oldCapacity elementData.length;// 若当前容量不足以容纳当前的元素个数设置 新的容量“(原始容量x3)/2 1”if (minCapacity oldCapacity) {Object oldData[] elementData;int newCapacity (oldCapacity * 3)/2 1;if (newCapacity minCapacity)newCapacity minCapacity;elementData Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);}}// 添加元素epublic boolean add(E e) {// 确定ArrayList的容量大小ensureCapacity(size 1); // Increments modCount!!// 添加e到ArrayList中elementData[size] e;return true;}// 返回ArrayList的实际大小public int size() {return size;}// 返回ArrayList是否包含Object(o)public boolean contains(Object o) {return indexOf(o) 0;}// 返回ArrayList是否为空public boolean isEmpty() {return size 0;}// 正向查找返回元素的索引值public int indexOf(Object o) {if (o null) {for (int i 0; i size; i)if (elementData[i]null)return i;} else {for (int i 0; i size; i)if (o.equals(elementData[i]))return i;}return -1;}// 反向查找返回元素的索引值public int lastIndexOf(Object o) {if (o null) {for (int i size-1; 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;}// 反向查找(从数组末尾向开始查找)返回元素(o)的索引值public int lastIndexOf(Object o) {if (o null) {for (int i size-1; 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ArrayList的Object数组public Object[] toArray() {return Arrays.copyOf(elementData, size);}// 返回ArrayList的模板数组。所谓模板数组即可以将T设为任意的数据类型public T T[] toArray(T[] a) {// 若数组a的大小 ArrayList的元素个数// 则新建一个T[]数组数组大小是“ArrayList的元素个数”并将“ArrayList”全部拷贝到新数组中if (a.length size)return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());// 若数组a的大小 ArrayList的元素个数// 则将ArrayList的全部元素都拷贝到数组a中。System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);if (a.length size)a[size] null;return a;}// 获取index位置的元素值public E get(int index) {RangeCheck(index);return (E) elementData[index];}// 设置index位置的值为elementpublic E set(int index, E element) {RangeCheck(index);E oldValue (E) elementData[index];elementData[index] element;return oldValue;}// 将e添加到ArrayList中public boolean add(E e) {ensureCapacity(size 1); // Increments modCount!!elementData[size] e;return true;}// 将e添加到ArrayList的指定位置public void add(int index, E element) {if (index size || index 0)throw new IndexOutOfBoundsException(Index: index, Size: size);ensureCapacity(size1); // Increments modCount!!System.arraycopy(elementData, index, elementData, index 1,size - index);elementData[index] element;size;}// 删除ArrayList指定位置的元素public E remove(int index) {RangeCheck(index);modCount;E oldValue (E) elementData[index];int numMoved size - index - 1;if (numMoved 0)System.arraycopy(elementData, index1, elementData, index,numMoved);elementData[--size] null; // Let gc do its workreturn oldValue;}// 删除ArrayList的指定元素public boolean remove(Object o) {if (o null) {for (int index 0; index size; index)if (elementData[index] null) {fastRemove(index);return true;}} else {for (int index 0; index size; index)if (o.equals(elementData[index])) {fastRemove(index);return true;}}return false;}// 快速删除第index个元素private void fastRemove(int index) {modCount;int numMoved size - index - 1;// 从index1开始用后面的元素替换前面的元素。if (numMoved 0)System.arraycopy(elementData, index1, elementData, index,numMoved);// 将最后一个元素设为nullelementData[--size] null; // Let gc do its work}// 删除元素public boolean remove(Object o) {if (o null) {for (int index 0; index size; index)if (elementData[index] null) {fastRemove(index);return true;}} else {// 便利ArrayList找到“元素o”则删除并返回true。for (int index 0; index size; index)if (o.equals(elementData[index])) {fastRemove(index);return true;}}return false;}// 清空ArrayList将全部的元素设为nullpublic void clear() {modCount;for (int i 0; i size; i)elementData[i] null;size 0;}// 将集合c追加到ArrayList中public boolean addAll(Collection? extends E c) {Object[] a c.toArray();int numNew a.length;ensureCapacity(size numNew); // Increments modCountSystem.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);size numNew;return numNew ! 0;}// 从index位置开始将集合c添加到ArrayListpublic boolean addAll(int index, Collection? extends E c) {if (index size || index 0)throw new IndexOutOfBoundsException(Index: index , Size: size);Object[] a c.toArray();int numNew a.length;ensureCapacity(size numNew); // Increments modCountint 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fromIndex到toIndex之间的全部元素。protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {modCount;int numMoved size - toIndex;System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,numMoved);// Let gc do its workint newSize size - (toIndex-fromIndex);while (size ! newSize)elementData[--size] null;}private void RangeCheck(int index) {if (index size)throw new IndexOutOfBoundsException(Index: index, Size: size);}// 克隆函数public Object clone() {try {ArrayListE v (ArrayListE) super.clone();// 将当前ArrayList的全部元素拷贝到v中v.elementData Arrays.copyOf(elementData, size);v.modCount 0;return v;} catch (CloneNotSupportedException e) {// this shouldnt happen, since we are Cloneablethrow new InternalError();}}// java.io.Serializable的写入函数// 将ArrayList的“容量所有的元素值”都写入到输出流中private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)throws java.io.IOException{// Write out element count, and any hidden stuffint expectedModCount modCount;s.defaultWriteObject();// 写入“数组的容量”s.writeInt(elementData.length);// 写入“数组的每一个元素”for (int i0; isize; i)s.writeObject(elementData[i]);if (modCount ! expectedModCount) {throw new ConcurrentModificationException();}}// java.io.Serializable的读取函数根据写入方式读出// 先将ArrayList的“容量”读出然后将“所有的元素值”读出private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {// Read in size, and any hidden stuffs.defaultReadObject();// 从输入流中读取ArrayList的“容量”int arrayLength s.readInt();Object[] a elementData new Object[arrayLength];// 从输入流中将“所有的元素值”读出for (int i0; isize; i)a[i] s.readObject();}
} 总结 (01) ArrayList 实际上是通过一个数组去保存数据的。当我们构造ArrayList时若使用默认构造函数则ArrayList的默认容量大小是10。(02) 当ArrayList容量不足以容纳全部元素时ArrayList会重新设置容量新的容量“(原始容量x3)/2 1”。(03) ArrayList的克隆函数即是将全部元素克隆到一个数组中。(04) ArrayList实现java.io.Serializable的方式。当写入到输出流时先写入“容量”再依次写入“每一个元素”当读出输入流时先读取“容量”再依次读取“每一个元素”。 第4部分 ArrayList遍历方式
ArrayList支持3种遍历方式
(01) 第一种通过迭代器遍历。即通过Iterator去遍历。
Integer value null;
Iterator iter list.iterator();
while (iter.hasNext()) {value (Integer)iter.next();
}
(02) 第二种随机访问通过索引值去遍历。 由于ArrayList实现了RandomAccess接口它支持通过索引值去随机访问元素。
Integer value null;
int size list.size();
for (int i0; isize; i) {value (Integer)list.get(i);
}
(03) 第三种for循环遍历。如下
Integer value null;
for (Integer integ:list) {value integ;
} 下面通过一个实例比较这3种方式的效率实例代码(ArrayListRandomAccessTest.java)如下
import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;/** desc ArrayList遍历方式和效率的测试程序。** author skywang*/
public class ArrayListRandomAccessTest {public static void main(String[] args) {List list new ArrayList();for (int i0; i100000; i)list.add(i);//isRandomAccessSupported(list);iteratorThroughRandomAccess(list) ;iteratorThroughIterator(list) ;iteratorThroughFor2(list) ;}private static void isRandomAccessSupported(List list) {if (list instanceof RandomAccess) {System.out.println(RandomAccess implemented!);} else {System.out.println(RandomAccess not implemented!);}}public static void iteratorThroughRandomAccess(List list) {long startTime;long endTime;startTime System.currentTimeMillis();for (int i0; ilist.size(); i) {list.get(i);}endTime System.currentTimeMillis();long interval endTime - startTime;System.out.println(iteratorThroughRandomAccess interval ms);}public static void iteratorThroughIterator(List list) {long startTime;long endTime;startTime System.currentTimeMillis();for(Iterator iter list.iterator(); iter.hasNext(); ) {iter.next();}endTime System.currentTimeMillis();long interval endTime - startTime;System.out.println(iteratorThroughIterator interval ms);}public static void iteratorThroughFor2(List list) {long startTime;long endTime;startTime System.currentTimeMillis();for(Object obj:list);endTime System.currentTimeMillis();long interval endTime - startTime;System.out.println(iteratorThroughFor2 interval ms);}
}
运行结果
iteratorThroughRandomAccess3 msiteratorThroughIterator8 msiteratorThroughFor25 ms
由此可见遍历ArrayList时使用随机访问(即通过索引序号访问)效率最高而使用迭代器的效率最低 第5部分 toArray()异常
当我们调用ArrayList中的 toArray()可能遇到过抛出“java.lang.ClassCastException”异常的情况。下面我们说说这是怎么回事。
ArrayList提供了2个toArray()函数
Object[] toArray()
T T[] toArray(T[] contents)
调用 toArray() 函数会抛出“java.lang.ClassCastException”异常但是调用 toArray(T[] contents) 能正常返回 T[]。
toArray() 会抛出异常是因为 toArray() 返回的是 Object[] 数组将 Object[] 转换为其它类型(如如将Object[]转换为的Integer[])则会抛出“java.lang.ClassCastException”异常因为Java不支持向下转型。具体的可以参考前面ArrayList.java的源码介绍部分的toArray()。解决该问题的办法是调用 T T[] toArray(T[] contents) 而不是 Object[] toArray()。
调用 toArray(T[] contents) 返回T[]的可以通过以下几种方式实现。
// toArray(T[] contents)调用方式一
public static Integer[] vectorToArray1(ArrayListInteger v) {Integer[] newText new Integer[v.size()];v.toArray(newText);return newText;
}// toArray(T[] contents)调用方式二。最常用
public static Integer[] vectorToArray2(ArrayListInteger v) {Integer[] newText (Integer[])v.toArray(new Integer[0]);return newText;
}// toArray(T[] contents)调用方式三
public static Integer[] vectorToArray3(ArrayListInteger v) {Integer[] newText new Integer[v.size()];Integer[] newStrings (Integer[])v.toArray(newText);return newStrings;
} 第6部分 ArrayList示例
本文通过一个实例(ArrayListTest.java)介绍 ArrayList 中常用API的用法。
import java.util.*;/** desc ArrayList常用API的测试程序* author skywang * email kuiwu-wang163.com*/
public class ArrayListTest {public static void main(String[] args) {// 创建ArrayListArrayList list new ArrayList();// 将“”list.add(1);list.add(2);list.add(3);list.add(4);// 将下面的元素添加到第1个位置list.add(0, 5);// 获取第1个元素System.out.println(the first element is: list.get(0));// 删除“3”list.remove(3);// 获取ArrayList的大小System.out.println(Arraylist size: list.size());// 判断list中是否包含3System.out.println(ArrayList contains 3 is: list.contains(3));// 设置第2个元素为10list.set(1, 10);// 通过Iterator遍历ArrayListfor(Iterator iter list.iterator(); iter.hasNext(); ) {System.out.println(next is: iter.next());}// 将ArrayList转换为数组String[] arr (String[])list.toArray(new String[0]);for (String str:arr)System.out.println(str: str);// 清空ArrayListlist.clear();// 判断ArrayList是否为空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
